В условиях растущего дефицита и постоянного подорожания энергоносителей очень актуальным становится поиск альтернативных источников энергии. Например, ещё в 1995 г. правительство ФРГ приняло постановление о теплозащите зданий, предполагающее улучшение энергетического баланса домов за счёт пассивного использования энергии солнца. В свете этого постановления потребление энергии в реконструируемых и вновь построенных домах планировалось уменьшить примерно на 30% в сравнении с прежними показателями.

То, что ещё недавно считалось прогрессом, сегодня должно стать нормой. Сейчас реконструировать или строить новый дом в Германии можно начинать лишь после подтверждения архитектором требуемой величины годового потребления энергии — порядка 70-100 кВт’ч/м2. Этот показатель может быть и ниже, что подтверждает эксплуатация так называемых энергоэффективных домов.

Пассивное использование солнечной энергии

Один из путей снижения расхода энергии — отказ от излишнего комфорта, с чем согласны далеко не все. Другой путь — более приемлемый — применение современной технической оснастки дома и его обогрев возобновляемыми источниками энергии.

Наибольший же потенциал экономии заложен всё-таки в уменьшенном потреблении энергии. Применительно к домостроению это означает следующее: проектирование с учётом энергосбережения, эффективное утепление и разумное размещение построек. Возможности экономии энергоресурсов имеются и в уже существующих зданиях, их надо только использовать.

Эффективное утепление зданий, их расположение остеклёнными поверхностями на южную сторону, возможные потери тепла при их проветривании — обо всём этом застройщик должен иметь ясное представление. Всё это в комплексе во многом и будет определять успех мероприятий по снижению энергопотребления в доме.
Давайте взглянем на планы дома (рис. 1), годовое потребление энергии которого менее 75 кВт-ч/м2. Стены его — обычные, однако большинство окон направлены на юг. Имеются и остеклённые поверхности зимнего сада, хотя стекло отдаёт наружу значительно больше тепла, чем хорошо утеплённые стены.

Рис.1 Экономия энергии в сборном доме. Ориентированные на юг крупноформатные окна и открытый до крыши зимний сад позволяют естественным путём использовать энергию солнца

В чём же причина того, что этот дом потребляет энергии на 1/3 меньше, чем обычный? А в разумном сочетании всех факторов, влияющих на расход энергии. В этом отношении строительство энергосберегающего дома (рис. 2) можно сравнить с фигурным катанием на льду, где общий результат слагается из оценок за каждую дисциплину.

Рис. 2. Получение (красный цвет) и потери энергии (синий цвет) «среднего» дома жилого фонда ФРГ. Уменьшить потери энергии в старом доме можно за счёт дополнительного утепления его конструкций, замены окон и системы отопления.

Ориентирование дома относительно сторон света

Один из наиболее важных факторов, влияющих на потребление домом энергетических ресурсов, является его расположение относительно сторон света. Большая часть остеклённых поверхностей дома должны быть направлены на юг. При этом отклонение до 30° от азимута на юг незначительно уменьшает использование энергии солнца. Если дом ориентировать по-другому, то стены и крышу здания следует утеплить более эффективно, чтобы компенсировать недостаток тепла, попадающего в помещение с лучами солнечного света.

Как происходит нагрев дома от солнца? Порядка 90% световой энергии проникает через стёкла окон (рис. 3), нагревая помещение. Теперь стеклопакеты изготавливают со специальным покрытием, которое отражает длинноволновые инфракрасные лучи внутрь помещений, уменьшая их потерю через окна.

Рис 3. Порядка 90% световой энергии проникает через стёкла окон

Из-за больших окон зимнего сада летом в доме может стать слишком жарко. В этом случае проблему решают при помощи автоматически действующих систем затенения, а также за счёт свесов крыш или балконов, которые позволяют проходить прямым солнечным лучам через окна только при низком положении солнца. Летом окна на солнечной стороне дома затеняют деревья. Зимой же солнечный свет легко проникает в дом между голыми ветвями.

Конфигурация  строений

Чем больше наружная поверхность здания при одинаковом объёме его помещений, тем выше потери тепла. Поэтому при строительстве, реконструкции или расширении дома следует по возможности избегать всевозможных ниш, уступов, выступов на стенах. Зато есть смысл возводить необогреваемые пристройки на северной стороне дома (например, помещения для хранения садового инвентаря и велосипедов, технические помещения), защищающие отапливаемую часть дома от ветра и холода. Между прочим, дом компактной конструкции не только потребляет меньше энергии, но и требует меньших затрат на строительство.

