рус
ЭНЕРГОПАССИВНЫЙ ДОМ
Пассивный дом – «фабрика» здоровья.

 Пассивный дом – зачем он нужен?

Пассивный дом (Энергопассивный) – дом, в котором энергия для поддержания здорового климата в помещении снижена до максимально низкого уровня, что делает его практически энергонезависимым.

Тепловые потери Пассивного дома менее 15 кВт час/(м2∙год). В обычных домах потери на обогрев помещения достигают 300 кВт час/(м2∙год).

В Пассивном доме применяются современные строительные материалы и конструкции, новейшее инженерное оборудование. На сегодня – это самые совершенные дома с точки зрения комфорта внутреннего климата помещений. В этих домах автоматически поддерживаются: комфортная температура и влажность воздуха, чистота воздуха – это особо чистый воздух. Ощущение комфорта у человека, попавшего в Пассивный дом, начинается уже с первых минут пребывания в нём. Чистый и тёплый свежий воздух, тёплые стены и полы вызывает ощущение пребывания на природе в летнее время.

Комфортная среда обитания внутри Пассивного дома, благотворно влияет на здоровье человека, способствует существенному продлению дееспособного срока жизни человека. Особенно благотворно влияет атмосфера Пассивного дома на аллергиков.

Именно фактор климатического комфорта внутри дома, а не экономия энергии является причиной растущей популярности Пассивных домов.

На популярность Пассивных домов также влияет снижение стоимости их строительства до уровня стоимости домов традиционного типа. В тоже время, затраты на отопление пассивных домов в 7-12 раз меньше, чем в домах традиционной застройки.


Потери энергии в доме.

Потери тепла в доме - это потери через ограждающие конструкции здания и вентиляция. Летом основные потери энергии связаны с кондиционирование помещения.

Чтобы построить Пассивный дом, необходимо определить основные причины потерь энергии.

Вспомним, как мы пытаемся охладить горячий чай. Наливаем чай в блюдце и начинаем дуть на него. Чем больше блюдце и чем сильнее мы дуем, тем быстрее чай остывает.

Тоже происходит и с домом. Чем больше площадь стен, чем сильнее ветер и чем ниже температура наружного воздуха – тем быстрее дом остывает.

Еще одно наблюдение. Влияние цвета стен на поглощение тепла.

Покрасим деревянные доски в разный цвет: от белого - до коричневого. Выставим их зимой на застекленном балконе с южной стороны дома и измерим температуру на поверхности каждой доски в середине солнечного дня. Оказывается, что на поверхности доски, покрашенной в белый цвет, температура поднялась до 9оС, а на поверхности доски, покрашенной в коричневый цвет, она достигла 42оС. Температура воздуха на улице - минус 15 градусов.

Это означает, что если покрасить стены дома в темный цвет, то зимой они будут нагреваться солнцем и помогать сохранять тепло в доме. Но что делать летом, когда горячие стены не помогут сохранить прохладу внутри дома?

Перекрасить на лето дом в белый цвет? Нет, это невозможно.

Вспомним, как строили дома древние греки и римляне? Они строили дома с галереями, и что по этому поводу говорил великий философ Сократ:

«Кто хочет иметь дом такой, каким ему следует быть, не должен ли употреблять все средства к тому, чтоб он был как можно более приятен для житья и целесообразен? Когда собеседник соглашался с этим, Сократ спрашивал: Не правда ли, приятно иметь дом летом прохладный, а зимой теплый? Когда и с этим собеседник соглашался, Сократ говорил: Не правда ли, в домах, обращенных на юг, зимой солнце светит в галереи, а летом оно ходит над нами самими и над крышами и дает тень? Значит если такое положение прекрасно, то необходимо строить выше южную сторону, чтобы не преграждать зимнему солнцу доступа, а ниже – северную сторону, чтобы холодные ветры не попадали в дом».

Физик объяснил бы это так. Летом солнце ходит высоко (около 70 градусов к линии горизонта на Украине), а зимой низко – 17 градусов к горизонту. Значит, летом тень, которую дают галереи, защищает стены дома от прямых лучей солнца и они не нагреваются. Прохлада остается в доме. Зимой солнце ходит низко над горизонтом и галереи не препятствуют нагреву стен прямыми лучами солнца. Стены нагреваются и защищают дом от холода.

