Пассивный дом толщина стен

Обновлено: 14.05.2024

Теплоизоляция для пассивных домов

Пассивные дома сами по себе являются образцами по хорошей теплоизоляции.

Пример стыка кровли и наружной стены, выполненного с высокими теплоизоляционными характеристиками и без тепловых мостов (Проект CEPHEUS в г. Хорне, Австрия, архитектор Treberspurg из Вены).

Варианты хорошо теплоизолированных ограждающих конструкций, пригодные для пассивных домов.

Тепловизионный снимок с внутренней стороны нижнего угла наружной стены. Нет никаких холодных точек (снимок PHI). Применение хорошо выполненной и массивной теплоизоляции автоматически ведет к теплым внутренним поверхностям, что улучшает защиту строительных конструкций от различных негативных факторов, т.к. снижается влажность материала и повышается комфорт.

Сравнение тепловизионных снимков наружных фасадов старого здания (вверху) и пассивного дома (снимок PHI). Наружная поверхность у пассивного дома холодная (синий цвет, около 5 °C), ее температура примерно соответствует температуре свободно стоящих объектов (например, балконное ограждение). У старого здания на снимке температуры на наружных стенах достигают 9°C. На столько же велики и теплопотери.

Устройство теплоизоляции здания - это важнейшее мероприятие, с помощью которого возможна экономия энергии в здании. Одновременно возрастает комфорт и защита (долговечность) строительных конструкций . Применение усиленной теплоизоляции уже опробовано тысячу раз и замечательно показало себя на практике. Поэтому хорошая теплоизоляция имеет решающее значение для функционирования пассивного дома. Каждый пассивный дом является конкретным доказательством эффективности мероприятий по теплозащите зданий. Пассивный дом просто не смог бы функционировать, если теплопотери через наружные конструкции не были бы сокращены до минимума. Только при этих условиях даже в самые холодные дни значение отопительной нагрузки может быть настолько мало, что возможно отопление только с помощью нагрева приточного воздуха (либо с помощью небольших отопительных приборов). И этот принцип работает в пассивных домах. Чтобы понять этот принцип, необходимо составление энергобаланса здания. Такие балансы были подтверждены прямыми измерениями в сотнях зданий. Результаты этих измерений каждый раз подтверждали действительность физических законов теплопроводности. Теплопотери через расчетные строительные конструкции, а именно наружные стены, пол, верхнее междуэтажное перекрытие или крышу, характеризуются коэффициентами теплопередачи U , Вт/(м 2 К) (или в РФ чаще обратной величиной R₀, (м 2 ºС)/Вт). Эта величина показывает, сколько тепла отдается строительной конструкцией наружу в единицу времени при изменении температуры на 1 ºС (или 1 К, "Кельвин"). Единица измерения коэффициента теплопередачи U выражается в Вт/(м 2 К).

Для расчета теплопотерь через стену необходимо перемножить коэффициент U, площадь и разность температур. Например, типичный коттедж имеет снаружи площадь стен 100 м 2 . При суровых условиях в зимнее время в Средней Европе наружная температура составляет -12 °C и требуемая внутренняя температура 21 °C. При различных значениях коэффициентов теплопередачи получается следующая мощность теплопотерь (тепловой поток) через наружные стены при "расчетных условиях".

Теплопотери являются решающей составляющей энергобаланса здания. Любые теплопотери необходимо компенсировать соответствующими теплопоступлениями. В противном случае произойдет падение температуры в доме.

С помощью компактной типовой системы отопления для пассивного дома можно выработать около 1000 Вт мощности (это мощность обычного фена для сушки волос). Так как большая часть этой мощности пойдет на компенсацию теплопотерь от наружных стен, то, конечно же, коэффициент теплопередачи стены U должен быть действительно очень низким (или должно быть очень высокое значение сопротивления теплопередаче R₀).

Что же это означает для теплоизоляционной оболочки здания? В первую очередь становится ясно, что достижения таких низких величин U (или высоких R₀) возможно только благодаря материалам с высокими теплоизоляционными характеристиками. В следующей таблице приведена информация, какой толщиной должны быть однослойные наружные конструкции, чтобы достичь стандартных характеристик ограждающих конструкций пассивного дома с величиной U ≤ 0,13 Вт/(м 2 К) (или R₀ ≥ 7,7 (м 2 ºС)/Вт):

Пустотелый кирпич с вертикальными пустотами

Древесина хвойных пород

Пористый кирпич, ячеистый бетон

Тюки из соломы

0,055

0,41

Эффективный утеплитель

0,04

0,30

0,025

0,19

Нанопористый суперутеплитель с нормальным давлением

0,015

0,11

Вакуумная теплоизоляция (кремнезём)

0,008

0,06

Вакуумная теплоизоляция (глубокий вакуум)

0,002

0,015

В таблице наглядно показано, что разумные границы по толщине наружной оболочки здания возможны только в том случае, если достигается существенный теплоизоляционный эффект с использованием утеплителей с низкими значениями коэффициентов теплопроводности. Для этого подходят все материалы, расположенные "ниже жирной черты" в таблице. Конечно же, комбинация с другими материалами возможна и во многих случаях необходима. Например: утепленная снаружи бетонная стена или монолитная стена из пенобетона с теплоизоляционными плитами из силиката кальция. Конструкция наружной оболочки будет тем тоньше, чем ниже коэффициент теплопроводности используемой теплоизоляции. Так для пассивного дома (в условиях Германии) при применении в качестве наружных стен блоков из прессованной соломы необходимая толщина составит около 50 см или более. При применении эффективных утеплителей (минеральная вата, пенополистирол, целлюлозная теплоизоляция) толщина теплоизоляции составит около 30 см. При использовании высокоэффективных утеплителей, таких как пенополиуретан, толщина теплоизоляции снизится до 20 см. Есть еще более эффективные виды теплоизоляции. Так, например, в Германии в настоящее время допущена к применению вакуумная теплоизоляция. С использованием вакуумных изоляционных панелей (ВИП) можно действительно получить очень эффективную и одновременно тонкую наружную оболочку. Также успешно себя зарекомендовал другой вариант - "полупрозрачная теплоизоляционная оболочка". При этом суммарная солнечная радиация абсорбируется не на поверхности оболочки, а проходит в глубину теплоизолированной конструкции, чтобы снизить разность температур и достичь низкого значения коэффициента теплопередачи U, эквивалентного требуемым значениям.

