Энергосберегающие технологии для дома

Принято считать, что потребность в тепловой энергии, необходимой для обогрева, в типовых жилых домах должна составлять приблизительно 120 кВт*ч/(м2*год). Однако расчеты, выполненные Институтом пассивных домов при NAPE (Национальном агентстве учета энергии в Польше), показали, что это значение во многих одно квартирных домах значительно больше и может доходить до 160 кВт*ч/(м2*год).
Главная причина такого потребления энергии неблагоприятный показатель компактности дома А/V (соотношение площади наружных стен к кубатуре дома, которое в энергосберегающих домах должно быть минимальным) и значительные теплопотери на вентиляцию. Между тем, энергосберегающит частным домом считаются объекты, сезонная потребность которых в тепловой энергии для обогрева не превышает 70 кВт*ч/(м2*год). Чтобы добиться такого показателя энерго-потребления, нужно применить комплексные строительные и инженерные решения.
Усовершенствования в результате модернизации В серии проектов современных энергосберегающих домов применены комплексные конструктивные решения, а также использованы современные решения системы вентиляции, центрального отопления (ЦО) и горячего водоснабжения (ГВС).
Приняты во внимание новшества в энергосберегающих технологиях, способствующие уменьшению утечек тепла через:

вентиляцию в домах, возведенных в строгом соответствии с нормами, при естественной вентиляции может уходить 30-40% тепла. Применение принудительной вентиляции с рекуперацией тепла, подача приточного воздуха через грунтовый теплообменник и обеспечение герметичности здания позволяют снизить теплопотери почти на 80%;
окна и наружные двери обычно утечка тепла через них составляет 20-25%. Ограничение таких потерь экономически невыгод но, учитывая высокую цену энергосберегающих окон, поэтому изменения были внесены в незначительной степени;
наружные стены обычно через них теряется 15-20% тепла. За счет увеличения толщины наружной теплоизоляции удалось сократить тепло-потери почти на 40%;
крышу тепло-потери через нее составляют до 10-15%. Благодаря увеличению толщины теплоизоляционного слоя утечки тепла уменьшились на 35%;
пол на грунте потери тепла через эту конструкцию составляют 5-10%. Увеличение толщины слоя теплоизоляции позволило уменьшить их почти на 35%;
мостики холода они являются причиной почти 5% всех тепло потерь. За счет применения конструктивных решений, в которых отсутствуют мостики холода, потери тепла уменьшились более чем на 50%. В результате введенных изменений сезонная потребность в тепловой энергии, используемой для отопления домов, снизилась почти на 50%. Это повлияло на снижение потребности в расчетной мощности отопления.
После введенных изменений она уменьшилась на 50%, так как вместе с модернизацией, которая касалась конструкции дома, бы ли выполнены проектные работы по адаптации отопительной системы к новым энергетическим потребностям дома.
Были также проведены работы по модернизации системы подготовки горячей воды для бытовых нужд. Значительное ограничение потребности в тепловой энергии для отопления привело к тому, что в энергетическом балансе домов важную роль стала играть потребность дома в тепловой энергии для нагрева бытовой горячей воды.
Поэтому были предприняты действия, минимизирующие теплопотери в системе горячего водоснабжения, но при этом не ухудшающие комфорт пользования горячей водой. Система вентиляции Без применения принудительной приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла нельзя достичь стандарта энергосберегающего дома.
Энергосберегающие технологии для дома позволяют значительно ограничить теплопотерина вентиляцию, и в отличие от естественной вентиляции, не зависит от существующих атмосферных условий. Система обеспечивает постоянный приток в дом свежего воздуха и удаление отработанного. Это имеет решающее влияние на комфорт проживания в доме, поскольку постоянный воздухообмен защищает от чрезмерного увеличения концентрации таких загрязнений как углекислый газ, водяной пар, пыль или микробиологические загрязнения, например, споры плесневых грибков. Блок принудительной приточно-вытяжной вентиляции (ППВВ) с рекуперацией тепла это главный элемент вентиляционной системы энергосберегающего дома.
