Проектирование энергоэффективных коттеджей

Дома хорошей погоды

Выраженный тренд на рынке частного домостроения – коттеджи, не обременяющие владельцев расходами на эксплуатацию. Демонстрировать широту русской души, кубометрами сжигая газ и дрова, в наше время стало немодным. В быт домовладельцев вместе с новыми проектами коттеджей, медленно, но верно входят современные энергосберегающие технологии. Однако строительство домов, ориентированных на низкое энергопотребление, требуют комплексного подхода к проектированию и тонкой «настройки» всех инженерных систем. Проектировщик должен учесть все потребности проживающих, а также заставить и солнечный свет, и ветер, и естественные складки микрорельефа «работать» на домовладельца. В противном случае дорогие гелиосистемы, тепловые насосы, рекуперационные установки и домашняя автоматика с дистанционным управлением через интернет окажутся дополнительной нагрузкой на бюджет и бесполезными «гаджетами» для дома.

Над созданием комфортной «погоды в доме» проектировщики трудятся вместе с производителями и поставщиками самого разного оборудования – от кабельных систем подогрева и устройств микропроветривания до тепловых насосов. При этом каждый купец нахваливает свой товар, предлагая самое производительное и самое «продвинутое» отопительное оборудование, энергосберегающие окна, широкий спектр материалов для теплоизоляции и элементов домашней автоматики. Но случается и так, что выбрав приглянувшийся проект, а затем – все самое лучшее, что предлагают поставщики, домовладелец может столкнуться с тем, что системы отопления, вентиляции и кондиционирования ведут непримиримую войну сразу на нескольких фронтах: друг с другом, окружающей средой и кошельком домовладельца. Солнечный коллектор и тепловой насос обречены оставаться «гаджетами» без малейшего шанса на окупаемость, если инсталлированы в систему домашней энергетики непрофессионально или, что называется «не по делу». Между тем, главная задача, над которой работают инженеры и поставщики этих изделий – снижение эксплуатационных затрат. А в основе современного «интеллектуального» дома – комплексный подход к проектированию, позволяющий управлять издержками и в стадии строительства, и в процессе эксплуатации.

Подавляющее большинство современных частных домов строятся по так называемым готовым проектам. Энергосберегающие коттеджи в этом отношении – не исключение. Как правило, за основу здесь берутся рациональные проекты с простыми скатными кровлями и минимальными по отношению к жилой площади площадями ограждающих конструкций. Но даже самые простые архитектурные формы и объемы требуют, во-первых, подходящего для данного проекта участка, во-вторых, правильной привязки к местности.

Ориентирование на местности: рельеф, уклон, инсоляция

Что нужно учитывать, приступая к проектированию дома, ориентированного на низкое энергопотребление? Прежде всего то, что удачный по микроклиматическим параметрам участок – это и благоприятная «погода в доме», и также – возможность существенного снижения эксплуатационных расходов.

Ведь солнечный свет, круговорот воды и естественное движение воздушных масс – лучший «кондиционер», и задача проектировщиков – заставить его работать. Здесь все средства хороши: лес по границе должен защищать от ветра и шума, но не создавать затенения и сырости, а естественный уклон и складки рельефа – способствовать естественному прогреву и удалению избыточной влажности. К примеру, участок на склоне – головная боль и для строителей, и для домовладельца. Но если он имеет небольшое понижение в южную сторону, то холодный влажный воздух «стекает» вниз, помогая домашним системам вентиляции и отопления. Подобные нюансы, коих при выборе территории под застройку всплывает великое множество, сказываются на комфортности проживания, и на стоимости эксплуатации.

Но что делать, если участок уже в наличии и выбирать не приходится? Второй, не менее важный фактор для «дружественного» энергосбережению проекта – правильная ориентация дома по сторонам света и его «посадка» на рельеф. Если бы не этот момент, всегда требующий индивидуальной работы архитектора, экономичные и экологичные дома низкого энергопотребления – уже давно стали бы массовым явлением.

С ориентацией по сторонам света – все более или менее просто. Корректировка готового проекта здесь сводится к тому, чтобы, руководствуясь запросами и пожеланиями домовладельца и членов его семьи расположить помещения дневного пребывания так, чтобы обеспечить в них доступ солнечного света (ведь не круглый год у нас зима), спальни – окнами на восток, кабинеты и гостиные, в которых обычно встречают вечер – на запад. Северная сторона отводится для помещений технического и хозяйственного назначения. Хотя такое расположение – не аксиома, если нужно учесть индивидуальные особенности или обыграть «видовые» особенности участка. Однако при проектировании с прицелом на энергосбережение важно помнить, что южные скаты кровли – идеальное место для расположения солнечных батарей и коллекторов, некоторые модели которых внешне почти неотличимы от уже ставших привычными мансардных окон.

