Энергоэффективные здания для села из местных строительных материалов
После известного энергетического кризиса 1973 — 1974 гг. в развитых западных странах начались интенсивные работы по тотальному повышению энергоэффективности во всех сферах экономической деятельности. В это же время специалисты Международной энергетической конференции ООН (МИРЭК) заявили о том, что современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности формирования их теплового режима, а проектировщики не умеют оптимизировать потоки тепла и массы в ограждениях и здании. В докладе специалистов МИРЭК была сформулирована главная идея экономии энергии: энергоресурсы могут быть использованы более эффективно благодаря мерам, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения, т. е. использованы с минимумом изменений привычного образа жизни.
Расход тепловой энергии по типам зданий в России и Германии
Индивидуальный жилой |
Годовой |
Удельный расход |
Расход |
Германия |
|
|
|
Старое строение |
300 |
136 |
4200 |
Типовой дом 70-х гг. |
200 |
91 |
2800 |
Типовой дом 80-х гг. |
150 |
68 |
2100 |
Дом низкого |
0-70 |
14-32 |
420-980 |
Дом ультранизкого |
30-15 |
14-7 |
210-420 |
Современный пассивный дом |
менее 15 |
менее 7 |
0 |
Россия |
|
|
|
Дома старой постройки |
600 |
125 |
8400 |
Постройки в соответствии |
350 |
73 |
4900 |
Дом низкого |
60-150 |
13-31 |
840-2100 |
Дом ультранизкого |
15-60 |
3-13 |
210-840 |
Пассивный |
менее 15 |
менее 3 |
0 |
К настоящему времени в западных странах уже пройден этап первоначальных поисковых разработок, экспериментального строительства и опытной эксплуатации энергоэффективных зданий и практически решается задача перехода к массовому строительству таких зданий в качестве стандартных. Для этого уже производятся необходимые материалы и компоненты инженерных систем жизнеобеспечения, а также разработаны методы проектирования. Параллельно неуклонно ужесточаются нормативные требования к энергопотреблению вновь строящихся и реконструируемых зданий.
Для России переход к строительству энергоэффективных зданий особенно актуален из-за более холодного, сравнительно с другими странами, климата. Такой показатель как ГСОП (градусо-сутки отопительного периода —объективная характеристика степени суровости климата, пропорциональная энергозатратам на отопление) в Западной Европе составляет в среднем 2000, в средней полосе России — 5000, в обжитых районах Сибири — 6000 — 8000, с рекордным значением в Оймяконе — 12 045 градусо-дней.
В Европе к настоящему времени, сложилась классификация зданий по энергоэффективности, в нее входят дома низкого энергопотребления (ДНЭ), дома ультранизкого энергопотребления (ДУЭ) и пассивные — не нуждающиеся в отоплении. В таблице приведены количественные критерии отнесения зданий к той или иной категории и соотношение теплоэнергетических характеристик малоэтажных зданий различной степени энергоэффективности в Германии и России. Климатические условия Германии можно считать средними для западноевропейских стран. При составлении таблицы были приняты ГСОП для Германии 2200, для России — 4800 (Подмосковье). В последней графе таблицы приведены примерные расходы энергоносителей за отопительный сезон в пересчете на жидкое топливо. Представление о теплотехническом качестве зданий дает третий столбец, в котором указан расход энергии в расчете на одни градусо-сутки. Как видно, для старых зданий в России и Германии этот показатель отличается незначительно. В то же время из-за разницы в климате различия в суммарном теплопотреблениии за сезон различаются в несколько раз (второй и четвертый столбцы).
Из данных таблицы следует, что резервы снижения потребления энергии зданиями весьма велики. С технической и экономической точек зрения сейчас вполне обоснованным является снижение энергопотребления зданий не на 20 — 40%, как иногда утверждается в отечественных публикациях, а многократное, на 80 — 90%. Попутно, без дополнительных затрат получается значительный экологический эффект за счет отсутствия выбросов аннулируемых энергогенерирующих мощностей.
В России в настоящее время вопреки общемировой тенденции продолжается массовое строительство энергорасточительных домов, в том числе и на селе. Это производится с прямым нарушением СНиП по теплотехнике, которые несколько лет назад были заметно ужесточены.
В сельском хозяйстве и коммунальной сфере значительная доля энергии затрачивается на энергоснабжение зданий. Так, только на тепловые процессы расходуется 30% от всей электроэнергии, потребляемой на селе. Переход к строительству на селе энергоэффективных зданий приведет к заметному снижению общего энергопотребления. Эффект сокращения уже на начальной стадии может быть оценен в 10 — 15%.
Существует большое разнообразие конструктивного исполнения энергоэффективных зданий. Их можно классифицировать по применяемым строительным системам (кирпич, дерево массив, каркас, панель и т.д.), по стоимости (дешевые, средние, дорогие), по степени энергоэффективности (дома низкого энергопотребления, ультранизкого, пассивные). Для современного российского села наибольший практический интерес представляют дешевые ДНЭ, имеющие, кстати, наилучшее соотношение цена — качество.