Наружные стены, конструкции и свойства применяемых строительных материалов

Значительная часть тепла уходит из дома через его наружную оболочку. Чем выше перепад между температурами в помещениях и вне дома, тем больше потери тепла.

Степень теплоизоляции дома харастеризуется коэффициентом теплопередачи, измеряемый в Вт/мг-К. Этим показателем пользуются как при строительстве дома, так и при его модернизации. Чем он ниже, тем выше качество утепления. Обычно коэффициент теплопередачи применяют в отношении окон, крыши и, конечно же, наружных стен, о которых речь пойдёт ниже.

Рис. 4. Конструкция утеплённых наружных стен

Улучшить теплоизоляцию можно различными способами. Один из них — использование строительных материалов, которые отличаются высокой прочностью и обеспечивают высокую степень теплоизоляции.

Коэффициент теплопередачи приведённых здесь конструкций — 0,36 Вт/мг-К, что соответствует минимальному уровню теплозащиты. Фирмы, строящие сборные дома, ставят своей задачей уменьшить этот показатель до 0,30 Вт/м!-К и даже ниже.

Толщина наружных стен и жилая площадь дома

От толщины наружных стен непосредственно зависит величина будущей жилой площади в доме. Если стены сделать толщиной, например, не 32 см, а 38,5 см, жилая площадь дома значительно уменьшится. Так, в доме площадью 10×11 м в условиях стен указанной толщины его жилая площадь потеряет 2,73 м! на каждом этаже. А это значит, что каждый квадратный метр жилья обойдётся дороже. При толщине же стен в 49 см жилая площадь каждого этажа уменьшится почти на 8 м2. Чтобы при дополнительном утеплении дома не терять жилую площадь, следует утеплять его по возможности снаружи.

Шумозащита

Звукоизоляция стен и конструкций дома напрямую зависит от плотности материала, из которого они изготовлены. Чем материал тяжелее (при том же объёме], тем лучше его звукоизоляционные свойства. Так, силикатный кирпич обеспечивает более эффективную защиту от шума, чем по-робетонный или пемзовый блок такой же толщины. Однако здесь речь идёт о воздушном шуме, ударный же передаётся лучше.

Сплошные (без окон и дверей) стены, например, перегородки в полной мере отвечают изложенным выше соображениям. Звукоизоляция же стены с окнами, занимающими более 25% площади, будет уже не столь эффективной: в этом случае значительная порция шума будет проникать через окна. Именно здесь прежде всего потребуются специальные меры по шумозащите.

Индивидуальное восприятие комфорта и климат в помещении

Понятие «комфорт в доме» у многих имеет неодинаковый смысл. Одни считают, что самый комфортный — это дом из обожжённого глиняного кирпича, другие предпочитают силикатный кирпич, третьи питают пристрастие к деревянной каркасной конструкции. Однако климат в доме зависит не только от абсорбционной и теплоаккумулирующей способности стен, но и в большей степени от характера отопления, вентилирования и деятельности его обитателей.

Мостики холода

При утеплении дома особое внимание необходимо уделить следующим пяти проблемам. В каждой из них есть общие моменты, например, наличие в конструкциях дома так называемых «мостиков холода». В этих местах тепло уходит наружу более интенсивно, чем в других. Примером могут служить балконы, исполненные вместе с перекрытием в виде одной сплошной плиты, оконные откосы или стыки между наружными стенами и подвальным перекрытием. Чтобы уменьшить потери тепла и избежать возможных повреждений конструкций (например, образования на них плесени из-за отпотевания), необходимо учесть это ещё в стадии проектирования и строительства дома.

Уплотнение крыши

Уплотнению подлежат не только окна и двери, но и отдельные конструкции, например, корпуса рольставней. Но особое внимание следует придать уплотнению крыши.
В условиях деревянной стропильной конструкции на крышу снаружи целесообразно настелить ветронепроницаемую и паропроницаемую плёнку и бесшовную теплоизоляцию. Особого внимания требует заделка примыканий к внутренним стенам.

Теплоизоляция крыши

Если раньше считалось, что для теплоизоляции крыши вполне достаточно утеплителя (минерально-волокнистых матов или пенополиуретановых плит) толщиной 10 см, то теперь в отношении утепления крыши действуют значительно более жёсткие нормы. Для крыш энергоэффективных («тёплых») домов толщина теплоизоляции из материала с коэффициентом теплопередачи Кт=0,22 Вт/(м²*’К) должна быть не менее 20…24 см. Материалы же более высокого качества (и, естественно, более дорогие) могут быть и меньшей толщины. Последнее весьма важно при дополнительном утеплении крыш домов старой постройки. В этом случае удобнее уложить более тонкие материалы, что может и не потребовать увеличения толщины стропил за счёт прикрепляемых к ним изнутри накладок. Утепление старых крыш можно произвести комбинированием межстропильной изоляции с изоляцией, укладываемой на стропила изнутри или снаружи.