Опыт

Опыт строительства первых пассивных домов показал, что увеличение толщины эффективной теплоизоляции можно реализовать в большинстве случаев:

Во многих случаях при строительстве предусмотрена площадь под теплоизоляцию. Если площади не хватает или это требует больших финансовых затрат, то можно применить высокоэффективные теплоизоляционные материалы.

Применение увеличенной толщины теплоизоляции со строительной точки зрения не представляет никаких проблем. При правильном применении затраты на монтаж теплоизоляции едва ли выше, чем при меньших толщинах. Остаются только повышенные затраты на покупку большего количества теплоизоляции, но утеплитель является все же сравнительно не дорогим материалом. Как, на самом деле, выглядят конструкции оболочки пассивного дома с использованием различных материалов, будет показано на выставках, а также на экскурсиях по пассивным домам.

Все применяемые сегодня стандартные конструкции оболочки зданий в Германии адаптированы также и для пассивного дома. Это многообразие вариантов продемонстрировано в уже построенных пассивных домах. Существуют следующие варианты: кирпичная стена (двухслойная или со скрепленной теплоизоляцией (система теплоизоляции с тонким штукатурным слоем) или с навесным фасадом (фасадная система с вентилируемым зазором)), сборные строительные элементы из легких бетонов, сборные ж/б элементы, деревянные конструкции (классические или с использованием легких балок), несъемная опалубка, металлические конструкции и полупрозрачные элементы.

Результаты измерений в построенных пассивных домах показали, что эффективность использования увеличенной толщины теплоизоляции соответствовала ожиданиям. Низкие фактические значения теплопотерь совпадают с расчетными и, дома остаются теплыми даже при таких крайне низких величинах отопительной нагрузки. При тепловизионной съемке наружных стен изнутри здания на самом деле легко заметить высокие температуры на внутренней поверхности (смотри слева: тепловизионный снимок с внутренней стороны стены). Строительные элементы с увеличенным слоем теплоизоляции, применяемые в пассивных домах, имеют значительное преимущество в сравнении с обычными плохо утепленными или средне утепленными оболочками зданий.

Благодаря низким теплопотерям автоматически повышаются значения температур на внутренних поверхностях наружных стен зимой, даже без отопительных приборов. Благодаря этому разница между температурами излучения из различных направлений в помещении незначительна, что является хорошей предпосылкой для великолепного комфорта внутри здания. Высокие значения температур на внутренних поверхностях наружных стен приводят, кроме того, к уменьшению влажности на поверхностях строительных конструкций. При обычной эксплуатации жилых помещений в пассивном доме практически исключены повреждения строительных конструкций (вследствие их увлажнения) из-за высокой влажности внутреннего воздуха. Это было подтверждено также не практике.

В летнее время температуры на внутренних поверхностях наружных стен примерно совпадают с температурой воздуха в помещениях, т.е. она ниже, чем при плохо утепленных строительных конструкциях. При плохом утеплении тепло переносится снаружи во внутрь в большом количестве. При нестационарном режиме наружных ограждений хорошо утепленные конструкции имеют значительное уменьшение амплитуды колебания температуры уже при незначительном весе (например, двойной гипсокартон, как несущая часть). Такое уменьшение настолько значительно, что только благодаря этому достигается оптимальный температурный режим конструкции в летний период. Очень важной является продолжительная постоянная времени здания (инерционность здания). Она получается благодаря усиленной теплоизоляции и позволяет эффективно использовать открытые (без отделки материалами с низкими значениями теплоусвоения) внутренние поверхности массивных конструкций здания (стены,полы, потолки). Вследствие этого пассивный дом в Средней Европе можно достаточно охладить благодаря ночному проветриванию и эффективно держать прохладу в течение дня. Предпочтительно ограничивать нагрузку от солнечной радиации в благоразумных границах. "Летние условия" должны быть точно так же запроектированы, как и зимние. Для этого используется специальная расчетная программа Пакет проектирования пассивного дома (PHPP) .

Строительные конструкции с усиленной теплоизоляцией больше сглаживают влияние тепловых мостов (по наружным размерам), чем стандартно утепленные, что особенно важно при санации старых зданий. Это противоречит общепринятому мнению, но доказано во многих случаях и доступно для понимания.Так как несущие конструкции и внутренний несущий слой (ограждающих) конструкций расположены за толстой теплоизоляцией, то они (за исключением стыковых и прочих соединений) находятся полностью в теплой области (т.е. их температуры практически равны внутренним температурам в помещениях). Тепловые мосты доопределенных размеров (толщин) наружной теплоизоляции не могут на это отрицательно повлиять. Но если даже большая часть конструкций холодная, то впроблемных зонах с дополнительными тепловыми мостами точка росы быстро недостигается. Само собой разумеется, что тепловые мосты приводят к дополнительным теплопотерям и в пассивных домах. Поэтому мы рекомендуем, вопреки высоким допустимым погрешностям, осознанно конструировать без тепловых мостов .

Данная страница подготовлена благодаря информационной поддержке Института пассивного дома г. Дармштадта (Passivhaus Institut Darmstadt) и по материалам автора статьи Вольфганга Файста (Wolfgang Feist).

Основная информация по пассивным домам и зданиям с низким энергопотреблением

Что такое пассивный дом?

Пассивный дом (Passivhaus по нем., passive house по англ.) - строительный стандарт, который действительно является энергоэффективным, создает комфортные условия проживания, одновременно является экономичным и оказывает минимальное негативное влияние на окружающую среду.

Пассивный дом не является брэндом, а представляет собой строительную концепцию, которая доступна для всех и которая доказала свое преимущество на практике. Здесь Вы найдете примеры построенных пассивных домов в Западной Европе. Существующие здания: примеры санации зданий старого жилого фонда в стандарте пассивного дома.

Пассивный дом - это здание, в котором возможно достичь комфортного микроклимата, как в зимний период без отдельной системы отопления (либо используя маломощную компактную систему отопления), так и в летний период без системы кондиционирования.

Критериями для пассивного дома в Европе являются:

- удельный расход тепловой энергии на отопление, определенный с помощью "Пакета проектирования пассивного дома" (PHPP), не должен превышать 15 кВт∙ч/(м 2 год);

- общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия), не должно превышать ≤ 120 кВт∙ч/(м 2 год).

Сравнение показателей энергопотребления на отопление в Германии (WSchVO - Постановление по тепловой защите; EnEV 2002 - Постановление по энергосбережению 2002 г.). На графике видно последовательную тенденцию снижения энергопотребления на отопление зданий. Согласно последнему постановлению по тепловой защите EnEV 2007 в Германии удельный расход тепловой энергии на отопление новых зданий (и подлежащих санации) должен составлять от 30 до 70 кВт∙ч/(м 2 год).

Согласно СНиП 23-02-2007 "Тепловая защита зданий" требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период для одноквартирных отдельно стоящих и блокированных домов этажностью от 1 до 4 этажей, а также многоэтажных зданий, должен составлять, например, для города Москвы, от 95 до 195 кВт∙ч/(м 2 год). Реальный расход, особенно для старых зданий, больше этих показателей в несколько раз.

Краткое разъяснение концепции пассивного дома:

1) Сегодняшние новостройки строят настолько герметичными , что воздухообмен только через неплотности в наружной оболочке недостаточен. Часто рекомендуется форточное проветривание, но оно также не приносит убедительного положительного результата. Свежий воздух -это не только вопрос комфортного проживания, но и необходимость для здоровья человека. Следовательно, вентиляция квартир будет являться ключевой задачей будущего касательно всех жилых зданий, как вновь возводимых, так и санируемых.

2) Конечно, применение механической приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией тепла потребует дополнительных инвестиций. Если Вы строите энергоэффективное здание, то Вы существенно экономите на стоимости энергии.

3) Отличительные особенности концепции пассивного дома (вариант N1): Благодаря системе вентиляции с рекуперацией тепла в жилые помещения и так уже осуществляется приток свежего воздуха. Если этот приточный воздух еще и нагреть, чтобы с его помощью дополнительно выполнять функции по отоплению здания (без увеличения количества приточного воздуха, без рециркуляции воздуха, без шумов и без возникновения сквозняка), тогда инвестиции в такую систему вентиляции вдвое меньше, чем суммарные вложения в обычную систему вентиляции и обычную систему отопления. (В последнее время применяются еще два варианта отопления пассивного: вариант N2 и N3. В варианте N2 применяется дополнительно один или два отопительных прибора на один пассивный дом. Они являются резервными и включаются в особых, экстренных случаях. В варианте N3 применяются отдельно система вентиляции и компактная система отопления. В обоих этих вариантах инвестиции несущественны, т.к. эти отопительные приборы завязываются с отопительными приборами, расположенными в ванных комнатах, где температура по нормам должна составлять +25 ºС).

4) Описанная концепция "отопления дома с помощью нагрева приточного воздуха" возможна только в доме с действительно хорошей теплоизоляционной оболочкой , а именно в пассивном доме. Для специалистов: максимальная отопительная нагрузка должна составлять менее чем 10 Вт/м 2 , чтобы с помощью свежего приточного воздуха было возможным передать тепло.

Первый пассивный дом в истории Германии был построен в 1991 г. при поддержке Министерства экономики федеральной земли Гессен в г. Дармштадте, р-не Кранихштайн. Авторами архитектурной части проекта являются архитекторы проф. Ботт-Риддер и Вестермауер; разработкой и реализацией проекта руководил доктор Вольфганг Файст. Здание было полностью построено в 1991 г. и с октября 1991 г. в нем проживают четыре семьи. Это здание нуждается в столь малом количестве тепла, что можно было бы действительно отказаться от отдельной системы отопления: расход на отопление составляет меньше 1 л жидкого топлива в год на 1 м 2 отапливаемой площади.

Чтобы обеспечить столь жесткую, требуемую величину удельного расхода тепловой энергии на отопление, равную15 кВт∙ч/(м 2 год), для пассивных домов в климате Средней Европы со временем был установлен ряд обязательных требований:

- коэффициенты теплопередачи U для наружных стен, кровли и полов первого этажа должны составлять менее 0,15 Вт/мК (или R₀ ≥ 6,7 (м 2 °C)/Вт, где R₀ = 1/ U);

- для остекления U_ост ≤ 0,7 Вт/мК (или R₀ ≥1,4 (м 2 °C)/Вт);

- для оконного профиля U_проф ≤ 0,8 Вт/мК (или R₀ ≥ 1,25 (м 2 °C)/Вт);

- приведенный коэффициент теплопередачи окна с учетом монтажа в стену U_окн ≤ 0,85 Вт/мК (или R₀ ≥ 1,2 (м 2 °C)/Вт);

- максимально возможное снижение негативного эффекта от тепловых мостов. Это влияние можно не учитывать, если линейный коэффициент теплопередачи Ψ≤ 0,01 Вт/мК;

- КПД рекуператора должно быть более 75%, чтобы обеспечивался эффективный возврат тепла (рекомендуется более 80%);

- должна обеспечиваться герметичность наружной оболочки здания. Кратность воздухообмена при разности давлений 50 Па наружного и внутреннего воздуха должна составлять n₅₀≤0,6 ч -1 .

Автор: доктор Вольфганг Файст, сентябрь 2006

1. От здания с низким энергопотреблением к пассивному дому

Результаты компьютерного моделирования: здесь показана зависимость потреблениятепловой энергии на отопление от величины
площади остекления южного фасада (из [Feist 1993]).
Было обнаружено, что для благоприятного энергобаланса необходимо применение тройного остекления с низкоэмиссионным покрытием
(нижняя кривая)

Пассивный дом в г. Дармштадт, р-н Кранихштайн - южный фасад. Архитекторы: проф. Ботт- Риддер, Вестермайер. Фотография Х.Г. Эш

2. Предварительный научный проект

Строительный элемент

Описание

Фото со стройплощадки

Коэфф. тепло-передачи U, Вт/(м 2 К)

[Сопротивление теплопередаче, R₀, (м 2 ºС)/Вт]

Зеленая крыша: гумус; фильтрующий слой; древесно-стружечная плита без формальдегида толщиной 50 мм, легкие деревянные балки (двутавровые балки из дерева, поперечные перемычки из прочной древесно-волокнистой плиты); обрешетка; склеенная без зазоров, воздухонепроницаемая оболочка из полиэтиленовой пленки; гипсокартон 12,5 мм; трехслойные обои под покраску; слой водоэмульсионной краски; пространство между балками (высотой 445 мм) заполнено минеральной ватой.