Имеющиеся на рынке рекуператоры позволяют получить из удаляемого воздуха от 65 до 95% тепла. Одно временно они разделяют потоки удаляемого и поступаемого воздуха, потребляют мало электрической энергии и тихо работают. Блоки ППВВ, применяемые в энергосберегающих домах, должны иметь КПД рекуперации более 70%.
Такие технические параметры как создаваемое давление на выходе, а также производительность, можно определить, выполняя соответствующие расчеты. Требуемый воздухообмен определяется на основании СНиП 2.04.0591 «Отопление, вентиляция, кондиционирование». Потерю давления вычисляют на основании проекта вентиляционной системы с учетом потерь в грунтовом теплообменнике.
Учитывая возможное отсутствие герметичности системы и неточности при оценке потерь давления, рекомендовано увеличить значение производительности и создаваемого давления на 5-10%. Помимо нагнетания соответствующего потока воздуха и создания давления, блок ППВВ должен иметь возможность периодически изменять производительность, а также иметь байпас, позволяющий обойти грунтовый теплообмен ник в межсезонье весной и осенью.
Рекомендуемый диапазон регулирования 60/100/150% проектной мощности. Согласно рекомендациям, вентиляция должна работать круглосуточно. Ее производительность может быть снижена максимум до 60% на протяжении восьми часов в сутки. Это значительно снижает потери тепла на вентиляцию и не приводит к чрезмерному снижению уровня влажности в помещениях.
Грунтовый теплообменник это один из важных элементов вентиляционной системы энергосберегающего дома. Зимой он использует аккумулированное в земле тепло для нагрева наружного воздуха до температуры 23°С. Летом проходящий через грунтовый теплообмен ник воздух охлаждается до 15-20°С. Эффект аналогичен системе кондиционирования. В наиболее простом варианте функцию теплообменника выполняет пластиковая труба диаметром 150-200 мм, длиной 30 50 ы, уложенная в земле на глубине 1,52 м.
Использование грунтового теплообменника не только уменьшает потребность в тепловой энергии, но и влияет на правильность работы вентиляционной системы. Эффективность работы ее главного элемента блока ППВВ с рекуперацией тепла в значительной степени за висит от температуры наружного воздуха. Если она будет ниже 3°С, может произойти замерзание конденсата на поверхности теплообменника, в результате чего он может перестать работать.
Чтобы избежать этого, блоки ППВВ оборудуют устройствами противо-обледенения. Наиболее часто применяемые решения это устройство предвари тельного нагрева и периодическое выключение на некоторое время приточной вентиляции. Но эти решения невыгодны с точки зрения эффективности работы вентиляционной системы. Первое из них увеличивает потребление электрической энергии, что существенно увеличивает расходы, связанные с эксплуатацией блока ППВВ.
При втором решении (спустя некоторое время и, учитывая, что работает только вытяжной вентилятор), создается разрежение воздуха, что недопустимо в домах, где имеются топки с открытой камерой сгорания в отопительных котлах, печах или каминах, так как возникновение разреженного давления может привести к засасыванию продуктов сгорания внутрь дома, поэтому важно знать как топить печь камин.
Решением этих проблем, защищающим блок ППВВ от обледенения, является грунтовый теплообменник. Циркуляция воздуха в энергосберегающем доме должна быть направлена соответствующим об разом. Приточная вентиляция обеспечивает подачу свежего воз духа непосредственно в спальни, дневные помещения и гостевые комнаты. Для этого в этих помещениях должна быть хотя бы одна приточная решетка.
Загрязненный воздух из кухни и ванной удаляется через размещенные в них вытяжные решетки. Схема циркуляции воздуха проста: свежий воздух сначала по падает в жилые помещения. Затем проходит через промежуточную зону во влажные помещения, в которых воздухообмен должен про исходить чаще (это способствует, например, быстрому высыханию мокрых полотенец). Благодаря этому свежий воздух используется оптимально.
Внимание! Это возможно, если помещения герметично не отделены друг от друга. Для этого под всеми дверями должны быть выполнены зазоры высотой до 2 см, а в дверях ванных и санузлов нужно врезать вентиляционные решетки площадью 220 см2. В отдельных помещениях ко тельной, гостиной с камином и кухне нужны индивидуальные решения приточно-вытяжной вентиляции. Каждое из этих помещений, учитывая их специфику, имеет требования, отличающиеся от остальной части дома.