Рис. 5. Утепление железобетонного перекрытия и его стыка со стеной: 1 — стропила; 2—ДСП; 3 — мауэрлат; 4 — теплоизоляционная плита; 5 — железобетонное перекрытие; 6 — наружная штукатурка; 7 — наружная теплоизоляция; 8 — внутренняя штукатурка; 9 — стена; 10 — неотапливаемое чердачное помещение.

Если чердачное помещение не отапливается, теплоизоляцию можно уложить и на верхнее перекрытие (рис. 5), что значительно проще. При утеплении этого перекрытия теплопередача всей конструкции может достигать Кт=0,22 Вт/м²‘К Для дома старой постройки достаточно уже 0,30 Вт/м²‘К, а при утеплении до уровня энергоэффективного дома следует ориентироваться на Кт=0,20 Вт/м²‘К. Поэтому крыши обычных конструкций утепляют материалом толщиной порядка 20 см, а крыши энергоэффективных домов — до 24 см. Если по утеплённому перекрытию будут ходить, его следует застелить древесными или комбинированными плитами, укладываемыми на реечную обрешётку.

Стены подвала

Стены, а также пол подвала (рис. 6) следует обязательно утеплить, при этом их коэффициент теплопередачи должен быть 0,35-0,30 Вт/м2-К. Этого можно достичь, применив для стен подвала материал с высокими теплоизоляционными свойствами, например, поробетон-ные блоки повышенной прочности толщиной 37,5 см), а также устроив периметральную теплоизоляцию толщиной 10-12 см снаружи вокруг возведённых из обычного материала стен подвала. Естественно, эту работу необходимо выполнить до обваловки их грунтом.

Рис. 6. Изоляция перекрытия подвального этажа и стыка стены с цоколем: 1 — наружная штукатурка; 2 — теплоизоляция; 3 — кирпичная кладка стены; 4 — гипсовая штукатурка; 5 — покрытие пола; 6 — цементная стяжка; 7 — изоляция от ударных шумов; 8 — железобетонное перекрытие; 9 — известковая штукатурка.

Подвальное перекрытие

Коэффициент теплопередачи перекрытий над неотапливаемыми помещениями не должен превышать Кт =0,35 Вт/(м2’К). Для перекрытий промышленность специально изготавливает плиты с высокими теплоизоляционными свойствами. Для утепления обычного перекрытия можно использовать плиты из твёрдого пеноматериала (рис. 7).
Оконные откосы. Оконные откосы и зоны примыкания коробок дверей к стенам подлежат укрытию теплоизоляцией наружных стен (рис. 8). При этом изоляцию на оконной раме или дверной коробке удерживает специальный соединительный профиль с уплотни-тельной лентой и прижимной планкой. Необходимо уплотнять и проёмы для лент рольставней.

Рис. 7. Изоляция железобетонного подвального перекрытия и его стыка со стеной из поробетонных блоков: 1 — штукатурка по армирующей сетке; 2 — изоляционные плиты; 3 — кладка стены; 4 — внутренняя штукатурка; 5 — покрытие пола; 6 — цементная стяжка; 7 — поробетонные блоки; 8 — изоляция от ударных шумов; 9 — теплоизоляция перекрытия; 10 — известковая штукатурка; 11 — стена и перекрытие подвала из железобетона.

Рис. 8. Уплотнение оконного проёма: 1 — несущая стена; 2 — наружная теплоизоляция стены; 3 — штукатурка (раствор с синтетической смолой, нанесённый по армирующей сетке); 4 — синтетическое уплотнение; 5 — уплотнительная лента; 6 — герметик; 7 — оконная рама; 8 — оконная створка; 9 — герметик; 10 — гипсобетонные плиты.

Теплоизоляционные материалы

Количество теплоизоляционных материалов велико. В дополнение к традиционным утеплителям (минерально-волокнистым матам и плитам из твёрдого пеноматериала) современный рынок предлагает альтернативные, например, в виде шерстяных (из овечьей шерсти) матов и плит, прессованных со связующим из хлопчатобумажной массы. Но ведущие позиции занимают всё же традиционные материалы. Во-первых, они более дешёвые. Во-вторых, их сравнительно проще укладывать, что позволяет обходиться собственными силами. И, в-третьих, их ассортимент более разнообразен. Они производятся с учётом технологий применения и имеют различную форму и размеры.