0,1

Тройное остекление с двумя низкоэмиссионными покрытиями с заполнением камер криптоном. Коэффициент теплопередачи остекления U_g= 0,7 Вт/(м 2 K) или R₀ = 1,43 (м 2 ºС)/Вт. Деревянные рамы с теплоизоляцией из пенополиуретана (вспененный CO₂,без фтор-хлор-углеводородов, выполнено по индивидуальному заказу).

Таблица: Отличительные особенности конструктивных элементов пассивного дома в г. Дармштадте, р-н Кранихштайн.

Северный фасад пассивного дома в г. Дармштадте, р-н Кранихштайн. Фото В. Файста

Так строят в настоящее время таунхаусы в Германии согласно национальному Постановлению по энергосбережению (EnEV). Правда, энергобаланс рассчитан с помощью PHPP. Потребление тепловой энергии на отопление составило бы 58 кВт∙ч/(м²год).

Дополнительно этот энергобаланс был рассчитан в PHPP для пассивного дома в г. Дармштадт, р-н Кранихштайн, построенного еще в 1991 году. Расчетная величина потребления тепловой энергии на отопление 10 кВт∙ч/(м²год) практически совпала с действительным расходом.

4. Эффективное использование электроэнергии в пассивном доме в г. Дармштадте

5. Дальнейшее развитие - путь к малозатратному пассивному дому

в первый год эксплуатации (1991/92 гг.) 19,8 кВт∙ч/(м²год) или только 8% потребления сопоставимых квартир старого жилого фонда;
во второй год эксплуатации (1992/93 гг.) 11,8 кВт∙ч/(м²год) или только 5,5% потребления сопоставимых квартир старого жилого фонда;
в среднем на протяжении следующих лет менее 10 кВт∙ч/(м²год).

Даже очень холодной зимой 1996/97, когда температура наружного воздуха несколько недель подряд держалась значительно ниже нормативной и во многих домах, отапливаемых традиционным способом, возникли проблемы с комфортом, в пассивном доме проблем никаких не было. Потребление энергии на отопление в нем оставалось ниже 11 кВт∙ч/(м²год), и во всех квартирах было одинаково комфортно [Feist 1997b].

Первый пассивный дом в Дармштадте оправдал все ожидания, вложенные в прототипы пассивных домов. Теперь речь в первую очередь шла о том, как снизить дополнительные расходы на строительство в первом проекте благодаря снижению доли штучного изготовления компонентов, выпускаемых под заказ. Это послужило развитию следующей стадии, а именно вопроса строительства пассивных домов второго поколения - малозатратных пассивных домов.

6. Динамика издержек и проникновение на рынок

Литература:

[AkkP 5] Energiebilanz und Temperaturverhalten; Protokollband Nr. 5 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 1997

[AkkP 13] Energiebilanzen mit dem Passivhaus Projektierungs Paket; Protokollband Nr. 13 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 1998

[Bisanz 1999] Bisanz, C.: Heizlastauslegung im Niedrigenergie-und Passivhaus; Passivhaus Institut; Fachinformation PHI-1999/2; Eigenverlag; Darmstadt 1999

[Ebel/Feist 1997] Witta Ebel und Wolfgang Feist: "Ergebnisse zum Stromverbrauch im Passivhaus Darmstadt Kranichstein" in "Stromsparen im Passivhaus"; Protokollband Nr. 7 zum Arbeitskreis Kostengünstige Passivhäuser; PHI; Darmstadt, 1997

[Feist 1988] Forschungsprojekt Passive Häuser; Projektziele -mit einem Kommentar des Autors zur 2. Auflage 1995, Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt, 1. Aufl. 1988, 2. Aufl. 1995

[Feist 1993] Passivhäuser in Mitteleuropa; Dissertation, Universität Kassel, 1993

[Feist/Werner 1994] Wolfgang Feist und Johannes Werner: "Gesamtenergiekennwert < 32 kWh/(m²a)"; Bundesbaublatt 2/1994

[Feist 1995] Wolfgang Feist (Hrsg.): "Gedämmte Fensterläden im Passivhaus"; Passivhaus-Bericht Nr. 9; Institut Wohnen und Umwelt; Darmstadt, 1995

[Feist 1997a] Wolfgang Feist, Tobias Loga: "Vergleich von Messung und Simulation" in "Energiebilanz und Temperaturverhalten"; Protokollband Nr. 5 zum Arbeitskreis Kostengünstige Passivhäuser; PHI; Darmstadt, Januar 1997

[Feist 1997b] Wolfgang Feist: "Der Härtetest: Passivhäuser im strengen Winter 1996/97"; GRE-Inform, 12/1997

[Feist 1997c] Wolfgang Feist: "Passivhaus Darmstadt Kranichstein -Planung, Bau, Ergebnisse", Fachinformation PHI 1997/4, 1. Auflage, 16 Seiten

[Feist 2000] Wolfgang Feist: "Erfahrungen objektiv: Messergebnisse aus bewohnten Passivhäusern"; in: Tagungsband zur 4. Passivhaus Tagung. Passivhaus Dienstleistung GmbH, 1. Auflage, Darmstadt 2000

[Lovins 1977] Amory Lovins, "Soft Energy Paths: Toward a Durable Peace"; Harmonsworth 1977

[Lovins, Weizsäcker 1995] Amory Lovins, E.-U. von Weizsäcker, L. Hunter Lovins: "Faktor Vier; Doppelter Wohlstand - halbierter Naturverbrauch"; München 1995

[PHTag 1996] Tagungsband der 1. Passivhaustagung, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 1996