В соответствии с результатами гидрогеологического обследования участка обычно принимается решение о типе и конструкции фундамента. Но если речь идет о доме низкого энергопотребления с геотермальными системами отопления, имеет смысл использовать эти данные и для принятия решения о возможности организации, типе и конструкции грунтовых теплообменников.

Выбор конструкции: тонкие стены, массивный фундамент

Движемся дальше. Большинство современных энергоэффективных домов строят с применением каркасных технологий. Распространенные в наших краях керамический кирпич (точнее, его современная разновидность – поризованные крупноформатные блоки), а также ячеистые бетоны - тоже «дружат» с энергосбережением, но обязательно требуют дополнительного утепления. И вне зависимости от того, какой теплоизоляционный материал выбран (синтетический, на базе пенополиуретана, или минеральный), в слоеной стеновой конструкции он заменяет как минимум полметровую толщу традиционной кирпичной кладки.

А теперь самое главное: из-за применения тонкослойных утеплителей у современных рациональных домов стены обычно легкие и тонкие и им не хватает теплофизической «массы». При «энергосберегающем» проектировании эту особенность необходимо учитывать. Ведь если такой дом (если его предполагается эксплуатировать не в дачном режиме, а круглый год) располагают на облегченном фундаменте, например, на винтовых сваях, и при этом предполагают отапливать конвекционной печью, задача сохранения теплового комфорта не будет иметь легкого решения.

Современное строительство, ориентированное на высокую энергоэффективность при низкой материалоемкости, требует использования тепловых аккумуляторов, компенсирующих недостаток стенового «массива» и сглаживающих суточные и сезонные колебания температур. В традиционном доме в качестве такового выступала кирпичная печь, в современном – утепленный снаружи монолитный плитный фундамент типа «шведская плита» и включенная в теплый контур бетонная стяжка пола первого этажа.

Впрочем, выбор типа фундамента – тема отдельной публикации. Но если застройщик из-за проблем с «геологией», либо из соображения экономии выбрал облегченный вариант (те же винтовые сваи), то для комфортного проживания как в зимний, так и летний период желательно позаботиться о каком-либо другом аккумулирующем тепло «массиве». Однако в любом случае это дополнительные затраты: кирпичная печь также потребует подготовки строительного основания, а строительство грунтовых теплообменников – дело затратное и в наших краях не слишком распространенное. Поэтому «монолит» с теплоизолированной стяжкой пола – вариант для демократичного энергоэффективного дома оптимальный, он позволяет организовать комфортный и равномерный прогрев без скачков температур.

Крышка для термоса

О том, что ограждающие конструкции коттеджа (цоколь, стены, кровлю) необходимо утеплять – сегодня знают почти все будущие домовладельцы. Между тем, по меткому выражению руководителя строительной компании, регулярно проводящей энергоаудит своих домов, современные российские коттеджи в большинстве случаев являют собой конструкцию типа «термос без крышки». Причем относится это и к качественным «каркасникам», и к добросовестно утепленным домам из газобетонных блоков.

«Крышка» – это, в первую очередь, качественные окна и системы вентиляции с рекуперацией тепла и в системе домашнего энергобаланса она играет ключевую роль. Правильный подбор окон и проектирование систем вентиляции – это то, что превращает обычный дом в энергоэффективный. Между тем, на поверку оказывается, что это две весьма непростые задачи, над которыми не первый год бьются технологи, инженеры и проектировщики.

Во-первых, энергосберегающие характеристики даже самых передовых разработок в области вакуумных стеклопакетов не могут даже приблизиться к уровню тепловой защиты «рядовой» стеновой сэндвич-панели. Таким образом, здесь придется обходиться тем, что есть на рынке, но при проектировании помнить о том, что далеко не все широко представленные на рынке оконные профили пригодны для домов, ориентированных на низкое энергопотребление, а большие поверхности остекления – палка о двух концах. С одной стороны – это дополнительный свет, защита от влаги и ветра для неотапливаемых помещений сезонной эксплуатации, с другой – отапливать веранду (если, конечно, это не оранжерея с тропическими растениями) – значит выбрасывать деньги на улицу.