Системы отопления

В условиях более жёстких норм потребления энергоресурсов важную роль в их экономии должны сыграть системы отопления домов, отвечающие новым требованиям. Существенной экономии энергии можно достичь, например, за счёт применения автоматически регулируемых систем, быстро реагирующих на изменение температуры в помещениях.

Так при прогревании помещений солнечными лучами, проходящими сквозь окна, соответствующие датчики могут подавать на отопительный котёл сигнал об отключении отопления или о переходе на более экономный режим работы. В этом случае добрую услугу при отоплении дома вам могут оказать пластинчатые отопительные батареи и конвекторы, которые обладают малой инерционностью. Отопление посредством нагрева полов и кафельная печь из-за большой нагреваемой массы быстро реагировать не смогут.

Отопительный котёл, естественно, должен соответствовать современным стандартам, требующим эффективного использования энергии и отсутствия выбросов вредных веществ в атмосферу. Ныне этим требованиям отвечают низкотемпературные котлы, работающие на жидком топливе или газе, а также газовые паровые котлы со сверхвысоким КПД. Кроме того, газовые котлы с их меньшим выбросом С02 и S02 предпочтительнее мазутных. Им не нужны и ёмкости для топлива.

К недостаткам систем отопления на базе газовых высокоэффективных котлов можно отнести лишь потребление их автоматикой некоторого количества электроэнергии и более высокую (в сравнении с жидким котельным топливом) стоимость газа.

При желании уменьшить энергопотребление собственного дома следует задуматься, что делать в первую очередь: модернизировать систему отопления или утеплять дом? Ответ на этот вопрос — однозначный: при намерении модернизировать систему отопления дома сначала следует улучшить его теплоизоляцию, так как для обогрева хорошо утеплённого дома можно использовать более компактную систему отопления в сравнении с неутеплённым. Эффективно будет работать только система с оптимально выбранными параметрами.

Пассивное и активное использование солнечной энергии

Новые окна

Экономить энергоресурсы позволяет и применение в окнах стеклопакетов с меньшим коэффициентом теплопередачи — например, 1,6 Вт/(м²-К) вместо прежних 2,3 или 2,6 Вт/(м²-К) . Современный рынок предлагает стеклопакеты даже с Кт =1,3-1,1 Вт/(м²-К) . Бывают стеклопакеты и люкс-класса (0,9-0,8 Вт/(м2’К)), но они стоят дороже. Наряду с экономией энергии стеклопакеты создают в помещениях комфорт, позволяя проветривать помещение и в зимнее время.
На стоимость окна влияет прежде всего материал рамы и только потом — остекление. Применение стеклопакета с коэффициентом теплопередачи 1,3 илидаже1,11 Вт/м2-К не ведёт к резкому повышению стоимости окна в отличие, например, от остеклённой двери террасы.

Преобразование солнечной энергии

Энергию солнца можно использовать не только пассивно (за счёт преимущественного расположения остеклённых поверхностей дома на южную сторону), но и активно. В этом случае речь идёт об использовании солнечных батарей, с помощью которых можно, например, подогревать воду для ванной, душа и системы отопления.
Но несмотря на то, что процесс преобразования солнечной энергии в электрическую (через фотоэлектрические элементы) сегодня уже достаточно совершенен, о высокой экономичности применения солнечных батарей говорить пока не приходится. Принцип работы нагревательных солнечных батарей показан на рис. 9.

Рис. 9. Солнечная установка для отопления помещений: 1 — жидкостный солнечный коллектор; 2 — щит автоматики; 3 — теплообменник; 4 — разбор подогретой воды; 5 — змеевик контура отопительного котла; 6 — змеевик-теплообменник солнечной станции; 7 — трубопровод подпитки теплообменника; 8 — трубопровод подпитки солнечного коллектора.

Подсчитано, что в условиях «тёплого дома» использование солнечной энергии для подогрева воды позволит снизить общий расход потребляемой из традиционных источников теплоэнергии в среднем на 1/3. В зависимости от их исполнения солнечные батареи могут покрывать 60% указанной выше 1/3 теплоэнергии. Чтобы обеспечить дом теплом в течение нескольких пасмурных дней, необходимы дополнительные технические решения, на-поимео. надо заранее подогревать солнечной установкой запас воды для системы отопления в резервуаре ёмкостью порядка 300-400 л.