Котельная это помещение, в котором, в случае установки котла с от крытой камерой сгорания, должен быть канал для отведения продуктов сгорания, канал естественной вытяжной вентиляции и канал, подающий воздух для сгорания.
Размер и размещение этих каналов зависят от мощности котла и вида сжигаемого топлива. В энергосберегающем доме, принимая во внимание принудительную вентиляцию с рекуперацией тепла, следует стремиться к ограничению неконтролируемого притока наружного воздуха за счет минимизации количества отверстий в наружных стенах дома. Поэтому вместо котлов с открытой камерой сгорания рекомендовано устанавливать устройства с закрытой камерой.
Они оборудованы коаксиальным каналом (труба в трубе), в котором по внешней трубе в топку вентиля тором снаружи нагнетается воздух для сжигания топлива, а по внутренней продукты сгорания отводятся за пределы помещения. Благодаря этому нет необходимости выполнять приточный канал. За счет этого отсутствует неконтролируемый при ток наружного воздуха, который попадает в дом, минуя систему принудительной вентиляции, снижаются теплопотери из-за вентиляции и теплопотери, вызванные выхолаживанием котла.
Но использование котла с закрытой камерой сгорания не освобождает от необходимости сооружения канала естественной вентиляции и применения соответствующих проветривателей. Учитывая подключение к газовой сети, это помещение должно иметь независимую, естественную систему вентиляции. Чтобы не было нарушений в работе принудительной и естественной вентиляций, двери между котельной и помещениями в доме должны плотно закрываться.
Комната с камином также требует специального решения (особенно это касается монтажа и безопасной эксплуатации камина). В традиционных домах воздух для сгорания поступает в камин из помещения. Поэтому во время его эксплуатации происходит увеличение притока наружного воздуха. Если естественная вентиляция работает неправильно, то в вытяжных каналах может появиться обратная тяга, что очень опасно.
Увеличение интенсивности вентиляции также приводит к образованию дополни тельных теплопотерь. Чтобы их избежать и при этом не до пустить нарушение работы системы вентиляции в энергосберегающем доме, нужно устанавливать камин с закрытой камерой сгорания. Но такие камины не следует путать с каминами, в топках которых стоит жаропрочное стекло.
Камины с закрытой камерой сгорания имеют независимую подачу воздуха в топку чаще всего, через канал, проходящий под домом. Это предотвращает нарушения в работе принудительной вентиляции и увеличение неконтролируемого поступления наружного воздуха. Безопасная работа камина гарантирована даже при выключении принудительной вентиляции, например, в результате сбоев в подаче электроэнергии.
Камин в этой ситуации становится главным источником тепла в доме (циркуляционные насосы системы ЦО так же работают на электроэнергии), а функцию принудительной вентиляции должна взять на себя естественная вентиляция. Для этого возле камина предусмотрен вытяжной канал естественной вентиляции, который закрывается вентиляционными решетками. При обычных условиях эксплуатации дома они должны быть закрыты. При отключении принудительной вентиляции открытые вентиляционные решетки позволят безопасно эксплуатировать камин.
В кухне во время приготовления пищи воздух загрязняется, поэтому он не должен проникать в остальные части дома и загрязнять вентиляционные каналы. Для этого в кухне предусмотрена дополнительная система фильтрации воздуха. Она состоит из циркуляционного воздухоочистителя, размещенного над местом приготовления пищи, который не подключен к системам принудительной и естественной вентиляции, а также фильтра перед вытяжными решетками. Испарения от плиты очищаются с помощью фильтров, расположенных в корпусе воздухоочистителя.
После удаления неприятных запахов очищенный воз дух возвращается обратно в кухню, а из нее выдувается через решетки принудительной вентиляции. Такие решетки должны быть дополнительно оснащены противожировым фильтром, размещенным в вытяжной решетке или перед ней.