При проектировании окон в жилых помещениях (в первую очередь – в спальнях) значительно превышать норматив остекления (10-12% по отношению к площади пола) – неразумно. При этом для помещений длительного пребывания предпочтение следует отдавать двухкамерным (а в северных регионах - трехкамерным) стеклопакетам со стеклами, имеющими энергосберегающее покрытие, либо «скандинавским» оконным блокам с дополнительным «ветровым» стеклом снаружи.

Во-вторых, традиционные системы вентиляции – форточки, вытяжные и приточные установки и клапаны, призванные обеспечивать воздухообмен в помещении, сведут на нет попытку построить дом низкого энергопотребления, если в нем, в качестве базовой комплектации, не предусмотрена рекуперационная установка, то есть, система, позволяющая использовать тепло от перегретого выходящего воздуха для подогрева холодного, с улицы. Но следует помнить о том, что проектирование такой системы – всегда предмет тщательных расчетов. Реальный коэффициент полезного действия такой системы (в «лабораторных» условиях он порой превышает отметку в 90 %) зависит не столько от торговой марки оборудования, сколько от грамотности проектировщиков.

Отопление: сердце системы

Еще недавно, во времена дешевых энергоносителей, «сердцем» любой отопительной системы считался отопительный котел. И чем сильнее «жарили» радиаторы – тем эффективнее система. Неизменные спутники традиционной в наших краях высокотемпературной системой отопления с разводкой по горячим (не дотронуться) радиаторам, - «перетоп», недостаток кислорода, сквозняки при открытых окнах, а также перепады температуры и влажности, не слишком полезные ни для живых организмов, ни для строительных конструкций.

В энергоэффективном «доме-термосе с крышкой» привычный российский подход уже не работает. Такой коттедж может медленно прогреваться, но его массивные элементы должны накапливать тепло и не позволить ему мгновенно остывать при плановом или нештатном отключении подачи тепла. Зато, если ограждающие конструкции утеплены, система рекуперации работает правильно, то электрокотлы и кабельные теплые полы не окажутся разорительными, а перебои с подачей электроэнергии не приведут к авариям. Современные системы отопления комплектуются не традиционными радиаторами, а такими, которые способны эффективно работать при низких температурах теплоносителя (до 55 C), либо водяными (точнее, жидкостными) «теплыми полами».

Домовладелец, являющийся сторонником такого подхода к стройке, снижает свою зависимость от конъюнктуры рынка энергоносителей, получая в виде «бонуса» широкие возможности инсталлировать в систему элементы автоматики и разные типы отопительных приборов – основных, резервных и вспомогательных. Он может получать тепло и от электрического бойлера, и от теплового насоса, и от котлов со сменными горелками для разных видов топлива (в том числе, конденсационных, высокий КПД которых обеспечивается именно в системах с низкой температурой теплоносителя). Для сглаживания перепадов температур системы с котлами периодического действия рекомендуется оснащать дополнительными тепловыми аккумуляторами.

В качестве вспомогательного источника тепла в систему се чаще встраиваются уже упомянутые нами солнечные коллекторы, но пока не в России, а в Европе. По данным прибалтийских проектировщиков, использование солнечной энергии в климатических условиях, близких к нашей средней полосе, позволяет снизить годовой расход энергии на отопление и подогрев воды для бытовых нужд на 30-40%. По всей видимости, грядущий рост тарифов в обозримом будущем сделает солнечный коллектор (а он может встраиваться в существующую низкотемпературную отопительную систему), выгодным приобретением и для российских домовладельцев.

Под управлением автоматики

В традиционном доме мы сами «управляем» климатом: то подбрасываем дрова в печь, то открываем окна, проделывая все это на основании субъективных ощущений «холодно - тепло». При этом значимая статья расходов, связанная исключительно с человеческим фактором, – «забывчивостью» хозяев, которые, покидая дом, оставляют открытыми окна, либо, не переводят системы отопления в экономичный режим.

Важная составляющая инженерной начинки дома, претендующего на низкие энергозатраты, - системы домашней автоматики, дающие возможность раздельного управления климатом в помещениях. Такая автоматика, в соответствии с заданными инсталляторами сценариями, не допустит «борьбы холода с теплом», позволит избежать «перетопа», вовремя переведет коттедж в экономичный режим эксплуатации, а также быстро вернет любое помещение в «жилое» состояние по приказу хозяина.

В этом случае домовладельцу останется подбросить дров в камин в гостиной (а какой же загородный дом без камина), но только лишь для того чтобы полюбоваться игрой пламени за стеклом.

Текст Филиппа Урбана