Такие дома чаще всего имеют стоечный деревянный каркас. Утеплитель подбирается из местных дешевых экологичных материалов. Это может быть костра льняная или конопляная, соломит, камышит и т.д. Внешняя отделка – штукатурка по фиброцементным листам или по сетке. Внутренняя отделка - штукатурка или гипсоволокнистые плиты. Крыша двускатная, развернутая к югу под оптимальным для установки солнечных коллекторов углом. Предусматриваются экономичные (10 долларов за м 2 ) солнечные водяные коллекторы конструкции Е.И. Широкова. Над первым этажом устраивается теплая мансарда. Внутренние инженерные системы (водопровод, отопление, вентиляция, электропроводка) комплектуются изделиями отечественного производства.
Тепловые солнечные водяные коллекторы конструкции Широкова имеют простейшую конструкцию и не боятся замерзания благодаря использованию в них пластиковых трубок. Из-за невысокого КПД они обеспечивают только горячее водоснабжение в теплый период года. При установке заводских коллекторов возможно частичное замещение отопительной нагрузки в осенне-весенний период. При этом можно обходиться без использования антифриза, применяя коллекторы с автоматическим сливом и заполнением водой.
Слой утеплителя отделяется от внутренней отделки паронепроницаемой мембраной, от внешней — гидроизоляционной. Соответствующие пленочные покрытия производятся отечественной промышленностью.
Утверждения о том, что дерево и другие органические строительные материалы недолговечны, не соответствуют действительности. Как показывает опыт, дерево в качестве строительного материала, с одной стороны, необычайно долговечно, с другой — чувствительно к условиям эксплуатации. Если происходит переувлажнение, то дерево, как и другие органические строительные материалы, может быстро сгнить. Если нет — может без ухудшения своих свойств служить сотни лет, превосходя по долговечности железобетон. То, что условия для длительной службы дерева в конструкциях зданий вполне достижимы и во влажном климате, демонстрирует наличие и в России, и в Европе сотен деревянных зданий, возраст которых исчисляется многими столетиями.
Исследования показывают, что если дерево не гниет, то его свойства практически не ухудшаются со временем. То же справедливо и для многих других органических материалов. Так, при исследованиях в США соломенных домов столетней давности случайно обнаружилось, что спрессованная солома, вынутая из стен, съедается коровами.
С другой стороны, нет никакого секрета в том, как предупредить переувлажнение дерева в конструкции дома. Для этого достаточно поставить изнутри достаточный паровой барьер, не создавать препятствий испарению влаги снаружи, вовремя чинить прохудившуюся крышу. Эти правила являются азами строительного дела. Подобным образом и против других видов биоповреждений органических стройматериалов имеются проверенные способы защиты.
Такие органические утеплители, как льняная или конопляная костра не поддерживают горения, солома средней степени прессования — соломит (200 —300 кг/м 3 ) также не горит. В отличие от соломита соломенные блоки от пресс-подборщика сами по себе горят, но, будучи закрыты специальной штукатуркой, проявляют очень высокую степень огнестойкости, превосходящую, по материалам американских испытаний, огнестойкость стальных конструкций. Поскольку штукатурка закрывает и деревянный каркас, описываемые дома оказываются в высокой степени пожароустойчивыми.
Для отопления могут применяться газовые котлы с водяным контуром или печи на различных видах топлива. Котлы и система отопления выбираются втрое-вчетверо меньшей мощности, чем для обычных домов. Это оказывается одним из факторов, удешевляющих строительство.
Строительная себестоимость таких домов составляет 140 — 160 долларов за м 2 , класс энергоэффективности — ДНЭ. Расход энергии на отопление ниже в четыре и более раз. Гигиенические условия в таком доме, вследствие более равномерного распределения температур, лучше, чем в других домах. Цена ниже в 1,5 — 2 раза, чем цена аналогичных по размерам кирпичных домов. Таким образом, возникает атипичная ситуация, когда новые дома оказываются более дешевыми и одновременно более качественными.
На фотографиях показаны каркасные сельские дома, построенные с использованием в качестве утеплителя ржаной соломы низкой степени прессования, полученной из под пресс-подборщика.
Проводившиеся неоднократно проверки этих домов, в том числе и после нескольких лет эксплуатации, показали их превосходные строительные и эксплуатационные свойства. Отзывы их хозяев были также положительными. Расход топлива на отопление сократился в несколько раз.
Дополнительным преимуществом описываемых домов является то, что в их конструкцию закладываются возможности их дальнейшего усовершенствования. Это означает, что по мере появления финансовых ресурсов степень энергоэффективности дома может повышаться установкой дополнительного оборудования с минимальными переделками.
По описываемой технологии могут строиться не только жилые и общественные здания, но и помещения для скота или склады сельхозпродуктов.
Дома, построенные по описываемой технологии, отличаются от получивших у нас известность так называемых канадских домов следующими качествами: