Россия имеет значительный потенциал энергосбережения, который сопоставим с приростом производства всех первичных энергоресурсов. На сегодняшний день существуют различные подходы к решению вопроса проектирования и строительства энергосберегающих зданий. В данной статье приводится пример проектирования энергопассивных малоэтажных жилых домов.

Экспериментальное проектирование

В мае 2009 г. ученые из Университета Зюйд (Нидерланды, г. Хеерлен) обратились к руководству ННГАСУ с предложением об осуществлении совместного проекта разработки экспериментального индивидуального жилого дома с нулевым потреблением энергии для Нижнего Новгорода и Нижегородской области. Техническое задание "Индивидуальный жилой дом с нулевым потреблением энергии для Нижнего Новгорода и Нижегородской области" было составлено кафедрой архитектурного проектирования ННГАСУ, утверждено ректором ННГАСУ и согласовано департаментом градостроительного развития территории Нижегородской области и Университетом Зюйд.

Предусматривалась разработка объемно-планировочного решения с соблюдением следующих требований:

- площадь участка: 1000 кв. м (10 соток);

- этажность: 3 этажа - подвал, первый этаж, мансарда;

- число членов семьи: 3 - 4 человека;

- общая площадь жилого дома: 80 - 100 кв. м;

- стены и перегородки: клееный брус, калиброванное бревно, деревянные щиты;

- на участке располагается гараж на один автомобиль.

Необходимо также отметить, что департамент градостроительного развития территории Нижегородской области обратился к руководству ННГАСУ с предложением выполнить ряд поисковых проектов застройки в Нижнем Новгороде. Целью эксперимента стало определение целесообразности размещения на участке, занятом в настоящее время садами, малоэтажной индивидуальной застройки. За основу для проектирования был взят пассивный жилой дом.

Таким образом, решено было апробировать тему энергосберегающего дома в курсовом проектировании.

Энергопассивные планировочные решения

Пассивный дом соответствует ведущим мировым стандартам в энергоэффективном строительстве. Экономия энергии в нем достигает 80% по сравнению с обычными новыми зданиями. Концепция "пассивного дома" была разработана в 1988 г. профессором Бо Адамсоном в Университете Лунда (Швеция). Идея заключается в строительстве здания, в котором могли бы поддерживаться комфортные для человека условия сколь угодно долго без подводки энергии со стороны. Это пример замкнутой системы, не требующей стороннего вмешательства для своего существования. Идея пассивного дома базируется на следующих принципах: снижение теплопотерь, использование альтернативных источников энергии, светодиодов в качестве осветительных приборов, таймеров для экономии электроэнергии.

Обратимся к объемно-планировочным решениям энергосберегающих жилых домов, запроектированных бакалаврами архитектуры в своих выпускных квалификационных работах. Объемная композиция домов проста. Так, дом, запроектированный бакалавром архитектуры И. Филюшкиным, рассчитан на семью из четырех человек, имеет три спальни и гараж на два автомобиля. Единый объем общей зоны первого этажа (гостиная и кухня-столовая) перетекает в пространство улицы через просторную террасу, выходящую на юг. Северная сторона защищена от негативного воздействия буферной зоной в виде лестницы, заключенной между стеклянной и несущей теплой стеной. Основополагающим фактором полноценной эксплуатации экодома является активное применение солнечного света, который в достаточном объеме будет попадать в помещение через большие окна с южной стороны. Вся конструкция здания становится коллектором поступающей от солнца энергии. Планировочное решение дома принималось в соответствии с ориентацией по сторонам света: гостиная, кухня-столовая, детские обращены на юг и имеют большую площадь остекления, на север выходят тамбур, гараж, гардероб.

В проектах бакалавров архитектуры ННГАСУ, помимо соответствующих объемно-планировочных решений, применяется ряд подходов, предложенных консультантом - инженером Л. Гараниным: деревянные конструкции, система снегоочистки, уникальная ветроустановка, современные системы вентиляции и др.

Для наружных стен здания используются деревянные элементы с внутренним теплоизоляционным слоем (например, монтажная пена). Для реализации этого решения деревянные элементы сначала высушиваются до расчетной влажности. В каждом элементе по всей его длине выполняют несквозную прорезь шириной 2,5 - 3,0 см, которую впоследствии заполняют монтажной пеной. Также возможен вариант исполнения конструктивного элемента из клееного бруса. Теплоизоляционный слой из монтажной пены уменьшает потери тепла через стены при их небольшом поперечном сечении более чем в два раза.