А что, если «древние галереи» несколько усовершенствовать. Например, застеклить. Тогда ветер не сможет добраться до стен и не будет их охлаждать, а зимнее солнце беспрепятственно проникает через стекло и нагревает стены.

Теперь остается выяснить какого же размера должны быть галереи, чтобы летом солнце не нагревало стены дома, а зимой галерея не мешала прямым лучам солнца согревать дом.

Простые геометрические расчеты показывают, что минимальный размер галереи ~ 1,5 метра. Другими словами, крыша должна выступать за стены дома на расстояние 1,5 метра. Если образовавшееся пространство до стены дома застеклить, то получим зимний сад. Инженеры называют это пространство тепловым буфером. Нам больше нравится слово – галерея.



Из чего построить стены дома?

Когда думаешь о том, из чего построить стены дома, то всегда вспоминается сказка о трех поросятах. Суть сказки: «Дом поросенка должен быть крепостью!» В сказке понятие прочности дома неразрывно связано с защитой не только от волка (или других врагов), но и от мороза.

Но соответствует ли это действительности?

Рассмотрим ситуацию с современных позиций.

Вывод строителя: «Чем легче материал, тем быстрее из него можно построить дом». В сказке иначе: «Чем быстрее мы построим дом, тем быстрее его разрушит волк». Вот с этой верой, заложенной нам в детстве, мы и живем.

Но вера не должна быть слепой.

Так ли уж был не прав поросенок, построивший дом из соломы? Ведь если вспомнить школьные уроки физики, то очевидно, что в материал с большим содержанием воздуха, такой как солома, лучше всего защищает от холода.

Почему? Потому, что сухой воздух – лучший теплоизолятор. Если воздух влажный, его теплопроводность увеличивается. Поэтому лучшим теплоизоляционными материалами являются пористые строительные материалы. Если в порах материала находится сухой воздух, то такие материалы великолепно защищают от мороза.


Может ли камень, бетон или кирпич защитить от мороза?

Нет, теплопроводность камня 3,5 Вт/(м∙оС), сухого воздуха – 0,022 Вт/(м∙оС). Металлы хоть и прочны, но их теплопроводность выше, чем у камня, например, алюминий – 237 Вт/(м∙оС). Дерево, если сухое, в зависимости от его плотности, имеет теплопроводность на уровне (0,1÷0,2) Вт/(м∙оС). Вспененные материалы, такие как пенопласт – 0,035 Вт/(м∙оС).


Как строят быстровозводимые здания?

Возводят металлический каркас. Но металл хорошо проводит тепло - не проблема, утверждают строители и обшивают его снаружи утеплителем. На первый взгляд проблема решена. Если бы не одно «но». Оказывается, материалы характеризует не только теплопроводность, но и удельная теплоемкость – которая показывает, сколько нужно энергии, чтобы нагреть данный материал на один градус.

Представьте себе, что Вы дотронулись рукой до двух материалов, имеющих одинаковую температуру, но разную теплопроводность и теплоемкость, например, металл и дерево. Металл быстро отбирает тепло руки, дерево отбирает тепло медленно. По этой причине дерево воспринимается как «теплый» материал, а металл – как «холодный». Отбор тепла от тела происходит тогда, когда температура тела выше, чем температура металла или дерева.


Удельная теплоемкость определяет время нагрева материала.

Удельная теплоемкость определяет скорость нагрева материала, и все материалы в помещении нагреваются с разной скоростью.

Например, чтобы нагреть на один градус литр воды необходимо потратить 4200 Дж, литр воздуха – 1,14 Дж, железа – 3485 Дж, дерево – 628 Дж, сухой песок – 1185 Дж, мокрый песок – 3314 Дж.

Поэтому в помещении с металлическим каркасом и утеплителем из пенопласта или минеральной ваты, в условиях постоянного теплообмена, металл будет иметь меньшую температуру, чем утеплитель или тело человека.  Если разница температур будет достигать 6оС, то в ощущениях человека это будет восприниматься как «сквозняк». «Холодный» металл будет «отнимать» тепло человеческого тела.


