Проектирование зданий с нулевым энергопотреблением

Проектирование зданий с нулевым энергопотреблением представляет собой важный шаг в направлении устойчивого развития и снижения негативного воздействия строительного сектора на окружающую среду. В условиях глобальных изменений климата и растущих требований к экологической ответственности, концепция зданий, которые полностью компенсируют своё энергопотребление за счет возобновляемых источников энергии, становится все более актуальной.

В 90-х гг. возникла немецкая концепция «энергопассивного дома» и дома «нулевого энгергопотребления», разработанная доктором Фейстом из Фрайбурга. Она очень проста. Суммарный коэффициент сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций должен быть не менее 10 (наш СниП рекомендует не менее 2,5; при этом энергозатраты на отопление составят у нас в лучшем случае 120 кВт/ч на 1 м² в год). Необходимо использование пассивной солнечной архитектуры (окна – на юг), но с соответствующей защитой от летнего перегрева. Рекуперация тепла при вентиляции с КПД – около 0,7, то есть примерно 70–90% тепла, выходящего через систему вентиляции, передается холодному входящему воздуху. Канал в грунте располагается ниже линии промерзания для естественного подогрева поступающего извне воздуха зимой и охлаждения летом. Построить дом по такой концепции не сложно.

Использование возобновляемых источников энергии позволяет снизить до минимума «углеродный след» – выбросы оксида углерода в земную атмосферу. Таким образом, дома с «нулевым потреблением» электричества становятся важной частью зеленой экономики, стремящейся спасти мир от глобального потепления.

Рис. 1. Дом с нулевым потреблением энергии

Важный момент, вносящий существенный вклад в «нулевое потребление», связан организацией отопления. Лучшим и эффективным решением является оборудование теплого пола, что обеспечивает равномерный обогрев всего дома. Также необходимо снизить утечки тепла – оборудовать стены современными теплосберегающими материалами, это может снизить расходы энергии на отопление на 50%. Для «нулевого расхода» требуется оснастить световые приборы (на них тратится около 30% потребляемой электроэнергии в доме) современными экономичными светодиодными лампами, которые эффективнее ламп накаливания на 80%. Оптимизировать расходы электричества в доме позволят датчики контроля движения и «умное оборудование» по поддержанию микроклимата.

Согласно перечню зданий с нулевым потреблением энергии в США и Канаде, составленному Институтом новых зданий за 2019 г., количество завершенных и проверенных в 2016–2019 гг. проектов выросло на 53%, а количество проектов, находящихся в стадии планирования или строительства, – на 79%. Эти данные подтверждают, что со временем здания с нулевым потреблением энергии станут значительной частью строительного фонда.

Рис. 2. Рост числа проектов зданий с нулевым потреблением

Наиболее выгодный с точки зрения экономии является система вентиляции с рекуперацией тепла – удаляемый воздух имеет температуру выше температуры приточного воздуха, поэтому, смешиваясь с приточным воздухом, потребуется меньше энергии на его нагрев. Предварительно очищенный воздух снова поступает в помещении с определенными параметрами, рассчитанными на этапе проектирования системы вентиляции и отопления.

Следующим этапом является использование солнечной и ветровой энергии. Для этого потребуется приобрести солнечные панели, размещенные на крыше здания, а также ветрогенераторы. Использование солнечной энергии должно хватать на все электроприборы помещений.

Последний этап – водоснабжение дома. За это отвечает сразу целая система по причине жесткости и загрязненности воды. Сбор дождевой воды осуществляется в специальные цистерны (емкость рассчитывается в зависимости от годового потребления воды). Дождевая вода проходит стадию очистки и нагрева до определенных температур, в зависимости от желания потребителя, либо согласно нормативным документам. Внутри дома также имеется свой резервуар для воды (бойлер). Далее идет внутридомовое распределение труб: к бытовым приборам, душевой кабинке, унитазу и др. Питьевая вода подается отдельно к кухонному крану.

Таким образом, система отопления, вентиляции и водоснабжения будут исправно работать исключительно на природных ресурсах.

Проектирование таких зданий требует комплексного подхода, включающего интеграцию передовых технологий, энергоэффективных строительных материалов и систем управления энергией. Применение технологий, таких как солнечные панели, ветрогенераторы и геотермальные системы, а также использование пассивного солнечного отопления и термического аккумуляционного покрытия, позволяет значительно снизить потребление традиционных энергоресурсов и обеспечить эффективное управление энергией.

В таких помещениях существует большая экологическая проблема качества воздуха: вентиляция, «задушенная» рекуперацией и необходимостью экономить, не всегда обеспечивает хорошее его качество, особенно если используются ненатуральные строительные материалы, и прежде всего утеплители.

Несмотря на это, потенциальные преимущества зданий с нулевым потреблением энергии значительны. Снижая зависимость от традиционных источников энергии и продвигая устойчивую архитектуру, эти здания оказывают положительное влияние на окружающую среду, минимальные затраты на оплату электроэнергии (при необходимости) и благополучие жителей.