Как правильно построить энергоэффективный дом. На примере дома 94,94 метра квадратных г. Магнитогорск.
В моём понимании энергоэффективный дом, это дом, который изначально готов к автономии. Или является таковым. Вот об этом и поговорим.
Чтобы в сжатой форме изложить целесообразность и суть понятия энергоэффективности в жилом домостроении необходимо кратко разобраться с базой строительной физики и терминами.
В нашем физическом мире (согласно его природным законам) всегда происходит перенос энергии (в данном случае – тепла) от тёплых предметов к холодным.
Это означает, что мы – люди, всегда (в силу того, что температура нашего тела 36,6 градусов) будем это тепло терять, в связи с тем, что окружающее нас пространство имеет, как правило, более низкую температуру, чем температура нашего тела.
И чем больше перепад температур, тем больше тепла (в единицу времени) мы будем терять. Причём надо понимать, что тепло мы будем терять всегда, так мы устроены. Более того, мы не можем его не терять. Как только у нас пропадает возможность передавать тепло в окружающее нас пространство, мы тут же перегреваемся, и у нас включается система терморегуляции — мы начинаем потеть.
Именно на этом принципе основана столь любимая нами процедура закаливания – бани. Причём в не зависимости от типа используемой бани,- будь то русская баня, финская сауна или восточный хамам. Меняется только сочетание соотношений температуры и влажности воздуха.
Для защиты себя от внешних, неблагоприятных условий, мы строим дома. Внутри дома создаётся комфортный для нас микроклимат – температура от 18 до 24 градусов Цельсия, при влажности воздуха от 30 до 70 процентов.
Потери домом тепла (перенос от тёплых предметов к холодным) происходит тремя способами:
- Прямой теплоперенос. От тёплого предмета к холодному.
- Конвекция. Это когда поток движущегося (рядом с тёплым предметом) воздуха ускоряет его остывание.
- Излучение. Излучение тепловой энергии, запасённой предметом в инфракрасном диапазоне спектра (не видим человеческим глазом).
Согласно формуле, давным давно открытой немецким учёным В. Нуссельтом,- перепад температур в один градус, между тёплым предметом и холодным воздухом (в нашем случае это ограждающие стены дома и окружающая среда) приводит к теплопотерям около 5 ватт с каждого квадратного метра стены. Если перепад температур составляет 10 градусов, то теплопотери с каждого квадратного метра составляют уже около 50 ватт в час.
Формула Нуссельта, это важнейшая формула, в рассматриваемой нами теме – строительстве экономичных энергоэффективных домов. Перепад всего лишь в один градус, означает, что если у Вас сегодня морозно, и на улице минус 20, то при температуре наружной поверхности стены Вашего дома в минус 19 градусов, она неизбежно будет терять в окружающее пространство 5 ватт с каждого квадратного метра поверхности. По сути, это – физически возможный минимум теплопотерь в реальном мире, находящийся на грани точности измерений большинством используемых в обычной жизни приборов (тепловизоров).
Далее необходимо посмотреть на то, в каких климатических условиях находятся здания, призванные защитить нас от неблагоприятных внешних условий.
Климат Магнитогорска:
Хорошо видно, что самые холодные месяцы у нас январь и февраль, со средне-минимальной температурой воздуха в Магнитогорске, минус 18 градусов. Добавив к этому комфортную температуру в 20 – 22 градуса тепла в помещении, мы получим перепад температур (дельту между внутрикомнатным и наружным) воздухом в 40 градусов Цельсия.
Таким образом, в Магнитогорске, каждый час, с одного квадратного метра незащищённой (в тепловом смысле) поверхности, мы неизбежно будем терять 200 ватт тепла. С учётом дополнительных теплопотерь от конвекции и излучения, сумма теплопотерь здания возрастает многократно.
Вот отсюда берётся необходимость обеспечивать уменьшение теплопотерь зданий строящихся в нашем континентальном климате. А уже степень защиты от этих теплопотерь и является крайне важным и интересным вопросом.
