Пасивні будинки та їх принципи проєктування

Світ невпинно шукає способи знизити викиди вуглекислого газу у навколишнє середовище, тому будівництво пасивних «екобудинків» стає пріоритетним для багатьох країн. І, якщо ще недавно поняття «усвідомлене споживання» асоціювалося у більшості з чимось далеким і дуже «нішевим», то зараз це молодий тренд, який ось-ось перетвориться на справжній «хайп». Пасивні будинки відрізняються дуже низькою втратою енергії (тепла), завдяки використанню пасивних методів енергозбереження (ізоляційні матеріали, інноваційні інженерні та архітектурні рішення). Енергозбереження як і відновлювана енергетика — це наше сьогодення і майбутнє.

У Європі «пасивними» називають будови, які споживають менше ніж 15 кВт * год / м2 на рік (рис.1).

Рис. 1: Розподіл будівель за рівнем споживання енергії
Рис. 1: Розподіл будівель за рівнем споживання енергії

Енергоефективність будівель

В європейських країнах треба обов’язково вказувати в паспорті кожної споруди клас її енергоефективності, щоб легко можна було вирахувати витрати на обслуговування будівлі.

Таблиця 1: Кількість енергії, яка споживається будівлями для їх опалення та охолодження
Тип будівлі Енергоспоживання (кВт*год/м2 за рік) Законодавчо дозволені у Європі (роки)
Стара будівля 300 ≤ 1970
Нова будівля 150 1970 — 2002
Будова низького споживання енергії 60 2002 — 2019
Пасивний будинок 15 2019 — 2020
Будинок нульового енергоспоживання 0 немає обмежень
Активний будинок виробляє енергію немає обмежень

В Україні культура будівництва енергоефективних будинків починає активно розвиватися. Однак більшість новобудов відповідають класу «нові будівлі», а значить річні втрати тепла приблизно дорівнюють 150 кВт * год / м2. Крім нанесення шкоди навколишньому середовищу, експлуатація такого житла не вигідна тим, хто сплачує платіжки за опалення.
Директива Європейського Союзу 2002/91 / EC про енергетичні показники у будівництві (EPBD) зобов’язує всі країни-члени ЄС зводити новобудови з нульовим рівнем енергоспоживання. Що для цього потрібно? Все просто, фахівці розробили достатню кількість енергозберігаючих матеріалів, архітектурних та технологічних рішень. Про що нижче розповімо докладніше.

Основні принципи проєктування пасивних будинків

Це не є очевидним, але виявляється витрати на будівництво екобудинку ненабагато вище, ніж на будівництво звичайного дому (від 3 до 7%). Тому що проєкт пасивного будинку включає реалізацію архітектурних прийомів, які дозволяють вловлювати та акумулювати (накопичувати) велику кількість тепла з навколишнього середовища.

Рис. 2: Ключові ландшафтно-планувальні принципи при будівництві енергоефективних будівель
Рис. 2: Ключові ландшафтно-планувальні принципи при будівництві енергоефективних будівель

Головним завданням для інженерів є розробка таких конструкцій, щоб якомога більше сонячного світла взимку потрапляло у будівлю та зберігалося у вигляді тепла завдяки теплоізоляції. Перш за все потрібно продумати як зберегти тепло і не втратити його через вентиляцію, яка має бути присутня у кожному приміщенні.

Рішення, які допомагають спроєктувати пасивний будинок, можна розбити на кілька підрозділів. Їх же застосовують для проєктування енергонезалежних будинків з нульовим споживанням енергії:

  • Ландшафтно-планувальні рішення;
  • Об’ємно-планувальні рішення;
  • Енергозберігаюче скління будівлі;
  • Акумулюючі енергію рішення;
  • Теплоізоляційні рішення;
  • Інженерні рішення та відновлювальна енергетика;

Нижче розглянемо кожен пункт окремо.

Ландшафтно-планувальні рішення

Ландшафтне планування — це просторово-часове розташування будівлі в умовах ландшафту з урахуванням поставлених цілей. Для нашого регіону основоположні принципи такі:

  • захист від вітру будівлі (передбачає відсутність вікон та загородження іншими спорудами або деревами північного боку);
  • відсутність затінюючих об’єктів південного фасаду та наявність великих вікон.

На малюнку можна побачити приклад застосування цих принципів. Північний фасад будівлі не має вікон та захищений деревами, а всередині розташовані буферні зони (не житлові кімнати). З південного боку будова відкрита сонцю та має достатньо вікон.

Ландшафтно-планувальні рішення

Об’ємно-планувальні рішення

Під об’ємним плануванням мають на увазі розташування та компонування будівель відповідно до економічних, функціональних, технічних та архітектурно-художніх вимог.

Перш за все будівля повинна мати компактну форму, наприклад, форму півкулі (вважається найбільш енергозберігаючої). Звичайно ж слід уникати проєктування кутів, балконів або продумувати як уникнути втрати тепла, якщо обійтися без них не виходить.