Что если вместо металла в качестве каркаса использовать дерево?

Ситуация резко поменяется. Если 3485 Дж разделить на 628 Дж, то это означает, что дерево того же объема «теплее» металла в 5,55 раз.

Поэтому металл используют при строительстве производственных зданий, а дерево – при строительстве жилья. Может камень или бетон, армированный железом, заменить дерево? Конечно, нет. Эти материалы хорошо поглощают влагу и поэтому по своим теплофизическим свойствам больше напоминают металл, чем дерево. Именно по этой причине, для жизни строят из дерева (читай из веток), а для войны - из камня. Если нет дерева, то строят из соломы, упрочняя её глиной. Если нет и соломы, то строят из пустотелого кирпича.
 

Сколько весит квадратный метр стены?

Квадратный метр стены в 1,5 кирпича весит 780 кг, в три кирпича – 1560 кг. Но даже стены в три кирпича не удовлетворяют современным строительным нормам по теплопередаче - они в 2,25 раза «холоднее» чем требуется. Другими словами, построить Пассивный дом только из кирпича – невозможно.

Дома из дерева почти в четыре раза теплее, чем из камня или кирпича. Но для того, чтобы построить Пассивный дом, теплозащитных свойств дерева будет явно недостаточно.  Дерево нужно утеплить, добавив еще более «теплый» материал. Например, пенопласт или пеноизол. Тогда можно построить стены, у которых потери тепла через один квадратный метр стены упадут до 0,1 Вт/м2. Вес одного квадратного метра такой стены не превышает 56 кг, а вес всего дома не превысит (10-30) тонн. Дом, такой же площади из обычных стройматериалов весит более 300 тонн.

Напрашивается следующий вывод: «легкому» Пассивному дому не нужен мощный фундамент и, его можно построить на песке или торфе.

Сказано - сделано. Дом будем строить на болоте, уж проверять, так проверять.


Этапы строительства






























На этом месте нужно построить дом. Весной вода поднимается и заливает участок. Необходимо поднять уровень земли на полметра.






























Завезли песок, чернозем, даже деревья посадили. Участок готов к строительству. Один недостаток – техника к участку подъехать уже не сможет. Так что сваи забить невозможно – нужно строить столбчатый фундамент.































Для столбиков фундамента выбрали металлическую трубу диаметром 100 мм, высота столбика – 1000 мм. Поскольку уровень поверхности участка неровный, то высота столбиков, выступающая над землей, колеблется от 300 до 500 мм. Столбики соединены уголками, на которые ложится листовое оцинкованное железо. Листы уложены внахлест, соединены заклепками и герметизированы бутиловой лентой. Поверх оцинкованного железа уложена полиэтиленовая пленка. Вместе это обеспечивает гидроизоляцию пола.































Все столбики соединены в общую плоскость с помощью бруса размерами 100х100 мм. Такой фундамент можно назвать «плавающим». Теперь все столбики повязаны «круговой порукой» и ни один столбик не сможет сдвинуться с места, так как другие столбики «заставляют» его находится на своем месте при любых нагрузках. Пространство под домом может легко проветриваться и никогда не «отсыреет».

Площадь полученной платформы составляет 15,2 м х 13,2 м = 200,64 м2.

Срок строительства «фундамента» – пять рабочих дней.

Платформа под строительство стен готова – можно начинать строить стены.

























































Для строительства каркаса стен выбираем деревянный брус сечением (50х150) мм. Каркас обшиваем ориентированными стружечными плитами (ОСП) Прочность ОСП в полтора раза выше, чем прочность дерева такой же толщины. Толщина стены между плитами ОСП  - 150 мм. Это пространство будем заполнять пеноизолом. Пеноизол не горит (пожароустойчив), его не едят грызуны и, попадая в почву – служит удобрением.






