Для увеличения пролетов предлагается использование деревянных балок с повышенной несущей способностью. Принципиальное отличие предлагаемых балок от обычных состоит в том, что они снабжены стальной вертикальной пластиной толщиной 1,0 - 2,0 мм, которая размещена вдоль продольной оси состыкованных между собой деревянных элементов. Вся нагрузка в таких балках воспринимается стальной пластиной, при этом деревянные элементы выполняют роль ограничений перемещения пластины в горизонтальной плоскости.

Конструктивные и архитектурные особенности малоэтажного энергоэффективного здания предполагают устройство скатной или плоской кровли с минимальным уклоном для стока атмосферных вод. Кровля, как известно, служит накопителем снежных осадков, которые создают большие нагрузки на несущие элементы и саму кровлю. Существующий способ удаления снежного покрова с крыш зданий с помощью электрических кабелей требует больших затрат электроэнергии. В связи с этим на уровне рабочих эскизов был разработан менее энергоемкий способ, сущность которого состоит в том, что на поверхности кровли параллельно длинной стороне здания закрепляются перфорированные трубопроводы диаметром 25 - 30 мм. Их соединяют с побудительным устройством, в качестве которого используют компрессор мощностью 2 - 3 кВт или газовый баллон с нейтральным газом - азотом. Сжатый воздух или газ подают в трубопровод под давлением 0,5 - 1,0 атм. Удаление снега происходит в течение 15 - 20 секунд. Периодичность включений побудительного устройства определяется количеством продолжительных снегопадов. Для условий Нижнего Новгорода эта величина находится в пределах 15 - 17. Тогда общее время работы побудительного устройства не превышает 5 минут.

Источники энергии

Внутри продуваемой крыши на теплозвукоизоляционном перекрытии предполагается размещение ветрогенератора вертикального типа. Крыша здания выполнена в виде несущих вертикальных перегородок (возможно, из поликарбоната), которые в плане располагаются в радиальном направлении под острым углом к диаметральным осям покрытия. В плоскости кровли могут быть размещены солнечный водонагреватель из стальных труб, окрашенных в черный цвет, либо солнечные панели. Вертикальные перегородки образуют в плане каналы переменного сечения, которые позволяют увеличить скорость и давление воздуха в центральной зоне крыши более чем в 2,5 раза и, соответственно, увеличить угловую скорость ветрогенератора. Ветер, встречая на своем пути стену здания, поднимается вверх и тоже поступает в каналы, отражаясь от свесов кровли. Таким образом, дом благодаря своим конструктивным и архитектурным особенностям позволяет одновременно улавливать, усиливать и концентрировать как горизонтальные, так и вертикальные потоки воздуха. При сверхвысоких скоростях ветра в свесах крыши автоматически открываются окна. В результате использования данного решения здание начинает вырабатывать электроэнергию при скорости ветра 1,5 - 2,0 м/с. (В Нижегородской области ветер такой и большей силы дует в 75 - 80% от общего количества дней в году.) При скорости ветра менее 1,5 м/с, когда здание не вырабатывает энергию, автоматически включается резервный источник энергии - электрогенератор. В ночное время суток избыточное количество электроэнергии поступает в центральную систему электроснабжения.

Для снижения теплопотерь в проектах применена приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла. Основное ее отличие от стандартных систем в том, что воздух поступает в здание не через вентиляционный вход, а из подземного воздухопровода. Таким же образом он выходит наружу. Основной принцип действия системы вентиляции заключается в следующем: подземный воздухопровод оснащен рекуператором (грунтовым теплообменником), который предварительно нагревает воздух. Нагретый таким образом поток воздуха отдает свое тепло холодному и регулирует общую температуру. Это позволяет до 90% повысить эффективность вентиляционной системы, работающей с учетом выработки внутреннего тепла. Последнее вырабатывается в значительном количестве, к примеру, от компьютеров, людей, осветительных и различных электрических приборов.

Таким образом, концепция спроектированных в ННГАСУ индивидуальных деревянных жилых домов для Нижнего Новгорода демонстрирует комплексный подход к организации экономичного, высококачественного и безопасного для здоровья строительства.