Теплоизоляция наружных стен

Ограничение утечки тепла через наружные стены заключалось в увеличении толщины слоя теплоизоляции и применении материала с высоки ми теплоизоляционными характеристиками. Теплоизоляция, помимо уменьшения теплопотерь, приведет также к повышению темпера туры на внутренней поверхности наружных стен, что благоприятно скажется на комфорте проживания в доме, а также устранит возможность конденсации водяного пара и появления плесени.
Степень теплоизоляции стен характеризуется сопротивлением теплопередаче тепла. Чем оно больше, тем меньше тепла уходит через стену. Стены возводимых сегодня домов должны отвечать требованиям, которые касаются теплоизоляции жилых зданий (ДБН В.2.631:2006 «Конструкции зданий и сооружений. Теплоизоляция зданий»). Их сопротивление теплопередаче R должно быть равно 3,3 (м2*К)/Вт.
В энергосберегающих частных домах этот коэффициент составляет 6,6 Вт/(м2*К), то есть в два раза больше. Столь эффективные тепло вые параметры наружных стен получены благодаря применению слоя теплоизоляции толщиной 20 см, выполненной из материала с высокими теплоизоляционными свойствами. Он должен иметь коэффициент теплопроводности А = 0,036 Вт/(мК).
Материалы с такими теплоизоляционны ми характеристиками предлагают производители и пенополистирола, и минеральной ваты. Толщина слоя теплоизоляции подбирается, основываясь на опыте западных стран, а главное на компьютерных расчетах. В скандинавских странах, в которых стандарт энергосберегающего дома является общеобязательным строительным стандартом, типовая толщина теплоизоляции стен составляет 20-22 см. В Германии строящиеся энергосберегающие дома характеризуются именно та кой толщиной теплоизоляции.
Закономерность ее применения в украинских климатических условиях подтверждают также экономические анализы. В зависимости от используемого вида топлива, экономически обоснованная толщи на теплоизоляции наружных стен колеблется от 13 см (отопление газом) до 31 см (отопление с помощью электроэнергии). Поэтому принятая толщина 20 см в полной мере обоснована и, как показали расчеты, позволяет значительно ограничить потери тепла через наружные стены.
Эта толщина должна быть сохранена для всех наружных стен дома, в том числе и тех, которые примыкают к пристроенному неотапливаемому гаражу. Ситуация выглядит иначе, если гараж встроен в объем дома и отапливается. Проектом в нем заложена минимально допустимая темпера тура 5°С.
Такое решение позволит уменьшить общую потребность в тепловой энергии на обогрев дома. Как показали расчеты, теплоизоляция гаража от остальной отапливаемой части дома имеет принципиальное значение. Поэтому в энергосберегающих домах внутренние стены и перекрытия, примыкающие к отапливаемому гаражу, утеплены слоем пенополистирола или минеральной ваты толщиной 10 см.

Теплоизоляция крыши

В энергосберегающих домах толщи на теплоизоляции крыши составляет 30 см . При ее выборе руководствуются такими же критериями, как при выборе толщины слоя теплоизоляции наружных стен.
В соответствии с ними толщи на теплоизоляции крыш, перекрытий и совмещенных крыш должна превышать толщину теплоизоляции, которая применяется в наружных стенах. Это различие связано с меньшими затратами для выполнения теплоизоляции крыши, а так же увеличенной утечки тепла через ограждающие конструкции такого типа. Теплоизоляцию крыши следует укладывать в два слоя.

Первый слой размещают между стропилами, а второй под ними. Использование таких энергосберегающих технологий для дома уменьшает риск возникновения мостиков холода, благодаря чему улучшаются теплоизоляционные свойства крыши. Второй слой теплоизоляции должен иметь толщи ну около 10 см и укладываться без разрывов. Его следует укладывать с разбежкой стыков плит, уложенных в первом слое теплоизоляции.

Применение дополнительного слоя утепления, выполненного из материалов с теплопроводностью 1 0,036 Вт/(м«К), позволило получить сопротивление теплопередаче крыши R = 7,1 (м2*К)/Вт. В результате потери тепла через нее сократились на 35%.

Теплоизоляция пола на грунте энергосберегающего частного дома

Ограждающая конструкция, в которой больше всего увеличена толщи на теплоизоляционного слоя, это пол, устроенный на грунте. В нем толщина теплоизоляции увеличена с 8 см (в стандартных домах) до 20 см (в энергосберегающих). При этом использован теплоизоляционный материал, имеющий теплопроводность 1 = 0,038 Вт/(м*К). Это позволяет получить сопротивление теплопередаче этой конструкции R = 6,67 (м2«К)/Вт и уменьшить утечку тепла в грунт приблизительно на 45%.

Принятая толщина теплоизоляции находится на пределе окупаемости, но она имеет свое практическое обоснование. В большинстве строящихся сегодня домов система, обеспечивающая отопление и горячее водоснабжение для бытовых нужд, уложена в слое теплоизоляции пола первого этажа. Из-за небольшой толщины этого слоя трубы, вместо того чтобы размещаться в слое теплоизоляции, укладываются непосредственно на бетонное основание.

Если они к тому же сами не имеют теплоизоляции, то происходят значительные потери тепла. В системе горячего водоснабжения для бытовых нужд они могут доходить даже до 50%. Применение 20санти метрового слоя теплоизоляции при устройстве пола на грунте не толь ко уменьшает утечку тепла в грунт, но и ограничивает теплопотери, которые могут иметь место в системе ЦО и ГВС.

Мостики холода энергосберегающего частного дома

Это места, в которых происходит значительно больший теплообмен, чем через обычные ограждающие конструкции. Различают два вида мостиков холода. Первые из них геометрические. Они возникают там, где площадь ограждающей конструкции с наружной стороны отличается от площади ограждающей конструкции с внутренней стороны, например, в углах. Такие мостики существуют во всех домах, даже в пассивных. Другой вид мостиков конструктивный.

Он возникает в местах, где слой теплоизоляции более тонкий, прерван или неоднороден. Такие мостики в энергосберегающих домах следует исключить. Устранение мостиков холода в конструкции здания достигается путем создания непрерывности слоя теплоизоляции во внешних ограждающих конструкциях и на их соединениях.

В энергосберегающих домах это удалось реализовать почти везде. Единственным местом, в котором нельзя обеспечить сплошной слой тепло изоляции, это фундаментные стены. В них негативные эффекты наличия мостиков холода нивелируются за счет увеличении толщины тепло изоляции стен фундамента. Это предотвращает проникновение холода под пол в доме и влияет на увеличение температуры существующего под ним грунта.

Окна и двери

Существует множество способов ограничения утечки тепла через окна и двери. Важнейшим является применение оконной и дверной столярки с повышенными теплоизоляционными характеристиками, уменьшение размера окон, их со ответствующее размещение относительно сторон света, а также установка ставней и жалюзи. Было решено остановиться на первом способе, поскольку другие связаны со значительным вмешательством в архитектуру здания, а этого старались избежать.

На рынке представлены разные типы энергосберегающих окон: из древесины, пластика и алюминия. В этих окнах стеклопакеты имеют два или три стекла, при этом зазор между стеклами, имеющий ширину более десяти миллиметров, заполнен сухим воздухом или инертным газом. К сожалению, замена обычных окон на энергосберегающие стоит недешево. Поэтому в энергосберегающих домах решено устанавливать окна с повышенными теплоизоляционными характеристиками, но не на столько высокими, как это делают в пассивных домах.