Через два месяца от начала строительства, наружные и внутренние стены были готовы. Крышу решили сделать плоской и закрыть ПВХ мембраной белого цвета. Весной поверх мембраны укладывается рулонный газон. Периметр эксплуатируемой крыши закрывается остекленным парапетом. Вода, которой поливают газон, испаряясь, будет охлаждать крышу. Трава и цветы защищают её от перегрева.

























































Заполнение пространства стен, пола, перекрытий и потолка производится пеноизолом на месте, он еще в «жидком» виде заполняет все пустоты, создавая сплошной, без разрывов, слой теплоизоляции. Появление «мостиков холода» при использовании такой технологии – невозможно.































Теперь можно приступать к строительству стеклянной галереи. Каркас галереи изготавливается из фасадного алюминиевого профиля. Остекление -  самоочищающееся стекло толщиной 6 мм. Самоочищающееся стекло всегда остается чистым, на его поверхности погибают вирусы и бактерии, поэтому его называют ещё и бактерицидным стеклом. Зеркальное покрытие стекла отражает лучи высокого летнего солнца, защищая стены от перегрева, и хорошо пропускает тепло зимнего солнца, которое ходит низко к горизонту. По своей бактерицидной способности очищать воздух остекление дома можно сравнить с бактерицидными свойствами с десятком больших елей. Но кроме микробов, стекло уничтожает органические загрязнения, убивает неприятные запахи табака или бензина – работает первым барьером, очищающим вентиляционный воздух.






























Через два с половиной месяца дом, площадью 395 м2 был построен. Можно приступать к внутренней отделке. Фото сделано 13 декабря и на нем видно, что зимнее солнце хорошо освещает южную стену дома и веранду, расположенную на западной части фасада. Зима 2010 года позволила в полном объеме испытать построенный дом и определить потери тепла.

Эквивалентное сопротивление теплопередаче составило R=10 м2´оС/Вт.

Измерения проводились при температуре наружного воздуха – минус (20…25) градусов Цельсия.

Для поддержания постоянной температуры внутри дома достаточно источника тепла мощностью до 2 кВт. При этом потери тепла на первых двух этажах, площадью 233 м2 составили 900 Вт/час, потери тепла на третьем этаже, площадью 39,6 м2 – 600 Вт/час. Столь разительное отличие в потере тепла на квадратный метр площади пола объясняется тем, что первые два этажа закрыты галереей от холодного ветра. Третий этаж не защищен галереей, а вытянутая форма с большой площадью стен способствует дополнительному увеличению потерь тепла.

Дом готов, теперь надо подумать, как обеспечить необходимое качество и температуру воздуха внутри дома.

Экология в доме.

Почти 90% времени мы проводим в помещении. Зимой больше, летом меньше.

Мы строим дом, чтобы защититься от холода или жары, прячемся в нем от дождя и снега, но решив одну проблему – создаем другую. Мы лишаем себя чистого воздуха, который является залогом крепкого здоровья.

Воздух – привычная среда нашего обитания, без которой наша жизнь невозможна. За день каждый человек пропускает через свои легкие  до 25 кг или 30 м3 воздуха в спокойном состоянии и в 6-8 раз больше, во время активной физической деятельности. Это значительно больше, чем масса потребляемой пищи и воды. Громадная поверхность легких (около 100 м2) поглощает из воздуха вредные вещества.


Каким воздухом мы дышим в доме?

Если посмотреть глазами врача — в воздухе находятся микроскопический пылевой клещ и его экскременты. Они являются источниками сильных аллергических реакций. В 12 г пыли живет около 42 тысяч пылевых клещей. В доме обитает около 15 разновидностей этих «монстров». Основным источником пищи домашних клещей являются частички мертвой человеческой кожи. Наши спальни — идеальное место для обеда и размножения пылевого клеща.


Пыль, которую мы видим в лучах света, самая незначительная часть загрязнения воздуха в квартире. Это пылинки размером более 10 мкм: цветочная пыльца, бельевая и книжная пыль. Такие крупные частицы довольно быстро оседают на поверхности и могут быть собраны при влажной уборке.

Хуже обстоит дело с мелкими частицами, которые и составляют львиную долю (до 99%) пыли в помещении. Споры плесени (2-8 мкм), «кошачьи» аллергены (1-10 мкм), бактерии (0,5 - 5 мкм), вирусы (0,5 мкм), табачный дым (0,01 - 0,1 мкм). Все они способны находиться в воздухе часами, а, главное, любое дуновение воздуха снова поднимает всю эту пыль с поверхности.