[Peper 2005] Peper, Sören; Kah, Oliver; Feist, Wolfgang: Zur Dauerhaftigkeit von Luftdichtheitskonzepten bei Passivhäusern -Feldmessungen. Forschungsvorhaben im Rahmen der nationalen Beteiligung an der Arbeitsgruppe 28 'Sustainable Solar Housing' der Internationalen Energie Agentur IEA, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 2005

[PHPP 2004] Feist, W.; Pfluger, R.; Kaufmann, B.; Schnieders, J.; Kah, O.: Passivhaus Projektierungs Paket 2004, Passivhaus Institut Darmstadt, 2004

[Rohrmann 1994] Bernd Rohrmann: "Sozialwissenschaftliche Evaluation des Passivhauses in Darmstadt"; Passivhaus-Bericht Nr. 11; Institut Wohnen u. Umwelt; Darmstadt, September 1994

[Zimmermann 2005] Mark Zimmermann: "Passivhaus und 2000-Watt-Gesellschaft - Welches sind die Herausforderungen einer nachhaltigen Entwicklung?" im Tagungsband der 9. Passivhaustagung, Ludwigshafen, PHI, Darmstadt 2005

Пассивный дом не является торговой маркой - это строительная концепция, которая открыта для всех.

Пассивный (или нулевой) дом - это дом, который не потребляет внешней энергии. Обычно тепловой, но уже есть технологии, позволяющие полностью отключить здание от источников энергии, и оно будет вполне комфортным и современным. В статье рассматриваются методы и выгоды создания таких домов.

Ставшее в последнее время расхожим выражение "Энергоэффективный дом" в России пока не имеет конкретного определения. Законом "Об энергосбережении. " предписывается определять класс энергоэффективности многоквартирных жилых домов и информацию о классе энергоэффективности вывешивать на фасаде дома. До 1 мая 2010 г. Министерство регионального развития России должно определиться с классами энергоэффективности домов. Главный критерий энергоэффективности для жилых домов, используемый сегодня в мире - это значение удельного энергопотребления дома, необходимого для обеспечения комфортных условий проживания. Комфортные условия проживания - это не менее 18 градусов по Цельсию и нормальная влажность.

До сих пор теплоэффективность зданий определялась исходя из уровня тепловой энергии, которую необходимо подвести для отопления 1 кв.м. площади здания. Для различных типовых проектов зданий этот показатель, естественно, различается. Для обеспечения тепловой защиты зданий СНиП II-3-79 (скачать как архив ZIP) был оговорен график достижения тепловой эффективности. В среднем для России в сравнении с ФРГ это выглядело так:

В 2003 г. СНИиП II-3-79 был отменен, вышедший в замен его СНиП 23-03-2003 (скачать как архив ZIP) ввел градацию зданий по теплоэффективности с привязкой к проектному уровню. Введено 5 классов по отклонению от нормы А,В,C,D,E. Нормальный класс - С. Если дом по состоянию энергоэффективности на 50% лучше этого класса, т.е. с коэффициентом 1,5, то это класс А, если на 76% и более хуже, т.е. с коэфициентом более 1,76, то это класс Е.

Как видно из приведенных примеров, уровень требований к тепловому сопротивлению конструкций в России существенно ниже требований, предъявляемых в странах Евросоюза с похожими на наши климатическими условиями. Например в Финляндии уже обеспечивается уровень требований 17 Вт.ч/(м 2 . o C.сут), что в 4-5 раз лучше обеспечиваемых у нас требований.

Параметр Вт.ч/(м 2 . o C.сут) универсального применения и предназначен для расчета мощности отопительных систем домов и относительной оценки качества зданий в сходных климатических условиях. Для потребителя более понятна конечная информация о необходимой мощности для отопления помещения. Для этого, в качестве справочного параметра, можно использовать данные приведенные в таблице, заменив значение Вт.ч/(м 2 . o C.сут) на значение Вт/кв. метр. Для климатической зоны средней Европы и центральной России такой подход уместен, хотя и приблизителен.

Общие требования к пассивному дому

В настоящее время в Европе уровень энергоэффективности, на который сориентировано строительство и реконструкция домов, соответствует понятию "пассивный дом". Это такой дом, удельный расход тепловой энергии на отопление у которого не должен превышать 15 кВт∙ч/(м 2 год). Это приблизительно соответствует расчетной мощности подогрева 7-10 Вт на квадратный метр, что составляет 10% от уровня расчетной мощности отопительных систем обычных домов. Общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия), не должно превышать 120 кВт∙ч/(м 2 год). На практике это означает, что такой дом можно дополнительно не отапливать, все необходимое тепло может быть обеспечено за счет жизнедеятельности человека.

Расчеты показывают: чтобы сделать дом "пассивным", необходимо снизить тепловые потери дома на 90%. Для этого необходимо обеспечить ряд требований к тепловой защите здания и некоторым элементам конструкции:

Конструктивно дом должен быть не только хорошо утеплен и герметизирован. Дом в большей степени должен быть остеклен с южной стороны и представлять из себя "тепловую ловушку".

Если сравнить возможности по сохранению тепла обычного добротного кирпичного дома с толщиной стен в 2 кирпича и "пассивного дома", то при внешней температуре -26 градусов мороза и отключении источников тепла температура в обычном доме за сутки снизится до +2-3 градусов, в пассивном доме до + 16 градусов по Цельсию. Поэтому так и получается, что даже в сильный мороз за счет тепла от приготовления пищи, работы бытовой техники и освещения в доме поддерживается нормальный микроклимат.

Как построить пассивный дом?

Как уже отмечалось, пассивный дом - это отличная теплоизоляция, герметичность, возврат тепла вытяжной вентиляции в дом с притоком свежего воздуха, энергоэффективная бытовая техника.

Для того, что бы определиться с необходимыми конструктивными решениями, нужно составить энергетический баланс дома. Обычно приход-расход тепла имеет следующий вид:

Утечки тепла

Источники тепла

Из приведенных данных видно, что около 70% утечек тепла приходится на конструкцию здания, 30% - на результат жизнедеятельности человека: вентиляцию и стоки. Значит основное внимание необходимо уделять теплоизоляции.

Повышение теплового сопротивления ограждающих конструкций и сокращение утечек тепла

В понятие ограждающих конструкций входят стены, крыша, окна, входные двери, пол первого этажа, фундамент.