Оснастить солнечными батареями можно как сравнительно новый дом (построенный лишь несколько лет назад), так и старую постройку. При строительстве нового дома необходимо предусмотреть прокладку теплоизолированных труб от солнечного коллектора к потребителям горячей воды. При оснастке же гелиоустановкой старого дома сначала следует его утеплить, а затем модернизировать систему отопления. Иначе преобразуемая в тепло энергия будет попросту уходить через стены и крышу наружу. В этом случае об окупаемости солнечной установки не может быть и речи.

Вентиляция

Наряду с потерями тепла через конструктивные элементы здания оно теряется и при вентилировании помещений. Установлено, что в условиях хорошо утеплённого дома вентиляционные потери тепла достигают 30-50%. При этом тепло теряется в результате замены тёплого воздуха на свежий, но более холодный. Этот процесс совершенно необходим для создания нормальных микроклиматических условий в доме. Потребность в вентиляции особенно заметна в энергоэффективном доме, где пути проникновения в дом холодного свежего воздуха надёжно перекрыты уплотнениями.

Как правильно проветривать?

С другой стороны, в холодное время года нельзя часто открывать окна для проветривания. Какой же тогда смысл дополнительно уплотнять конструкции помещений, если тепло уходит наружу через открытые окна? Так как же отыскать «золотую середину»? В принципе вопрос о вентиляции следует рассматривать дифференцированно.

В этой связи предлагаются следующие рекомендации.

1. Вне отопительного сезона, естественно, вентилировать дом можно сколько угодно. Но и в этих условиях остаётся определённый минимальный предел.
2. Даже если и не работает отопление, рекомендуется проводить так называемое сквозняковое вентилирование, хотя бы в порядке соблюдения гигиенических норм.
3. Полезно не менее двух-трёх раз в день на короткое время настежь открывать окна, создавая сквозняк.
4. Время, необходимое для воздухообмена, зависит от температуры и влажности наружного воздуха и силы ветра. Чем холоднее и суше на улице, тем короче должен быть процесс проветривания.

Существуют и общие правила. Так, водяной пар, а также запахи, образующиеся при принятии ванны или душа, следует сразу же удалять проветриванием помещения. В зимнее время это нужно делать осторожно, так как сквозняк может не только нанести вред здоровью обитателей дома, но и повлечь за собой потерю значительного количества тепла. Так что вентиляция, как и рассматриваемые здесь другие факторы, влияет на потребление энергоресурсов.

Известно, что человек не лишён слабостей, к которым можно отнести и непреднамеренное пренебрежительное отношение к соблюдению правил. В данном случае — это правила проветривания помещений. Так не поручить ли это дело технике?

Управляемый процесс вентилирования дома или квартиры. Для принудительной вентиляции применяют электровентиляторы. Обычно через вентиляционные отверстия в наружных стенах медленно, без образования сквозняка, в помещения поступает свежий воздух. Отверстия для проникновения в жилище свежего воздуха могут быть предусмотрены также в корпусе рольставней или в оконной раме и должны снабжаться москитной сеткой и устройством защиты от дождя. Количество поступае-мого воздуха можно регулировать вручную или автоматически. Вентиляторы устанавливают как для нагнетания, так и для удаления воздуха из помещений.

Установить такие системы вентилирования сравнительно просто (в том числе и в уже построенном и заселённом доме). Вентиляторы этой системы потребляют менее 0,3 Вт-ч/м3 воздуха. Если полный обмен воздуха производить каждые два часа, годовое потребление энергии вентилятором не будет чрезмерным.

Компактный и внешне привлекательный дом. Различные по размерам окна с цветной рамой придают прямоугольному в плане строению своеобразные черты.

Регенерация тепла

Наряду с обычными вентиляционными системами существуют также устройства, в которые свежий воздух поступает не через предусмотренные в комнатах индивидуальные отверстия, централизованно засасывается и по воздушным каналам подаётся в помещения. Важным элементом такой вентиляции является теплообменник, отдающий в свежий воздух порядка 50-80% тепла, содержащегося в уходящем наружу воздухе. Дополнительный электроподогрев приточного воздуха экономически не оправдывается ввиду более высокой (в сравнении с мазутом или газом) стоимостью электроэнергии.

Совет

При работе с утеплителями, особенно с минерально-волокнистыми матами, следует пользоваться специальной маской (респиратором), защитными очками и перчатками. Чтобы по возможности избежать раскроя матов, при котором образуется вредная для здоровья пыль, лучше использовать готовые маты подходящего формата.

Из немецкой печати