Почему же домашняя пыль не мертва, а живет в виде плесени, грибков и бактерий? Потому что жилые дома наполнены для них источниками энергии, тепла, пищи, и нет природной циркуляции свежего воздуха, который убивает вирусы и бактерии.

Кухня в наших домах - это химическая «фабрика», производящая в больших количествах угарный газ, фенол, формальдегид, окислы серы, окислы азота, органические окиси и перекиси, сложные эфиры и т.д.

Нетрудно представить, каков будет состав воздуха в закрытой спальне, объемом 25-30 кубометров, в которой спят 2 человека: фактически за ночь весь воздух будет «прокачен» через легкие спящих, да и не один раз. И если кто-то болен и выдыхает вирус, вероятность заражения другого очень высока.

Если в помещении воздух не очищается, то в одном литре воздуха содержится до 300 тысяч пылинок размером 0,5 микрона. Из них лишь 75-80 тысяч возвращаются в окружающую среду с выдохом. А более 200 тысяч остаются в организме человека, а точнее, в его бронхах и бронхиолах.

Разве этим мы хотим дышать?

По заключениям экспертов Всемирной организации здравоохранения загрязнение воздуха в жилых помещениях является опасным фактором риска для здоровья человека. Воздух внутри помещения в 4-6 раз грязнее наружного и 8-10 раз токсичнее. Результаты очень печальны. Статистика удручающа: бурный рост числа легочных заболеваний, аллергии, снижение иммунитета, стремительный рост смертей от рака легкого, хронического бронхита, астмы.

Сколько свежего воздуха нам нужно?

Национальные нормы разных стран предписывают определять расход воздуха в системе вентиляции в зависимости от площади или объема помещения. Например, в Нидерландах требуется расход воздуха 4,8 л/(м2•с) или 17,28 м3/(м2•ч) для ресторанов и офисов, независимо от того, курят в этих помещениях или нет.

Британская ассоциация пива и пабов требует 8 л/с на человека при норме в 1 м2 площади на стоящего посетителя и 2 м2 на каждое посадочное место. Это соответствует 4 л/(м2•с) для зоны посадочных мест и 8 л/(м2•с) для зоны стоящих посетителей.

Нормы Швейцарии - 18 л/(м2•с), а в Италии 18 л/с на каждого курящего. Различие между нормами велики: швейцарские нормы превышают голландские в 3,75 раза!

Итальянская норма (68,4 м3/ч) на каждого курящего обеспечивает удовлетворительное (среднее) качество воздуха.

Нормы стран СНГ – 3 м3/(м2•ч) для жилых помещений и (12…17) м3/(м2•ч) для производственных помещений.

Налицо ситуация, когда разумный подход заменяется тезисом: «кашу маслом не испортишь».

Например, в помещение подается наружный воздух с расходом 10 литров в секунду на одного человека, но скорость его дыхания только 0,1 л/с или 1 % поступающего воздуха.  99 % свежего воздуха, не используется.

Таким образом, наблюдается очевидная бесполезная растрата воздуха и энергии.

Но и этот 1% вдыхаемого вентиляционного воздуха не является чистым – он загрязняется биологическими выделениями, выделениями от строительных материалов, компьютеров и других источников загрязнения в помещении.

Кроме этого, когда на улице зима и температура наружного воздуха низкая, то подаваемый в помещение воздух надо нагреть, если лето – охладить. На это необходима энергия. А стоит ли выбрасывать «на ветер» 99% этой энергии?

Сколько энергии тратим на вентиляцию?

Например, при вентиляции 3 м3/(м2•ч) - когда каждый час меняется весь объем воздуха в помещении, придется потратить на нагрев воздуха около 120 кВт часов в год на один квадратный метр площади помещения. Если увеличить уровень вентиляции до 15 м3/(м2•ч), то на нагрев воздуха уйдет 600 кВт час/(м2∙год). Ни одно государство не может позволить себе такую роскошь.

Вентиляция и очистка воздуха в Пассивном доме.