Доступные на рынке окна характеризуются сопротивлением теплопередаче R = 0,63 (м2*К)/Вт. Этот параметр следует определять в соответствии с действующими положениями в ДБН В.2.631:2006. Он принимает во внимание разные изоляционные свойства оконных рам и остекления, а также учитывает утечку тепла через мостик холода на стыке оконной рамы с остеклением. Стандартные окна выполнены из рам с сопротивлением теплопередаче R = 0,67 (м2*К)/Вт и остеклением с R = 0,9 (м2*К)/Вт. В энергосберегающем доме решено использовать окна, рамы которых выполнены из ПВХ-профиля с сопротивлением теплопередаче R = 0,77 (м2«К)/Вт и остеклением с сопротивлением теплопередаче R = 1,0 (м2К)/Вт. Такое же остекление и профили бы ли использованы в мансардных окнах. Их производители выпускают продукцию в соответствии с требованиями по теплоизоляции для энергосберегающих домов.

Необходимо было также увеличить теплоизоляционные параметры наружных и гаражных дверей. Они должны иметь сопротивление тепло передаче R = 0,77 (м2*К)/Вт. Усовершенствования, касающиеся окон и наружных входных дверей, позволили уменьшить теплопотери почти на 10%.

Система центрального отопления энергосберегающих домах

В энергосберегающих частных домах расчетная потребность в мощности для обогрева уменьшилась почти на 50% по сравнению с потребностью типовых домов, являющихся их прототипами.

Теперь для обогрева дома, имеющего полезную площадь 140 м2, достаточно установить котелмощностью около 6 кВт. Но эта мощность может быть недостаточной для приготовления горячей воды. Поэтому при выборе котла нужно учитывать большую из требуемых мощностей. В энергосберегающих домах устанавливаются конденсационные или конвекционные котлы с закрытой камерой сгорания. Подача воздуха с улицы осуществляется непосредственно в топку.

Для конденсационных котлов нужно дополнительно выполнить монтаж низкотемпературной системы отопления. Меньшая требуемая мощность для обогрева дома привела к необходимости корректировки проекта системы отопления. Теперь для подачи необходимого количества тепла по требуется меньшая площадь радиаторов, следовательно их количество уменьшится. Чтобы гарантировать бесперебойную и эффективную работу системы, нужно максимально ограничить количество тепла, подаваемого в помещения, которое не регулируется автоматически. Этого можно добиться, изолируя систему, которая распределяет тепло, в соответствии с рекомендациями, указанными в нормах.

Учитывая более низкую расчетную мощность, требуемую для обогрева домов, в помещениях нужно устанавливать камины, которые приспособлены к энергетическим потребностям дома и которые имеют небольшую мощность (около 10 кВт). Монтаж более мощного камина может привести к перегреву помещений и увеличению теплопотерь.

Система горячего водоснабжения для бытового использования

Следует стремиться к максимальному ограничению теплопотерь в системе ГВС, уменьшению потребления горячей воды и, насколько это рентабельно экономичному использованию возобновляемых источников энергии для ее подготовки.

Система ГВС должна быть тщательно теплоизолирована, при этом толщина применяемой теплоизоляции может превышать рекомендованную нормами. Диаметр разводящих труб и труб для циркуляции теплоносителя должен быть как можно меньше. Ограничить теплопотери можно так же за счет применения автоматического регулирования температуры воды и работы циркуляционных насосов. Потребление бытовой горячей воды может быть уменьшено за счет установки специальных смесителей, позволяющих ее эффективно использовать, например, новых конструкций вентильных головок, аэраторов вместо обычных душевых ситечек либо устройств, перекрывающих воду в незакрученных кранах.

Как видите энергосберегающие технологии для дома ушли далеко вперед и значительно облегчают расходы на отопление, цены на которые растут ежегодно.