Приведем основные принципы, которые должны соблюдаться при повышении теплового сопротивления ограждающих конструкций:

Разделение функций строительных материалов в конструкциях. Конструкционные и крепежные элементы должны обеспечивать прочность, утеплители должны обеспечивать тепловую изоляцию, декоративно-отделочные материалы - внешний вид. При таком подходе удается сократить количество "тепловых мостов", по которым тепло из дома может выходить наружу.
Теплоизоляция должна располагаться равномерно и непрерывно по всему контуру здания.
Мостики холода должны максимально исключаться и при необходимости иметь дополнительную теплоизоляцию.
По всему контуру здания должна быть проложена воздухонепроницаемая оболочка, обеспечивающая герметизацию здания.

Бытует мнение, что стоимость дополнительной теплоизоляции значительно увеличивает стоимость строительства. Это неправда. При реализации вышеизложенных принципов стоимость кирпичной стены, обеспечивающей необходимое тепловое сопротивление в несколько раз выше каркасной стены с облицовкой. Это видно из сопоставления толщин стен различных конструкций одинаковой теплопроводности, обеспечивающих тепловое ограждение для разницы температур -26 градусов снаружи, +18 градусов внутри:

теплоизолированная каркасная конструкция с облицовкой кирпичом - 290 мм;
деревянный брус - 360 мм;
монолитная кирпичная стена - 1290 мм.

Наиболее проблемные места для теплозащиты здания:

места сочленения крыши и стен;
места примыкания перекрытий и стен;
контуры установки оконных коробок и примыкания фрамуг;
места примыкания стен к фундаменту.

Как правило, места примыкания стараются делать с применением термовкладок из конструкционных материалов с низкой теплопроводностью. Например, блоки из ячеистого бетона, специальных видов кирпича и т.д. Места сочленений дополнительно герметизируют различными видами герметиков, пластичными строительными растворами.

Теплопотери через фундамент сокращают:

теплоизоляцией фундамента снаружи по всей высоте;
установкой горизонтальной наружной теплоизоляции по периметру дома у нижней кромки опоры фундамента;
установкой фундаментных блоков на песчанную подушку;
применением схемы укладки плиты первого этажа на грунт через сэндвич: песчанная подушка, гидроизоляция, толстый утеплитель;
фундаментные блоки над поверхностью должны иметь теплоизоляцию снаружи и изнутри.

При такой схеме зона промерзания грунта будет находиться на значительном расстоянии от дома и утечки тепла через подпол будут несущественны. Аналогичным образом решаются проблемы сокращения теплопотерь при обустройстве подземных помещений.

Энергосберегающие окна

Обязательный элемент пассивного дома - окна с высоким тепловым сопротивлением R0 не менее 1,2 (м2 о C)/Вт. Таким требованиям отвечают следующие технические решения:

стеклопакет в окне с тройным остеклением и с наполнением стеклопакета инертным газом;
стекла в окне должны иметь низкоэмиссионное покрытие с внутренних сторон межстекольного пространства, снижающее теплообмен внутри стеклопакета;
профиль окна должен иметь высокое тепловое сопротивление. Таким требованиям отвечает часть профилей ПХВ, специально обработанные деревянные профили;
при установке оконного блока должна быть обеспечена герметичность стыка с конструктивными элементами здания. Элементы крепления оконного блока не должны создавать тепловых мостов;
при установке окна используются вспомогательные материалы для монтажа окон без тепловых мостов и материалы, обеспечивающие герметичность.

Энергосберегающие двери

Внешние двери должны быть теплоизолированы. При входе в дом должен быть тепловой тамбур и вторая дверь. Требования к уплотнению притвора дверей и стыка дверной коробки с конструктивными элементами здания такие же, как для окон.
Пример конструктивного исполнения дверного полотна для пассивного дома:Дверное полотно состоит из теплоизоляционного слоя из пробки толщиной 64 мм. Этот слой обшит с двух сторон березовой фанерой толщиной 12 мм. В теплоизоляционном слое расположены поперечные прокладки из фанеры через каждые 25 см. Площадь прокладок из фанеры составляет только 5% от общей площади, их толщина составляет 12,5 мм. Наружный слой состоит из шпона толщиной 1,4 мм, фанеры из бука толщиной 4 мм и алюминиевой пластины толщиной 1,2 мм в качестве паронепроницаемого слоя, приклеенной с помощью фенольного клея. Общая толщина двери составляет 100 мм.

Энергосберегающая вентиляция

В пассивных домах не применяется вентиляция посредством открывания форточек. Это крайне расточительно с точки зрения теплопотерь и неэффективно с позиции удаления загрязненного воздуха. Для того, что бы обеспечить необходимую для здоровья активность обмена воздуха при помощи окон нужно открывать их полностью на 10-15 минут каждые 3 часа. Приточно-вытяжная вентиляция в пассивном доме организована следующим образом:

Дом пассивный. А что дальше?

В общем смысле основная задача пассивного дома - обеспечение тепловой эффективности, достаточной для отказа от дополнительного отопления. Но в концепции энергоэффективного дома ограничено общее потребление энергии, тепла, горячей и холодной воды, газа из сторонних источников уровнем 120 кВт∙ч/(м 2 год). Реальное совокупное энергопотребление среднего дома со средней семьей в несколько раз превышает указанную цифру. То есть энергосбережение во всех точках приложения энергии - необходимое условие для отнесения жилища к этой категории.

Что заставляет людей стремиться к самограничению? Конечно, очень высокие цены на коммунальные услуги и энергоносители. Но в не меньшей степени и новая философия жизни, в которой нет снижения уровня комфорта, но есть желание жить в гармонии с внешней средой, не нанося ей ущерб. Современные технологии предоставляют для этого необходимые возможности:

применение солнечных коллекторов позволяет полностью отказаться от использования газа и электрической энергии для подогрева воды и помещения;
применение солнечных батарей и ветрогенераторов совместно с аккумуляторными батареями позволяет полностью отказаться от электроснабжения;
применение контроллеров для управления электрическими устройствами и системой теплообеспечения позволяет оптимизировать микроклимат в помещении, согласовать работу устройств с наличием людей в доме;
применение функционально насыщенной экономичной бытовой техники;
возможность использования тепловых насосов для исключения сброса тепла и использования аккумулированной тепловой энергии;
возможность использования биогаза, полученного при брожении и газогенерации взамен магистрального природного газа.