Общий объем дома составляет 1076 м3. Из них, объем остекленной галереи – 379 м3, «теплая» часть дома - 697 м3.

Принцип вентиляции дома состоит в следующем.

Внешний воздух поступает в застекленную галерею через теплообменное устройство, расположенное под водой (или землей). Температура воды на дне озера не опускается ниже 4 оС зимой и 10 оС – летом. Таким образом, холодный зимний воздух нагревается до + 4 градусов Цельсия, а жаркий летний воздух – охлаждается до +10 оС

Затем воздух из галереи, через приточно-вытяжные системы с рекуперацией тепла, поступает в «теплую» часть дома.

Что такое «рекуператор»? - от латинского «возвращающий, получающий обратно», т.е. устройство которое возвращает тепло от вытяжного воздуха в помещение. Сам рекуператор, представляет собой, теплообменник с двойными стенками, через которые проходят тёплый вытяжной воздух и холодный приточный. Встречные потоки проходят навстречу друг другу, через тонкую металлическую стенку не перемешиваясь. Благодаря разности температур вытяжного и приточного воздуха, более тёплый вытяжной воздух, отдаёт своё тепло холодному приточному. Таким образом, происходит нагревание на рекуператоре приточного воздуха, и чем выше температура вытяжного воздуха тем, до более высокой температуры можно нагреть приточный воздух.

После рекуператора приточный воздух поступает в систему очистки, где с помощью различных фильтров он очищается от микроорганизмов и ненужных запахов. Система обеспечивает необходимую влажность воздуха.

Такой подход к вентиляции позволяет исключить применение кондиционеров, которые являются «рассадниками» болезнетворных микробов.

Постоянная очистка внутреннего воздуха значительно снижает негативное влияние микрочастиц пыли на наше здоровье.

Но вентиляция не может решить проблемы, связанные с токсичностью внутреннего воздуха. Только постоянная очистка воздуха внутри помещения уменьшает его токсичность. При этом, токсичные загрязнения не убираются из дома, а уничтожаются. Разрушение происходит на фотокаталитическом фильтре, который «убивает» органические микроорганизмы (вирусы, пылевой клещ, микробы) и окисляет сложные химические соединения до более простых соединений – СО2 и Н2О.

Обогрев Пассивного дома.

Наличие галереи, как теплового буфера, с большим объемом предварительно нагретого свежего воздуха, системы вентиляции с рекуперацией позволило сократить мощность систем нагрева до (2 – 4) киловатт.

Это позволило установить для обогрева дома в зимнее время печь-камин с максимальной тепловой мощностью 7 кВт. Для поддержания тепла достаточно сжигать до одного килограмм дров в час, если температура снаружи – минус 20оС. Если предположить, что такая температура будет сохраняться четыре месяца в году, то понадобиться 4 м3 дров. Для обогрева трех этажей Пассивного дома применена многоярусная система обогрева. Для этого на втором и третьем этажах установлены, изготовленные из нержавеющей стали теплонакопительные колпаки. Колпак, это перевернутый вверх дном сосуд, напоминающий обычную батарею, в котором вход горячего дымового газа (дыма) из печки, и выход охлажденного газа расположены в противоположных сторонах нижней части колпака.

Разогретый до 300-400 градусов газ из печки поступает в колпак на втором этаже. Охлаждаясь в колпаке газ, опускается вниз, к выходу из колпака и по трубе поступает в такой же колпак на третьем этаже. Отдав тепло колпаку на третьем этаже, максимально охлажденный газ выходит через трубу на улицу.

Поскольку отбор тепла дымовых газов происходит достаточно далеко от топки, то это значительно повышает эффективность сгорания топлива. Такой, многоярусный отбор тепла более чем вдвое увеличивает эффективность использования топлива - дров или пеллет.

Печь на дровах можно легко заменить тепловым насосом или электрическим обогревателем.

В холодный солнечный зимний день, даже без обогрева, температура в доме не опускается ниже плюс (7~15)оС.


Фото объекта:
 
 
525-45-34
© 1993—2016 «Технолуч». Все права защищены. При использовании материалов сайта ссылка обязательна.