ВВЕДЕНИЕ

Экодом - это энергоэффективное комфортное жильё с независимыми системами жизнеобеспечения и регенерацией отходов. Строительство таких экологических домов началось в разных странах практически одновременно, как реакция на назревающие экологический и энергетический кризисы. Наибольшего успеха в экологическом домостроении добились Европейские страны и США. Настоящий бум строительства экодомов начался после того, как в середине восьмидесятых годов Бент Варн (Bent Warn) построил в Швеции свой стеклянный дом.

Чтобы ни одна частичка тепла не пропала даром, экодом полностью герметичен (воздухонепроницаем). Для обеспечения экодома свежим воздухом используются специальные системы вентилирования, взаимнообменивающие комнатный воздух и наружный. При таком контролируемом процессе тепло не теряется. Нагрев воды и дополнительного отопления в холодные дни происходит благодаря системам рекуперации тепла и отоплению с помощью природной энергии (посредством тепловых насосов и солнечных коллекторов).

Что такое экодом?

Экономный дом (экодом) имеет тот же принцип, что и в активном доме, только не вырабатывающий свою энергию, функционирует аналогично термосканерам: за счет плотного изолированного корпуса, он почти постоянно накапливает тепло в вашем «внутреннем мире». Говоря о экодоме, это не отопительное тепло, а тепло, которое автоматически образуется в любом хозяйстве: выделяется из электрических ламп, стиральных машин, компьютеров и, разумеется, как говорилось выше, от человека.

Основной характеристикой (низкоэнергетического) дома, именуемого экодом является возможность получения комфортной температуры как зимой, так и летом без громоздкой отопительной системы или какого-либо кондиционера. Подобный экодом предлагает повышенный уровень комфорта при максимальном потреблении на отопление/охлаждение не более 15кВт/ч в год на кв. метр. Для сравнения: в обычном доме такое потребление может достигать 400кВт/ч, а в доме с низким энергопотреблением менее 70.

Возобновляемые источники энергии, прежде всего, энергия солнца, в принципе, могут полностью обеспечить энергопотребление экодома. Так, энергия солнца, падающая на поверхность площадью 40 м2 в условиях г. Новосибирска, в три раза превышает годовую потребность в тепловой энергии для дома общей площадью 200 м2. Только использование известных солнечных коллекторов покрывает 30% теплопотребления экодома и на 2-3 месяца сокращает отопительный период.

Таблица 1

Среднегодовой приход солнечной энергии на горизонтальную площадку

Конструкция экодома предусматривает комплекс инженерного оборудования: суточные и долгосрочные аккумуляторы тепла и электроэнергии, рекуператор тепла вентиляции, солнечные коллекторы и электробатареи, традиционные тепло- и электрогенератор, устройства биологической очистки сточных вод и переработки твёрдых органических отходов, буферные зоны и подсобные сооружения (теплица, погреб, ледник и т.д.). На прилегающей территории размещены устройства биологической очистки и регенерации отходов (растительный фильтр, ботаническая площадка и т.д.).

В настоящее время стоит задача создать экодом, доступный широкому кругу людей, готовых своим трудом участвовать в его строительстве. Стоимость экодома должна быть сравнима со стоимостью городской квартиры. Архитектура экодомов должна гармонировать с традиционным привычным стилем застройки. При этом экодом должен обеспечивать максимальное использование солнечной энергии, количества которой для большинства регионов России оказывается достаточно, чтобы существенно сократить потребность в топливе для производства тепла или даже практически исключить её.

Инженерные системы, разрабатываемые для реализации этой задачи, подчинены одному принципу: максимальная простота решения при достаточной эффективности. Главное здесь - не допустить неоправданного роста стоимости дома при использовании этих инженерных систем. Важным для комфортного проживания в экодоме становится вопрос об использовании экологически совместимых с человеком материалов и строительных конструкций. Недостаточное внимание к этим вопросам может свести на нет все теплотехнические и другие преимущества экодома, если, в конечном счете, человек в нем будет чувствовать себя неуютно. Это всё накладывает существенные ограничения на спектр инженерных и конструкционных решений, которые окажутся приемлемыми в рамках проекта "Экодом". Далеко не всякий материал или конструкционное решение, будучи пригодным для решения теплотехнических, архитектурных и других задач, оказывается приемлемым с точки зрения создания экологически приемлемых условий для человека.

В настоящее время разработаны принципиальные решения по всем аспектам экодома: архитектурные и планировочные решения, эффективные строительные материалы и конструкции, системы жизнеобеспечения и инженерное оборудование, организация и эксплуатация экопоселений, рассчитаны энергетический, биологический и ботанический балансы и т.д.