Этот перечень можно существенно продолжить. В настоящее время мы, в основном, используем запасенную энергию Земли и крайне мало используем энергию из возобновляемых источников энергии моря, рек, водоемов, солнца, ветра.

Пассивные дома совсем недавно казались малопонятной экзотикой. Сегодня это вполне достижимая реальность, предмет для широкого внедрения и преференций со стороны государства.

Умные энергонезависимые дома пока тоже экзотика. Но количество таких домов увеличивается, технологии настраиваются на предложение доступных по цене и качеству устройств и материалов для обеспечения такого строительства. Во Франции несколько лет функционирует 10 этажное офисное здание с энергоснабжением от солнечных батарей. Количество вырабатываемой энергии превышает собственные нужды здания. В Китае открывается самое большое в мире здание общей площадью 75 тысяч квадратных метров с энергоснабжением от солнечных батарей. Значит появится опыт эксплуатации, стандарты исполнения и доступные цены. Это всего лишь вопрос времени. Такое строительство уже не дань моде и не эксперименты. Высокие цены на энергию и энергоносители делают выгодными вложения в энергонезависимые объекты.

Проблемы энергосбережения давно уже вышли на первый план, в том числе и в сфере частного домостроения. Приметой последнего времени стало интенсивное строительство так называемых пассивных домов, особенностью которых является крайне низкое энергопотребление — вплоть до нулевых расходов на отопление.

Без затрат на отопление

«Не может быть!» — воскликнет недоверчивый читатель. Может. Появились новые стеновые материалы, современные качественные утеплители, эффективная инженерия, и стало возможным не только снизить расходы на отопление дома до нулевой отметки, но и генерировать энергию! Такой дом называется уже «активным», однако предмет нашего рассмотрения — пассивные дома, которые иногда называют также энергоэффективными.

Вполне естественно, что идея такого дома возникла не в России, где экономия энергии не привилась до сих пор, а в западных странах, хотя единых стандартов пассивных домов нет и там. Едина лишь решаемая задача: дом, не требующий затрат на отопление, или с минимумом затрат.

Решается эта задача прежде всего за счет конструктивных особенностей постройки. Эффективное утепление, отсутствие мостиков холода в материалах и узлах примыканий, герметичность, геометрия здания и ориентация по сторонам света, зонирование помещений позволяют снизить теплопотери до минимума или вообще до нуля. Кроме того, большую роль играет система приточно-вытяжной вентиляции: если она смонтирована неправильно, потери тепла достигают 20–25%. Поэтому в системе вентиляции необходимы рекуператоры, обеспечивающие экономию энергии на нагрев холодного приточного воздуха за счет использования тепла удаляемого наружу теплого. В идеале пассивный дом должен обогреваться за счет тепла бытовых приборов и биотепла жильцов. Дополнительный обогрев, в случае нужды, обеспечивается не с помощью котла, а посредством, допустим, теплового насоса или солнечных водонагревателей.

С точки зрения энергопотребления пассивный дом — весьма эффективен, поскольку исключает разорительные расходы на отопление. Однако тут же возникают опасения относительно экологической безопасности и комфортного проживания: если дом герметичен, то в нем наверняка трудно дышать. И кислорода будет не хватать, и влажность окажется повышенной, и грибки с бактериями станут активно размножаться…

Все эти страхи напрасные. Если дом выстроен профессионально, с соблюдением всех стандартов и нормативов, то никаких грибков не будет и в помине. Грамотный строитель устроит гидро-, тепло- и пароизоляцию так, что стена будет гарантированно сухой, а правильно устроенная система вентиляции и кондиционирования обеспечит помещения свежим воздухом.

Показателем энергоэффективности объекта служат потери тепловой энергии с квадратного метра (кВт·ч/м²) в год или за отопительный период. Обычно потери составляют 100–120 кВт·ч/м². В России энергосберегающей считается постройка, потери тепла в которой ниже 40 кВт·ч/м². В европейских странах установлен показатель примерно 10 кВт·ч/м².

Стены пассивного дома

В пассивном доме особое внимание уделяется устройству стен, кровли и фундамента. Именно через эти конструкции (плюс дверные и оконные проемы) теряется львиная доля тепла.

Стены пассивного дома могут быть из разных материалов — все дело в технологии возведения.

В случае деревянных стен для уменьшения тепловых потерь можно наращивать толщину: увеличивать диаметр бревна, сечение бруса и т. п. При достаточной толщине материала дополнительная теплоизоляция стене уже не потребуется, если, конечно, тепло не будет уходить через мостики холода. Чтобы исключить такие теплопотери, применяют специальные способы рубки бревенчатых срубов, а также утепляют те элементы стеновой конструкции, через которые может проникнуть холод. Стена из бруса не будет пропускать тепло, если обеспечено плотное примыкание стеновых элементов за счет профилирования и высокоточной обработкой брусьев. Еще надежнее в этом отношении клееный брус, который не претерпевает усадки, сохраняя первоначальную геометрию в течение всего срока эксплуатации, что, конечно же, положительно сказывается на теплотехнических характеристиках стеновой конструкции.

Но очень толстые деревянные стены существенно удорожают строительство, поэтому для повышения энергоэффективности используют современные утеплители, а также паро- и ветроизоляционные мембраны. При этом ухудшаются экологические характеристики постройки. Абсолютно экологична лишь скандинавская ветрозащитная плита «Изоплат», изготовленная из перемолотой древесины хвойных пород без применения клея и других химических связующих. По теплостойкости плита толщиной 25 мм равноценна 90 мм массива древесины; такая обшивка плотно облегает деревянные стены, утепляет и защищает от продувания. Ветрозащитная плита «Изоплат» разработана специально для северного влажного климата и необычайно популярна в Скандинавских странах и Германии, где используется для наружного утепления не только деревянных, но и каменных домов.

Пассивный дом можно создать и на базе каркасных стен. Необходимо правильно устроить стеновой «слоеный пирог». В него обязательно входит утеплитель, чаще всего минераловатный — экологически безопасный эффективный теплоизолятор. Внутри стеновой конструкции находятся также гидроизоляционные пленки, пароизоляционные мембраны; кроме того, нередко используют специальные теплоизоляционные фасадные материалы и системы. Один из них — упомянутая выше ветрозащитная плита «Изоплат», которая утепляет конструкцию и перекрывает мостики холода по стойкам каркаса. Благодаря высокой паропроницаемости плиты каркас и утеплитель остаются сухими в течение всего срока службы. При использовании в качестве утеплителя льняных матов или целлюлозной эковаты не требуется сплошная пароизоляция — такая стена «дышит», как деревянная. Стены, устроенные по всем правилам, очень теплые, а постройка после закрытия теплового контура представляет собой своеобразный термос, из которого тепло практически не уходит наружу.

Разновидность каркасно-панельных — дома, выстроенные по SIP-технологии, из панелей, изготовленных в заводских условиях. Их теплоизоляционные свойства очень высоки, необходимо лишь при монтаже тщательно теплоизолировать места стыков.

Пассивные дома могут быть из ячеистых бетонов: пено- и газобетона. За счет газовых пузырьков в массиве эти материалы являются очень эффективными теплоизоляторами, а специальные способы монтажа — пазогребневая система соединения блоков и применение клеев вместо цементного раствора — дополнительно повышают теплотехнические характеристики стен. Если использовать еще и эффективный утеплитель, то пассивный дом гарантирован.

Кровля, окна, двери

В пассивном доме чердак должен быть теплым, а это значит, что кровлю необходимо утеплять, с тем чтобы кровельный пирог минимально пропускал тепло или вовсе не пропускал. Ведь если подкровельное помещение отапливается, вследствие разницы температур воздуха снаружи и внутри может образоваться конденсат, тогда утеплитель намокнет и потеряет эффективность. Вот почему одним из важнейших элементов кровельной конструкции является вентилируемый зазор между утеплителем и кровельным покрытием. На кровле применяются также антиконденсатные гидроизоляционные пленки, диффузионные и супердиффузионные паропроницаемые мембраны. Функции таких пленок и мембран выполняет и кровельная плита «Изоплат», дополнительно утепляющая кровлю (особенно по деревянным стропилам), и обеспечивающая высокую звукоизоляцию, что актуально для мансард.

Оконные и дверные проемы также требуют внимания при создании пассивного дома. Места примыканий оконных блоков к стенам тщательно утепляются и герметизируются, а стеклопакеты выбираются с двойным или тройным остеклением и заполнением пространства между стеклами инертным газом. Такие окна, как правило, снабжены, системой микропроветривания, доводчиками и другими техническими приспособлениями, уменьшающими потери тепла.

Не менее актуально и утепление дверей. Металлическая дверь — надежная защита от непрошеных гостей, но, в отличие от деревянной, добиться ее высокой тепло- и звукоизоляции гораздо сложнее ввиду высокой теплопроводности и плотности металла. Чаще всего в качестве теплозвукоизоляционных материалов используют пенополистирол, пенополиуретан, минеральную и каменную вату. Теплоизоляции помещения способствует также уплотнитель, который еще защищает от проникновения пыли и приглушает звонкие удары полотна дверного блока о коробку.

Помимо всего перечисленного, энергопассивность в значительной степени обеспечивает комплекс инженерных систем дома. Но об этом в другой публикации.

Слово экспертам

Пентти Коскенранта, директор фабрики Ikihirsi:

Для меня энергоэффективный дом может быть только деревянным. По проведенным исследованиям, на обогрев деревянных стен толщиной от 180 мм затрачивается всего лишь около 10% всей энергии, потребляемой домом. На фабрике деревянных домов Ikihirsi производятся дома из клееного бруса и клееного бревна разной толщины, и российским клиентам мы рекомендуем строить дома из клееного бруса сечением не менее 180 мм: это оптимально для наших стран, где продолжительность холодного периода полгода. Деревянные стены сами по себе хороший теплоизолятор и помогают поддерживать ровную температуру внутри дома. А еще стены из клееного бруса отличаются тепловой инерцией, и современные способы производства позволяют максимально использовать эту волшебную особенность дерева. Деревянные стены нагревают воздух внутри помещений за счет накопленной энергии и естественным образом фильтруют его от пыли и углекислого газа.

Слово экспертам

Александр Новожилов, коммерческий директор ООО «Гарус»:

У SIP-технологии высокий потенциал в сфере строительства энергоэффективных домов. Дома из SIP очень теплые и сохраняют тепло, как термос. Для достижения таких же показателей кирпичная стена должна быть в 15 раз толще SIP-панели. При одинаковой толщине стена из SIP более чем в 1,5 раза теплее каркасной стены, утепленной минватой. Причем, в отличие от каркаса, дом, построенный по SIP-технологии, не изменит свойства со временем. Если сделать все профессионально, установить энергосберегающие окна и двери, то основные затраты в SIP-доме пойдут на обогрев свежего воздуха для вентиляции помещений, что, по современным нормативам, составляет лишь 10–15% общего объема теплопотерь, которые можно снизить при помощи рекупиратора.

Слово экспертам

Валентина Кутузова, директор ООО «Экоплат»:

Эффективную и экономичную внутреннюю отделку дома с дополнительной теплоизоляцией обеспечивают тепло- и звукоизоляционные декоративные стеновые и потолочные панели «Изотекс». Они изготавливаются по финской технологии из размолотой древесины хвойных пород без добавления клея. По теплоизоляционным свойствам эти абсолютно экологически безопасные панели толщиной 12 мм сопоставимы с массивом древесины толщиной 44 мм, а их высокие звукоизоляционные характеристики гарантируют акустический комфорт в помещении. Панели «Изотекс» в своем классе отличаются максимальной шириной (58 см), система крепления «шип — паз» перекрывает «мостики звука» и обеспечивает идеальную стыковку панелей и ровную поверхность. Кроме того, «Изотекс» регулирует влажность в помещении, за счет высокой теплоемкости решает проблему холодных углов, обеспечивает прохладу в летний зной и комфортную температуру прохладным вечером.

Читайте также: