Мы пока еще не научились в полном объеме конвертировать огромную энергию солнечных лучей, но для того, чтобы ощутить исходящее от солнца тепло не нужно никаких технических средств. Рептилии, чтобы поднять температуру тела, подставляют свое тело солнечным лучам. Да, что там рептилии, мы сами норовим подставиться солнцу на прогулке в ясный зимний день, чтобы согреться. Если летом все стояночные места в тени занимаются в первую очередь, то зимой, наоборот, – автомобиль стараются поставить на солнышке. И даже если на улице мороз, то в салоне авто, пока на него попадают солнечные лучи, иногда бывает даже жарко. Так почему же принцип аккумуляции солнечного тепла не использовать при строительстве домов? Именно такой вопрос задавал себе Вольфганг Файст, которому и принадлежит идея «пассивного дома».
Еще каких-то пять лет назад словосочетание «пассивный дом» практически никто из отечественных архитекторов в серьез не воспринимал, однако уже сегодня этой идеей интересуются не только они, но и рядовые застройщики. И это понятно, ведь никому не хочется расходовать на отопление лишнее, если можно сэкономить. Однако надо понимать, что «пассивная» архитектура обойдется, примерно, на 8-10% дороже, чем традиционная. Именно эта «добавочная стоимость» и является тем самым камнем преткновения, который не дает нам раз и навсегда принять идею пассивного дома, т.к. речь идет о десятках тысяч долларов. Европейцев же в ней привлекает не только снижение расходов на отопление, но и возможность, сжигая меньше топлива, минимизировать вред окружающей среде. А еще они, как это не странно, не очень уверены в завтрашнем дне, и предпочитают пока есть возможность потратиться на энергоэффективные решения, нежели потом тратить большую часть своего бюджета на постоянно дорожающие энергоносители. Между прочим, при хорошей термоизоляции здания, применение пассивных систем дает до 50% экономии энергоносителей. Очень важную функцию при этом выполняет автоматика, управляющая системой отопления.
Архитектурные особенности энергосберегающего дома
Одним из основных условий выгодного использования солнечной энергии, является ориентация дома по сторонам света. Южная сторона здания имеет большую площадь остекления, а северная делается глухой и дополнительно теплоизолируется. Стандартная форма пассивного дома – это прямоугольная трапеция, в которой вертикальные противоположные стороны значительно отличаются по высоте. Та, что повыше – южная, а короткая – северная. Такая форма и расположение относительно сторон света позволяет не только больше аккумулировать солнечной энергии, но и способствует минимизации теплопотерь за счет снижения обдуваемости стен преобладающими зимой северными ветрами. При этом стена, обращенная на юг должна быть самой длинной. Допускается отклонение от оси юг-север в пределах 15°. Большее отклонение уже будет снижать количества полученного от солнца тепла. При этом лучше, если превышение рекомендованного отклонения будет в сторону запада.
Между тем даже точное южное направление длинной стены дома может не реализовать себя, если та затенена соседним зданием или какими-то сооружениями. Стену, которую нужно подвергнуть интенсивной инсоляции, необходимо расположить на максимальном расстоянии от соседних домов. В день, когда солнце находится ближе всего к горизонту (21.12), здание высотой 5 метров отбрасывает тень длиной 19 метров!
Для минимизации теплопотерь северная сторона дома не только имеет уменьшенную площадь и усиленную термоизоляцию, но и дополнительно защищается густыми зелеными насаждениями. К посадке деревьев вокруг дома подходят очень серьезно. Дело еще и в том, что большая площадь остекления, которая служит хорошую службу зимой, совершенно не нужна летом. Чтобы дом не перегревался, большие южные окна занавешивают или закрывают жалюзи. Неплохо высадить впереди лиственные деревья с таким расчетом, чтобы их густые кроны летом отбрасывали тень на инсолируемую часть дома. Зимой листья с них опадут и откроют путь солнечным лучам. А вот с северной, северо-западной и северо-восточной стороны лучше высаживать хвойные деревья и кустарники, которые пушистой хвоей образуют плотный противоветренный щит.
Архитектура энергосберегающего дома должна быть простой. Такое требование только на руку тем, кто желает сэкономить, поскольку любые изыски – это, прежде всего, материальные затраты. Желательно, чтобы крыша была односкатной либо двухскатной, но с соотношением длин скатов не более 1:5. Если дом располагается на склоне, то его имеет смысл частично заглубить с северной стороны, уменьшив тем самым площадь, через которую происходит утечка тепла. При этом наиболее рациональным с точки зрения энергосбережения является проект с жилой мансардой, нежели одноэтажный.