Разработаны проекты демонстрационного экодома и дома-лаборатории для климатических условий Сибири, предусматривающие весь комплекс инженерного оборудования. Логически, следующим этапом должно быть строительство нескольких демонстрационных домов в разных регионах России, которые, прежде всего, позволят осуществить подбор комплектации экодомов на базе местного производства и из местных материалов.

В Новосибирске намечено строительство экодома-лаборатории. Он предназначен для отработки элементов строительных конструкций и инженерного оборудования следующего поколения, разработанных и разрабатываемых строительных материалов, конструкций и инженерного оборудования, ориентированных на местную промышленность.

Некоторые разработки экодомов и его элементов уже можно использовать на практике. В России складываются благоприятные условия для массового строительства экологического жилья, так как благодаря смене экономического устройства сворачивается строительство многоквартирных домов и начинает интенсивно развиваться индивидуальное строительство. Надо направить усилия на то, чтобы те, кто может и строит себе дома, начали строить именно экодома.

Такое строение представляет собой целую систему, которая работает автономно и не зависит от внешних источников энергии. Дом имеет свое энерго- и водоснабжение, обеспечивает полную переработку и утилизацию бытовых отходов. Используется солнечная и ветровая энергия, которая постоянно накапливается и равномерно распределяется. Отопление такого места будет обеспечиваться за счет солнечных батарей. При этом избытки энергии будут накапливаться в специальных аккумуляторах. Немаловажно само архитектурное решение и планировка здания. Благодаря специальной конструкции создается эффективное распространение тепла по всему периметру дома.

Бытовые отходы устраняются за счет простого биореактора, где они превращаются в удобрения. Но это еще не все. При строительстве экодома используются только экологически чистые материалы. С помощью их обеспечивается прекрасная теплоизоляция, вентиляция и воздухообмен, и все это — не нанося вреда природе. Самый лучший материал для строительства экодома — дерево, хотя существуют варианты использования бетона методом непрерывного литья, пенобетона, газобетона. Но все же они не отвечают заявленным требованиям, и их экологичность оказывается под сомнением.

Обеспечение такого уникального жилья водой — отдельная задача. Здесь большое внимание уделяется техническому обеспечению. Вода накапливается за счет атмосферных осадков, конденсата, очищения бытовых стоков и артезианских источников. На сегодняшний день уже существуют технические проекты таких механизмов.

В понятие «экодом» входит не только строение, где можно жить. Сюда также относятся приусадебный участок, постройки во дворе, огород и сад, место накопления воды и зона отдыха. Удобрения, полученные от переработки отходов, используются для повышения плодородия и получения экологически чистой сельхозпродукции. Это может быть выращивание компостных культур и органическое земледелие. Пестициды и химикаты в этом случае недопустимы. Участок должен естественно повышать свой экологический потенциал.

Экодом имеет множество плюсов . Обретается независимость от цен на энергетические ресурсы, услуги ЖКХ, жилье и продукты питания. Такая постройка обеспечит более качественный уровень жизни и здоровья человека. Вред окружающей среде, что актуально в настоящее время, не наносится. Благосостояние природы только повышается.

Но, к большому сожалению, экодома недоступны там, где природа не может обеспечить достаточной солнечной энергией. Однако прогресс не стоит на месте и хочется верить, что появятся технологии, с помощью которых можно будет использовать не только солнечное тепло, но и холод.

В наше время вопрос экологичности жилья стоит весьма остро. Люди стремятся обустраивать свои дома мебелью из природных материалов и использовать исключительно безопасную продукцию для ремонта.

Желание быть ближе к природе повлияло и на строительную сферу. Современные застройщики начали возводить используя новейшие технологии. Одним из последних достижений в данной отрасли стал пассивный дом (экодом). Что такое экостроительство и в чем его основные принципы, мы расскажем в нашей статье.

Немного о происхождении пассивных домов

В европейских странах вопрос экономии энергоресурсов стоял остро уже очень давно. В течение многих лет их профессора бились над разработкой экономных систем отопления, вентиляции и преобразования солнечного тепла. Снизить расходы на электроэнергию им удалось, а вот уменьшить теплопотери здания - нет.

Тогда у немецких ученых возникла идея создания пассивного дома, и им удалось воплотить ее в жизнь уже в 1996 году. Именно тогда в Германии был открыт институт «Пассивный дом», где возводились экспериментальные сооружения данного типа. С тех пор на территории Америки и Европы было построено несколько тысяч таких домов, и сегодня их количество стремительно увеличивается.

В России данная технология пока малоизвестна, поэтому не все еще знают, что такое экодом, и чем он отличается от привычных для нас строений. Так давайте же разберемся в этом вопросе!

Определение и особенности экодомов

Пассивный дом - это жилое здание, которое отличается полным отсутствием традиционных систем отопления и минимальным потреблением электричества. Внутри помещения постоянно поддерживается благоприятный микроклимат, при этом негативное воздействие на окружающую среду абсолютно исключено. Расход энергоресурсов такого жилья составляет лишь 10% от показателя затрат обычных частных домов.

Проект экодома создается на основании следующих требований:

1. Создание простого и энергоэффективного дизайна здания.
2. Обустройство пассивной системы кондиционирования и обогрева.
3. Применение экологически чистых строительных материалов.
4. Использование альтернативных источников энергии.
5. Полная автоматизация всех инженерных систем.
6. Создание энергоэффективной планировки дома (с минимальным количеством окон, выходящих на северную сторону).

Обустройство и архитектура пассивных домов

Обустройство и строительство экодомов осуществляется по ряду правил. Владельцы такого жилья должны полностью отказаться от искусственных и вредных материалов, иначе смысл такого жилья полностью теряется. Внутренняя отделка не должна предполагать использования винила, пенополистерола, лаков, различных формальдегидов и прочих вредных веществ.

Предпочтение отдается таким материалам, как:

• глина;
• стекло;
• гипс;
• кирпич;
• камень;
• древесина;
• керамика и др.

Что касается внешнего вида самой постройки, то тут тоже есть определенные особенности:

1. При создании проектов таких домов специалисты определяют их оптимальную форму, которая позволит создать просторное помещение при минимальной внешней площади. Данный ход позволяет сократить теплопотери через наружную поверхность.
2. Цвет энергосберегающих домов также не может быть любым, так как он прямым образом влияет на показатель затрат тепла. Чаще всего такие конструкции имеют белый цвет, в некоторых случаях наружные поверхности отделываются зеркалами. Это позволяет сократить воздействие внешних факторов на наружные поверхности здания.

Оветительные приборы в пассивных домах

Разбираясь в вопросе: "Что такое экодом?", особое внимание следует уделить освещению данной постройки. Поскольку суть такого жилья сводится к тому, чтоб снизить энергозатраты, принцип обустройства подсветки помещения основывается на установке приборов с высоким КПД.

В данном случае привычные для нас лампы накаливая совершенно не уместны. В качестве элементов освещения здесь устанавливаются светодиодные светильники, не выделяющие тепло в процессе работы. Немаловажно и то, что лампы подобного типа можно утилизировать без вреда для окружающей среды, что как раз подходит под основную концепцию пассивных домов.

Особенность оконных систем

Обустройство оконных проемов предпочтительно осуществлять на южной стороне здания. При таком расположении окна будут больше наполнять помещение теплом, чем отдавать его наружу. На верхних этажах обустраиваются световые люки, обеспечивающие помещение солнечным светом. На нижних уровнях дома предусматриваются проемы увеличенных размеров.

Окна экодома обустраиваются из двух и трехкамерных стеклопакетов (с аргоновым и криптоновым наполнением). Поверхность стекол полностью покрывается Для уменьшения потерь тепла через оконные проемы их дополняют ставнями и шторками.

Система обеспечения электроэнергией

Одним из существенных преимуществ подобных строений является возможность сэкономить на приобретении участка для строительства. Он может не иметь подхода коммуникаций, а, как показывает практика, такие земли в несколько раз дешевле.

Электрическими ресурсами пассивный дом обеспечивает себя сам. С этой целью на его крыше устанавливаются солнечные коллекторы, которые накапливают электроэнергию. В дальнейшем она тратится на подогрев воды, отопление дома, работу автономных устройств и освещение. Система электричества может также дополняться ветровыми генераторами, которые способны обеспечить до 80% необходимой энергии.

Отопление

Каким бы ни был экодом - деревянным, кирпичным или каменным, - ему необходим обогрев. В теплое время года для создания комфортного микроклимата внутри такого жилища вполне достаточно работающих бытовых приборов. Когда на улице становится достаточно холодно, на помощь приходит дополнительное отопление.

В пассивных домах в качестве источников тепла используются все те же солнечные батареи, коллекторы и тепловые насосы. Автономная система отопления снабжается устройствами теплых полов, которые автоматически включаются при понижении температуры ниже допустимого предела.

Система вентиляции

Говоря о том, что такое экодом, следует уделить внимание основной системе, которая отвечает за благоприятный микроклимат помещения - вентиляции.

О ней нужно знать то, что уровень влажности и чистоты воздуха в пассивных домах контролируется при помощи специального прибора - рекуператора. Суть его работы заключается в том, что воздух, выходящий из помещения, прогревает своим теплом воздушные потоки, входящие в дом. В результате этого свежий воздух поступает в дом уже достаточно теплый.

В холодное время года потоки воздуха направляются в систему подземного воздуховода, где нагреваются до плюсовых температур и направляются в рекуператор. В жаркую погоду происходит такой же процесс, но только под землей осуществляется не обогрев, а охлаждение воздуха.

Таким образом в доме постоянно поддерживается оптимальная температура, и лишь изредка возникает необходимость в функционировании систем дополнительного отопления. Именно поэтому пассивные дома так актуальны в наше время, когда стоимость энергоресурсов неустанно растет. Исходя из этого можно предположить, что популярность на жилье данного типа также может резко вырасти и в нашей стране.

Что же из себя представляет экодом? В идеале это абсолютно автономное строение со своим водо- и энергоснабжением, позволяющее не только организовать полную переработку и утилизацию бытовых отходов, но и не наносящее ущерба экологии окружающей среды. Следуя существующим концепциям, экодом должен строиться из возобновляемых экологически чистых материалов, обеспечивающих эффективную теплоизоляцию и в то же время естественный воздухообмен и вентиляцию. Эти понятия всегда находились и по сей день находятся в противоречии. Вопрос обеспечения естественной регенерации кислорода при сохранении тепла остается одним из наиболее сложных. Новейшие разработки в этой области крайне дорогостоящи, а предлагаемые рынком освежители, озонаторы воздуха и подобные им устройства по большому счету проблемы не решают.

Водоснабжение экодома – серьезная, но более простая задача. В данном случае могут быть использованы, атмосферные осадки, постоянно сопутствующий и не всегда заметный конденсат, очищенные бытовые стоки и в определенной степени артезианские источники. Доступные технические возможности для реализации проектов стабильного водоснабжения сегодня уже имеются.

Задача переработки продуктов жизнедеятельности не является простой, но, похоже, разрешима. Конечно, обеспечить каждый экодом индивидуальным безотходным мусороперерабатывающим комплексом представляется, по меньшей мере, мероприятием нерентабельным. Однако в рамках создания экопоселений и этот вопрос не должен вызывать трудностей.

Главной же проблемой остается автономное энергоснабжение и энергосбережение. Методы решения их с одной стороны как — будто лежат на поверхности. Это успешно применяемые сейчас солнечные батареи и ветрогенераторы. Тем не менее, мощность таких устройств остается недостаточной.

Статистические данные и накопленный опыт по энергопотреблению показывают, что семья из трех человек расходует за год около 3-3,5 тыс. кВт.ч. Таким количеством электроэнергии индивидуальные солнечные батареи и ветрогенераторы экодом площадью в 150 м2 обеспечить не смогут, даже при использовании новейших солнечных наноантен, работающих практически круглосуточно и в инфракрасном диапазоне от накопленного за световой день тепла. К этому следует добавить, что стоимость солнечных батарей и ветрогенераторов пока еще относительно высока.

Трудности стабильного энергообеспечения экодома связаны также и с равномерным распределением получаемой от солнца и ветра энергии, как в течение суток, так и в течение всего года. Вопросы эффективной аккумуляции энергии, получаемой от естественных источников, остаются, а предложения по хранению энергии под экодомом в земле или в виде нагретой воды остаются лишь предложениями. Поэтому, сегодня на постсоветском пространстве строительство экодома, если не считать белорусский вариант постройки его из соломы и глины, находится в концептуальном состоянии, а сама идея сводится к созданию энергоэффективного здания. Рекомендаций же по созданию экодома предостаточно. В частности, интересным является предложение строительства его из бетона методом непрерывного литья с применением полимерной опалубки, которая служит одновременно и гидроизоляцией, и утеплителем. Но, вновь возникает вопрос: устройство бетона без армирования не всегда оправдано, а понятие «экодом» в свою очередь исключает применение металла при его строительстве. Другое предложение строительства экодома из пено- или газобетона, кстати, по теплопроводности эти материалы эквивалентны дереву, вызывает сомнения с точки зрения абсолютной экологичности и сырьевой возобновляемости.

Отсюда – вывод: лучший экодом – дом из дерева, соответствующим образом утепленный и сориентированный на местности с целью эффективного использования энергии солнца и ветра и, конечно, энергетической подпиткой извне.