Все эти теплопотери закладываются, как неизбежная плата за возможность проживать на нашей территории, в нашем климате.
При производстве любого продукта, в себестоимость этого производства (и далее по всей производственной цепочке) закладывается необходимость создавать нормальные условия для производителей этого продукта. Это многократно, в разы увеличивает конечную стоимость любого продукта произведённого в нашей стране, по сравнению со странами с благоприятными климатическими условиями, и соответственно снижает его конкурентоспособность на внешних рынках.
Из сказанного выше следует вполне очевидный вывод: перед нами – исходная информация для достижения предельно-целесообразных параметров энергоэффективности любого жилого или промышленного здания для нашей южно-уральской (да и любой другой) климатологии.
Путём простой математической операции деления (дельта температур 40 градуса Цельсия, делим на минимально возможные теплопотери 5 Вт. с каждого метра квадратного) мы получаем коэффициент термического сопротивления стен (R = 8), который и является с одной стороны необходимым, а с другой стороны предельно-целесообразным параметром повышения энергоэффективности, для нашего климата.
То есть, именно при термическом сопротивлении стен (R равным 8) и перепаде температур в 40 градуса (постоянная величина в нашем климате), мы будем терять минимально возможные — не более 5 ватт с каждого квадратного метра поверхности любого здания. Сравни с 200 ваттами с метра квадратного, у не защищённой (не утеплённой) стены здания – в сорок раз меньше.
Понятно, что повышать термическое сопротивление стен можно и дальше. Пример есть у нас перед глазами. Это – наши космические станции. В космосе, перепад температур (дельта) составляет под 290 градусов Цельсия. Однако – космонавты не тратят всё своё время на то, чтобы отапливать свою станцию. Там и солнца побольше (нет атмосферы), и применяемые утеплители (некоторые виды ППУ и Аэрогель) поэффективнее. Правда и стоит постройка и содержание такой станции миллиарды рублей.
Для наших условий, именно с цифры термического сопротивления R равной 8 и появляется настоящая, реальная энергоэффективность. Для примера приведу цифру термического сопротивления нормативно применяемую для Челябинской области сегодня. Согласно ТСН (территориальным строительным нормам) нормативный показатель R = 3,5. Фактическое значение, применяемое сегодня при строительстве редко превышает 2,57.
Чтобы были понятны цифры:
Термическое сопротивление R = 8, это 33 сантиметра эффективного базальтового, минерало-ватного или пенопластового утеплителя. Если использовать ППУ (пенополиуретан), то толщина утеплителя может быть уменьшена до 27 сантиметров.
Термическое сопротивление оконных конструкций и стеклопакетов лучших мировых образцов, на сегодняшний день находится на уровне R = 1,5 – 1,75. В массовом строительстве на Южном Урале применяются оконные профили и стеклопакеты с термическим сопротивлением R = 0,4 – 0,6.
Таким образом, сегодня применяемые в массовом строительстве и реконструкции существующего жилья, параметры энергоэффективности, примерно в 3 – 4 раза ниже, чем это требуется реально.
Из выше сказанного совершенно очевидно, что практически все многоквартирные дома, а также одноквартирные дома или коттеджи в Челябинской области и Магнитогорске (будь то построенные в предыдущие годы, будь то строящиеся сейчас) не обладают необходимыми параметрами настоящей энергоэффективности. Ну, и собственно оплачивает весь этот банкет, человек из своего кармана. То есть – переплачивает в 3 – 4 раза больше, чем это могло бы быть.
По моему мнению, особую печаль этот факт вызывает в свете того, что эти трёх-четырёхкратные поборы запланированы существующей государственной политикой и на последующие годы. Получается, что сегодня почти 100 процентов жилого фонда Челябинской области и Магнитогорска уже нуждаются в плановой реконструкции и реновации, с целью повышения их энергоэффективности до климатически обоснованных параметров.
А вместо этого, мы продолжаем строить новые многоквартирные жилые дома, по нормам не соответствующим элементарным законам строительной климатологии нашего региона, обрекая жильцов на бесконечно пустые кошельки из-за постоянно поднимающихся тарифов ЖКХ на тепло.
Такая же грустная ситуация и с тем жильём, которое как раз легко можно было бы реконструировать в рамках планируемой государством программы реконструкции ветхого жилья. По моему мнению, всё это:
и — имитация бурной деятельности,
и попил выделенных бюджетов,
и радостные отчёты о проведённых ремонтах. Может быть даже отрапортуют о возросшей энергоэффективности (на 5% по сравнению с 1913 годом) :))
является результатом отсутствия патриотизма («За державу им не обидно») и непрофессионализма тех, кто в нашей стране, за это отвечает.
На мой взгляд, государству пора вспомнить о том, что это его – государства прямая обязанность, создать жизненно необходимые условия для полноценной и комфортной жизни граждан нашей страны.
И это обязанность государства, создать государственную программу и за свой, государственный счёт, произвести реконструкцию и реновацию многоквартирных и индивидуальных жилых домов граждан нашей страны до климатически целесообразных параметров повышения энергоэффективности.
Это будет в разы дешевле, чем строить новые ТЭЦ и прочие станции. Это будет дешевле, чем бездумно сжигать невосполнимые полезные ископаемые (загрязняя при этом воздух которым мы дышим). Это будет дешевле, чем (слово из 9 букв, первое «Р», последняя «Я») доведённого до полной нищеты народа, не способного оплачивать возрастающие тарифы ЖКХ.
Хватит носиться, как дурак с махоркой, с этой безумной идеей о «свободном капиталистическом рынке». Который дарует счастье. Ага. «Потом догонит. И ещё раз дарует :))»
Надо также понять, что только с достижением необходимым параметров энергоэффективности зданий (об этом много сказано выше), появляется реальная возможность и целесообразность использовать альтернативные источники энергии – солнце и ветер. Об этом много говорят в последнее время, деликатно забывая о том, что до достижения этих параметров энергоэффективности (а я их называю – конструкционная энергоэффективность), никакой целесообразности использовать альтернативные источники – нет. Не способны альтернативные источники энергии компенсировать чрезмерные потери энергии многоквартирным или одноквартирным домом (коттеджем).
А без использования альтернативных источников энергии, никаких разговоров об автономии и свободы от коммунального рабства и быть не может.
И вот только после того, как мы сформировали проект дома, который с одной стороны обладает правильным объёмно-планировочным решением (с точки зрения энергоэффективности), а с другой стороны – заложили необходимые параметры сопротивления теплопередаче (для стен, кровли и пола не менее R = 8, для окон не менее R = хотя бы 1 – 1,25) можно переходить ко второй части энергоэффективности, которую я называю – инженерная энергоэффективность.
Инженерную энергоэффективность я рассмотрю на примере планировки дома 94,94 м.кв.
В начале подробнее рассмотрим фасады и планировку дома и определимся с тем, какие инженерные системы нужны в доме и в какой степени они влияют на удобство и комфорт проживания и результирующую энергоэффективность:
— Проектирование дома всегда начинается с нахождения необходимого объёма (дома): определения его Высоты, Ширины и Длины.
По-прежнему существует очень большое заблуждение, связанное с тем, что комфортность проживания в доме измеряется метрами квадратной общей или жилой площади. Это не правильно.
Желательно изначально понимать, что мы живём в трёхмерном пространстве, у которого есть ширина и длина (дающие площадь), а также – высота (в сочетании с двумя предыдущими) дающая объём. И правильным решением для жизни является такой объём пространства, в котором нам хорошо и комфортно, и соотношение сторон образующих этот объём, соответствует физическим законам нашего Мира – Золотому сечению. В старину, на Руси, все строения, будь то деревянные или каменные строились соразмерными, строго следуя этому закону. Инструментом, который помогал строить правильные, живые дома была сама система мер, применяемая ранее на Руси, и производная от этой системы мер – сажень. Вся архитектура в старой Руси была – саженной архитектурой.