Большая площадь остекления фасада делается с расчетом на то, что внутри дома будет иметь место так называемый парниковый эффект. То есть, солнечные лучи, проникая сквозь прозрачную часть стены, станут разогревать поверхности, на которые они будут падать, а полученное таким образом тепло большей частью останется в помещении. Для существенного обогревающего эффекта необходимо, чтобы площадь остекления составляла 30-40% площади фасада. В этом месте возникает справедливый вопрос: а что, если в зимний день не будет солнца? Безусловно, в таком случае через остекление станет теряться драгоценное тепло, выработанное домашней системой отопления. Но тут есть несколько нюансов. Во-первых, даже когда солнца нет, часть солнечной энергии все же проникает в помещение, хотя и малая. Во-вторых, в пассивных домах обязательно предусматривают наружные жалюзи, которые значительно снижают теплопотери. В-третьих, стеклопакеты, устанавливаемые в пассивных домах, имеют пониженную теплопроводность за счет низкоэмиссионного покрытия.
Особое значение имеет угол, под которым солнечные лучи падают на теплоаккумулирующие поверхности помещения. Чем этот угол больше, тем больше инсолируется пол. Однако зимой, когда солнце невысоко поднимается над горизонтом, основной теплоаккумулирующей поверхностью становится стена. При этом необязательно, чтобы остекление доходило до самого низа, поскольку в таком случае теплопотери могут стать слишком большими.
Аккумуляция тепла
Тепловая энергия, которую несут с собой солнечные лучи, должна накапливаться в течение дня, и какое-то время, затем, отдаваться помещению. Иначе, как только солнце начнет садиться, вместе с ним так же быстро станет опускаться и температура. Тепловая энергия в данном случае может быть накоплена только предметами, имеющими высокую теплоемкость. Тем-то пассивный дом и отличается от обычного, что внутри него имеются специальные теплоемкие конструкции. К ним в первую очередь относятся массивные перегородки, расположенные в зоне инсоляции. Основной теплоаккумулятор пассивного дома – стена напротив остекления. Имеет смысл запроектировать ее несущей, т.к. необходимо, чтобы эта стена имела толщину 20-45 см. Кроме того, стену-аккумулятор нельзя термоизолировать, например, коврами и подобными покрытиями. Также она не должна быть заслонена мебелью или затенена комнатными растениями. В идеале, эта стена должна иметь твердую темную, и при этом матовую поверхность. Остальные стены помещения должны быть светлыми, чтобы отражать и рассеивать свет.
Основную теплоаккумулирующую стену нужно расположить на таком расстоянии от остекления, чтобы на нее как можно больше попадали прямые солнечные лучи (с учетом зимней траектории солнца). Надо сказать, что это изобретение уже давно испробовано и показало себя как эффективное средство получения бесплатной и экологически чистой тепловой энергии. В Европе сегодня большинство новых жилых домов строятся по типу пассивных.
Еще один вариант аккумуляции тепла – остекленная веранда, пристроенная к основному зданию с южной стороны. Идея похожая на предыдущую, но с той лишь разницей, что теплоаккумулирующей стеной является не внутренняя стена в помещении, а наружная. Она выступает своеобразным солнечным коллектором, отдавая одновременно тепло и веранде, и основному помещению, и мансарде.
Чтобы снизить потери тепла через остекление ночью, используются автоматические роллеты, создающие дополнительный термоизоляционный зазор. Это есть еще одна статья расходов, которая входит в те самые 8-10% увеличивающейся стоимости пассивного дома, по сравнению с обычным.
Не стоит недооценивать стеклянную пристройку. На первый взгляд может показаться, что это малоэффективное с точки зрения получения тепла сооружение. Однако если в такой пристройке установить максимум теплоемких объектов, то она превратиться в, своего рода, высокопроизводительный гелиоколлектор. Можно передавать тепло из веранды в другие помещения посредством организации перемещения воздушных масс через дверные проемы или специальные вентиляционные отверстия.
В качестве теплоаккумулирующих объектов могут быть использованы каменные плиты, галька, а также герметичные темные емкости с водой или минеральным маслом.
Внутренняя планировка пассивного дома
Основные принципы планировки пассивного дома, опираются на рациональность использования полученного от солнечной энергии тепла. Прежде всего, дом нужно разделить на температурные зоны. Потом в этих зонах следует распланировать помещения, с одинаковой или близкой эсплуатационной температурой. Так, например, вспомогательные помещения выносятся в северную (более холодную) часть, называемую буферной. Хорошо, если это будет гараж, котельная и кладовая. Спальни, спортзал, санузел можно расположить меду срединой и северной стеной дома, т.к. там достаточно умеренной температуры. А вот основные «дневные» помещения (гостиная, столовая, кухня, кабинет и т.д.) занимают южную часть дома. Остекленную веранду жилым помещением можно назвать лишь условно, поскольку летом там без интенсивного кондиционирования довольно жарко.
Итак, выше была описана основная идея получения дополнительного тепла от солнца пассивным домом. В заключение надо сказать, что реализована она может быть по-разному, однако сам принцип остается неизменным – получить тепло от солнечных лучей, накопить его и передать в помещения.
Автор текста: М. Тамилин