Это современное жилье, в создании которого используются исключительно натуральные материалы. Строится экодом с применением инновационных технологий, позволяющих достигать высоких показателей энергосбережения, максимального комфорта для проживания и одновременно минимальной агрессивности такого жилища по отношению к окружающей среде, как во время возведения дома, так и в процессе его последующей эксплуатации. Экодом создает гораздо меньшую нагрузку на окружающую среду прежде всего благодаря минимизации потребности в сжигаемом топливе; в данном случае понятия «экономичный» и «экологичный» - одно и то же.

Каким же фундаментальным требованиям должен отвечать экодом? В первую очередь, это обеспечение оного теплом, электрической энергией и горячей водой за счет возобновляемых источников энергии. Экодом обогревает энергия солнца, земли, ветра и воздуха. Собрать энергию небесного светила помогают солнечные коллекторы и батареи, энергию земли в экодом направляют грунтовые теплообменники, а сохранить энергию и тепло позволяют специальные аккумуляторы тепла. К примеру, экодом оснащают металгидридными аккумуляторами, накапливающие энергию в виде водорода, получаемого в процессе гидролиза воды.

Благодаря использованию всех этих технологий в умеренных широтах удается полностью отказаться от традиционного отопления дома. Вариант экономичного дома, в котором вообще не используется отопление, получил название пассивный дом - самостоятельная экосистема, обогреваемая зимой и охлаждаемая летом лишь альтернативными, возобновляемыми источниками энергии.

Пассивный дом должен отвечать строгим требованиям - расход энергии на его отопление не должен выходить за рамки 15 кВтч на квадратный метр в год, а потребление энергии на все бытовые нужды (нагрев воды, электричество и отопление) не может превышать 120 кВтч. Эти нормы четко регламентированы авторами данной концепции - Институтом пассивного дома, расположенным в городе Дармштадт (Германия), где, кстати, и был построен первый дом данного типа.

В целом, пассивный дом является радикальной усовершенствованным продолжением концепции экодома. Его энергопотери в 7-10 раз ниже, чем у обычного дома! Даже дом, считающийся энергоэффективным, требует на свой обогрев примерно в 4,7 раза больше энергии, чем пассивный.

Неужели энергии солнца, ветра и земли достаточно для того, чтобы обеспечить пассивный дом энергией? Это действительно так, но лишь при условии великолепной теплоизоляции и, что важно, контролируемого воздухообмена. Последнее означает, что пассивный дом - полностью герметичное строение.

Как же поступает в пассивный дом воздух? Для воздухообмена применяются системы приточно-вытяжной вентиляции, оснащенные теплообменниками. Подобная технология позволяет не только достигать оптимальных показателей проветривания помещения, превосходящих традиционное проветривание с помощью открытых форточек, но и предполагает рекуперацию тепла. Это значит, что обогрев поступающего в экодом воздуха производится за счет тепла воздуха отработанного, которое не выпускается наружу, а сохраняется в теплообменнике.

Пассивный дом должен быть идеально изолирован от внешнего мира: толщина изоляционного слоя достигает 30 см (в обычных домах – 8-12 см), а для изоляции используются специальные материалы, такие как пористый керамический кирпич, пенопластмасса, пористая штукатурка. Экодом не должен иметь так называемых «мостов холода» - оконных перемычек, мест примыкания балконов; все стыки полностью герметичны. Возводя пассивный дом, строители используют окна с повышенным сопротивлением теплопередаче, а максимальное возможное число окон размещается на южной стороне строения. При этом сами окна делаются большими, впуская вовнутрь максимальное количество света и играя роль своеобразных «солнечных коллекторов». С севера же экодом нередко защищается от холодных ветров при помощи барьера из деревьев.

Стоит отметить, что пассивный дом - не просто экологичный объект, минимально воздействующий на окружающую среду. Пассивный дом - максимально автономная и экономичная система, которая избавляет своего хозяина от необходимости устанавливать газовый или тепловой котел, снижает расходы на электроэнергию и нагрев воды. Летом экодом позволяет обходиться без систем кондиционирования воздуха, а четкое зонирование жизненного пространства помогает минимально сократить расходы на освещение помещений.

Зимой дополнительные источники тепла (тепловой насос, компактная система отопления) обогревают экодом лишь в экстремально холодные дни, в остальное же время обогрев помещения обеспечивается за счет идеальной термоизоляции и аккумулирования тепла, выделяемого бытовыми и осветительными приборами. В качестве источника тепла экодом использует даже своих жителей, ведь один человек выделяет примерно столько же тепловой энергии, как лампочка мощностью 60 Вт, а пассивный дом просто не позволяет этому теплу рассеиваться понапрасну.