Всередині приміщення ділиться зазвичай на житлові та буферні (допоміжні) зони. Причому допоміжні зони розташовуються на північній стороні, оскільки в них допустима температура нижча, ніж в житлових. А ось житлові зони повинні розташовуватися з південно-східної сторони.

Чималу роль грають додаткові архітектурні елементи, що захищають будівлі від літнього сонця та від зимового вітру (козирки, навіси, огорожі і т.д.).

Об’ємно-планувальні рішення

Енергозберігаюче скління

Енергозберігаючі вікна — це один з головних засобів підвищення енергоефективності будинків. Вибір склопакету з додатковою камерою збільшує заощадження тепла на 50%. Але цього недостатньо, важливо передбачити ще й інші моменти:

  • відсутність на північній стороні будь-яких світлопропускаючих областей (вікна або засклені двері, засклені фасади, скляні елементи дахів);
  • розташувати світлопропускаючі конструкції так, щоб сонце взимку як можна довше потрапляло всередину приміщення;
  • вікна повинні знаходитися на південній стороні та трохи на східній та західній (така вимога актуальна саме для нашої кліматичної зони);
  • коефіцієнт теплопровідності (здатність передавати тепло) вікон та профілів ≤ 0,8 Вт / (м² * K);

Скління, яке відповідає стандарту пасивного будинку дозволяє незначні втрати тепла та забезпечує додатковий комфорт мешканцям.

Акумулюючі енергію рішення

При проєктуванні енергозберігаючих будівель продумують наявність елементів, що накопичують енергію у будівлі. Добре зберігає тепло цегляна або бетонна стіна, оброблена зсередини глиняною штукатуркою.

Хороші показники енергозбереження відзначені у тромб-стін та у «задніх» масивних стін у неглибоких кімнатах. А якщо інтер’єр кімнати доповнити масивним декором темного кольору (мармурові або кам’яні колони, вази, чаші, гіпсова ліпнина), він буде накопичувати не тільки сонячне тепло, а й енергію побутових приладів, комп’ютерів, людей і т.д.

Нічна прохолода у літню спеку добре зберігається у простінках (стіни між кімнатами) або в утеплених зовнішніх стінах.

Рис. 5: Приклад акумулювання сонячного випромінювання у пасивній теплиці: а — бочкою, каністрою або банкою з-під фарби з водою; б — укладеним впритул до стіни камінням; в — камінням, укладеними вільно; г — мішками з сіллю
Рис. 5: Приклад акумулювання сонячного випромінювання у пасивній теплиці: а — бочкою, каністрою або банкою з-під фарби з водою; б — укладеним впритул до стіни камінням; в — камінням, укладеними вільно; г — мішками з сіллю

Теплоізоляційні рішення

У пасивному будинку використовують якісні ізоляційні матеріали. Зовнішня теплоізоляція фундаменту, стін та даху не повинна віддавати тепла більше ніж 0,15 Вт / (м² * К). Крім того, необхідна повна герметичність зовнішньої оболонки будівлі, а значить відсутність в теплоізоляції щілин та містків тепла (зон підвищеного витоку енергії).

Інженерні рішення та відновлювальна енергетика

Інженерні рішення дозволяють зробити будинок повністю енергонезалежним та навіть досягти класу «енергія плюс» завдяки використанню спеціальних пристроїв, таких як:

  • система вентиляції з рекуперацією енергії;
  • використання підземних теплообмінників (пристрої, що вловлюють тепло ґрунту)
  • PV панелі, вбудовані у виступаючі елементи або дах (додаткова ізоляція);
  • геліоколектори для підігріву води та опалення.
Рис. 6: Лос-анджелеський музей Голокосту, Каліфорнія, США. Джерело: 2030 PALETTE
Рис. 6: Лос-анджелеський музей Голокосту, Каліфорнія, США. Джерело: 2030 PALETTE

Є й інші корисні рішення для підвищення енергоефективності будинку. Наприклад, рослинність та ґрунт на даху будівлі для збільшення теплоізоляції: збереження прохолоди у жарку пору та тепла у зимовий час. Крім того, зелені дахи утримують опади, знижують навантаження на каналізаційні системи, захищають покрівельні мембрани, знижують шум та фільтрують забруднюючі речовини.

Ступінь економії енергії пасивного будинку безпосередньо залежить від регіону розташування. У нашій кліматичній зоні найбільш витратним є зимовий період. Втрати тепла доводиться постійно заповнювати за допомогою спалювання газу, вугілля або інших енергоносіїв. Акумульована сонячна енергія, тепло від електроприладів та людей є значущими джерелами, та саме цей принцип є основою технологій пасивного будинку.

Компанія АВЕНСТОН планує впровадити найкращі досягнення енергозберігаючих розробок у своєму проєкті Re Hub, в якому будуть застосовані також технології відновлюваної енергетики та системи energy storage.

За матеріалами: https://avenston.com