Данный дом 94,94 метра квадратных, в своей основе учитывает это правильное – саженное, золотосеченное сочетание, хотя и не на все 100%.
— В доме желательно наличие трёх буферных (температурных) зон, между наружной (уличной) и внутренней (домашней) температурой. Это крайне важно делать, чтобы разделить уличный и домашний температурные режимы и сделать между ними переход плавным.
В данном случае в роли сеней выступает пространство между наружной дверью дома и внутренней дверью, смонтированные в ограждающую стену дома. Подогревается электрическим тёплым полом, создавая температурную завесу.
— Далее холодный тамбур. Подогревается естественным теплом, поступающим через дверь из тёплого тамбура и «обраткой» тёплого пола.
— Тёплый тамбур (прихожая). Обогревается тёплым полом.
— Обязательно наличие котельной (где размещается всё инженерное оборудование дома).
— С северной стороны дома располагается помещение с пониженной температурой эксплуатации -гараж, котельная.
— Цоколь дома (высота) = не менее 600 мм.
Наличие цоколя высотой не менее 600 мм. крайне важно, так как позволяет защитить жилые помещения дома от внешних зимних осадков – сугробов и перемётов, а также создать элемент психологической защиты – от взглядов людей смотрящих на дом с улицы. С учётом высоты цоколя и высоты до подоконника, от уровня земли получается около 1500 мм. Кроме того в цоколе дома скрыта часть системы отопления – тёплый пол и часть системы вентиляция – приточные воздуховоды.
— Внутреннее пространство дома (в чистоте) не менее 2750 мм. Как я уже писал ранее наличие правильного соотношения внутреннего пространства дома (в котором мы и живём) крайне важно. В широком, большом помещении с низкими, давящими потолками, нам будет крайне не уютно. В идеале высота потолка в помещении должна быть не менее двух ростов самого большого члена семьи, проживающего в этом доме. С учётом того, что дом делался не под конкретную семью, я остановился на минимально возможной высоте до чистового потолка – 2,75 метра.
— Пространство, оставляемое под инженерные системы (вентиляция, кондиционирование) = 400 мм. Располагается выше чистового потолка в доме.
— Толщина перекрытия кровли = 400 — 600 мм.
— Предусмотрена солнцезащита с южной стороны дома таким образом, чтобы 21 июня, солнечные лучи напрямую не проникали в дом, через окна расположенные на южной стене дома.
— Цветовая гамма окраски ограждающих поверхностей дома (стены, кровля) подобрана таким образом, чтобы был оптимальный баланс поглощения и отражения тепла солнечного излучения с Востока, Юга, Запада, Севера.
— Форма дома (его объём) подобраны с учётом оптимизации теплопотерь от ветровой нагрузки, возникающей в осенне–зимне–весенний период.
— Следующим шагом после того, как мы сделали всё необходимое для получение конструкционной энергоэффективности, является создание – инженерной энергоэффективности.
Важнейшим из элементов инженерной энергоэффективности является система приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла удаляемого воздуха, поставляющая свежий, очищенный воздух в каждую из жилых комнат и удаляющую отработанный воздух через воздухозаборники расположенные в ванной комнате и на кухне.
Объём воздуха, на одного человека в одно объёмном помещении длительного использования (спальные комнаты, гостиная), составляет не менее 35 метров кубических.
Это второй очень важный момент, на который я хочу обратить Ваше внимание. Дело в том, что у нас есть естественные, физиологически присущие нашему виду особенности. В повседневной жизни мало кто о них задумывается. Одна из таких особенностей – объём необходимого нам для дыхания свежего воздуха. Он как раз и составляет около 35 метров кубических. Каждый час. То есть – каждый час, нам с Вами необходимо не менее 35 кубических метров чистого, свежего воздуха. И поставляться он должен прямо к нам, к тому месту, в котором мы дышим. Следовательно, и удаляться, уже использованный воздух должен тоже в не меньшем объёме. Из этого следует важнейший вывод:
— Минимально необходимый объём одно объёмного помещения (комнаты, жизненного пространства) строящегося для одного человека не может быть менее 35 метров кубических. Это примерно 12 метров квадратных, при высоте потолка 2,9 метра. Если Вы делаете спальню для двух человек, то Вам необходимо не менее 24 метров квадратных, при тех же 2,9 метров до потолка. Если у Вас есть гостиная, в которой собирается вся Ваша семья (скажем, пять человек), то её объём не должен быть менее 175 метров кубических. И вот при этом, физиологически необходимом минимуме, Вы каждый час будете обязаны доставлять не менее 35 кубических метров чистого, свежего воздуха на каждого члена Вашей семьи. Понятно, что никакая гравитационная (то есть с естественным побуждением) вентиляция, в обычном многоквартирном доме с такой задачей не справится. Теперь сравните это с тем, в каких условиях Вы живёте сегодня, или с тем какие квартиры в новостройках Вам предлагают строители. Там вероятно есть необходимый объём в каждой комнате, на каждого члена семьи? Там вероятно есть приточно-вытяжная вентиляция с функцией очистки поступающего и рекуперацией тепла удаляемого воздуха?
— Вынос кровли дома (относительно стен), на 100 мм, превышать вынос отмостки дома (относительно стен). Сделан водоотвод с кровли дома.
— Отопления дома производится с помощью системы тёплого пола и тёплых стен, расположенных на внутренних поверхностях ограждающих стен дома. Используется тепловой насос.
Система отопления экономичного, энергоэффективного дома, по умолчанию является системой низкотемпературной. Используется лучистое отопление. Для нас это и физиологически правильно и экономически выгодно. Вспоминаем об альтернативных источниках энергии. Мы же хотим иметь определённую независимость?
Таким образом, в энергетическом сердце дома (котельной) располагаются системы водоподготовки дома, распределительный электрический щит (система управления автономными источниками питания), система отопления дома, система приточно-вытяжной вентиляции, система обслуживания водоотведения дома.
Сочетание этих двух факторов – конструкционной и инженерной энергоэффективности позволяет получить следующие параметры энергоэффективности дома:
— затраты на отопление, вентиляцию и кондиционирование около 3323 кВт.ч. в год. (это ежели отапливать электричеством). В рублях это около 9969 рублей в год (при средней стоимости кВт.ч. 3 рубля). Если есть газ, то затраты на отопление, составят около 1662 рублей в год.
Надо понимать, что реальные затраты на содержание дома могут быть как сильно меньше названных показателей, так и немного выше. Связано это с тем, что кто-то любит температуру в доме пониже – на уровне нормативных 18 градусов Цельсия, а для кого-то — 25 градусов – пляж и прогулки по дому в неглиже.
Кроме того, отдельной строкой расходов будут расходы на подогрев горячей воды, приготовление еды, освещение, бытовую технику. У нас в Челябинской области, в ближайшие годы, родное государство милостиво может установить социальную норму на электроэнергию где-то на уровне 160 кВт.ч. в месяц. Попробуйте уложиться.
Себестоимость строительства экономичного, энергоэффективного дома зависит от выбираемого конструктива дома.
Энергоэффективным можно сделать дом любого конструктива. С любыми ограждающими конструкциями: хоть из дерева, хоть из бетона, хоть каркасный. Главное – не нарушать физические законы нашего мира и применять здравый смысл при составлении технического задания на проектирование.
По моей оценке, себестоимость строительства экономичного, энергоэффективного дома с вышеназванными характеристиками энергоэффективности (под чистовую отделку), в зависимости от выбранного конструктива и инженерных систем, составляет от 25 тысяч рублей за квадратный метр.
В моём понимании, экономичный, энергоэффективный дом, это дом, который изначально готов к автономии. Или является таковым.
Галерея (визуализации) дома:
