Проекты года. Энергоэффективный дом с безупречным микроклиматом

Подход, описанный во вступлении к статье, был выбран при проектировании энергоэффективного дома последнего поколения, построенного в 2019 году на территории Московской области. Дом имеет площадь около 400 м².

Ограждающие конструкции здания

Ограждающие конструкции дома спроектированы с использованием энергоэффективных материалов и решений:

• утепление фундамента — 200 мм XPS Ravatherm (под монолитной ж/б плитой);
• утепление стен — 150 мм XPS Ravatherm (снаружи стен из двойного керамического блока толщиной 380 мм);
• утепление мансардной крыши — 250 мм минеральной ваты (перехлёстное утепление);
• утепление чердачного перекрытия — 200 мм пеностекла и 50 мм XPS Ravatherm (перехлёстное утепление).

Весь утеплитель размещён снаружи конструкции дома и на стенах защищён лицевым кирпичом. Таким образом, основная кирпичная масса несущих стен дома оказывается внутри системы, напоминающей «термос». За счёт высокой теплоёмкости стен и перекрытий дневные и ночные колебания температуры сглаживаются, перенося дневное тепло на ночь, а ночную прохладу на день, что также повышает экономичность систем кондиционирования и отопления.

Высокоэффективные стеклопакеты

Первое стекло стеклопакета с технологией Pilkington Activ Suncool 70/40 обеспечивает самоочистку от грязи на весь срок службы стекла, а также пропускную способность света без допуска тепловой энергии от солнца внутрь помещений, что обеспечивает летнюю экономию на энергопотреблении кондиционеров. Два последующих стекла с покрытием К-Glass и использованием тёплых рамок защищают от утечек тепла из дома и дают экономию на отоплении в зимний период.

Входные двери с терморазрывом

Двери изготовлены из швейцарского непромерзающего профиля Jansen Schuco. Помимо теплоизоляционных свойств, они помогают избежать обледенения в периоды оттепелей и заморозков.

Инженерные системы здания

Наравне с энергоэффективными ограждающими конструкциями здания объект оснащён высокоэффективной системой вентиляции. Также крайне важным является и использование современных электронно-технических инженерных решений. Расскажем подробнее о системах, делающих данный объект уникальным.

Система охлаждения и кондиционирования воздуха

Реализована на базе потолочных и напольных фанкойлов, а также чиллера. Холодоносителем в системе кондиционирования является вода, а активным охлаждающим агрегатом — чиллер.

Данная система имеет следующие ключевые особенности:

1. Плавный пуск и регуляция за счёт того, что в фанкойлах установлены DC-двигатели вентиляторов с плавным управлением скоростью вращения (посредством внешнего сигнала 0–10 В), управляемые электронным термостатом. Такое решение позволяет устанавливать комфортную температуру с точностью до 0,1°C, а также уменьшить энергопотребление за счёт высокой точности.

2. Наличие дополнительного геоконтура. Геоконтур представляет из себя трубу ПНД диаметром 40 мм, заложенную в песочной подушке под фундаментом. Этот геоконтур является своеобразным аккумулятором холода: дополнительный холод будет браться из земли, а чиллер будет накапливать его в земле. Подобный аккумулятор холода очень эффективен благодаря тому, что температура земли на глубине стремится к значению +7°C. Благодаря геоконтуру обеспечивается дополнительная энергоэффективность.

3. Экологичный теплоноситель — в системе внутри дома нет сжатого фреона или других вредных газов, поэтому невозможна их утечка.

4. В отличие от традиционного фасадного монтажа сплит-систем, при данной системе не портится внешний вид здания.

Система отопления

Система отопления дома состоит из радиаторов и тёплых полов и работает от газового котла, который оборудован погодозависимой автоматикой. Температура теплоносителя в котле управляется автоматикой котла в зависимости от температуры воздуха на улице.

Система приточно-вытяжной вентиляции

Помимо системы, которая поддерживает точную температуру в каждом помещении, в доме также установлена система приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором тепла. Она обеспечивает чистый и свежий воздух в каждом помещении, а также оптимальный уровень влажности всех помещений.

Тепловые потери при использовании традиционных методов вентилирования воздуха (открытые окна или отдельные приточные установки) могут составлять до 40% от общих тепловых потерь здания. В случае энергоэффективного эко-дома тепловые потери сведены к минимуму, поскольку тепло выходящего, отработанного воздуха используется для подогрева входящего в дом воздуха.

Коэффициент полезного действия рекуператора тепла приточно-вытяжной установки составляет 80%, что означает экономию тепловой энергии на вентиляцию помещения до 80%. Этот показатель крайне важен для снижения эксплуатационных расходов в энергоэффективных зданиях.

В приточно-вытяжной установке также установлен теплообменник, который подогревает приточный воздух дополнительно, если не хватает тепла, полученного от отработанного воздуха. Он работает от газового котла. Электронный универсальный термостат управляет сервоприводом, который регулирует проток теплоносителя через теплообменник и таким образом управляет температурой приточного воздуха.

Очистка воздуха и удаление CO₂

Существует миф про «дышащий» деревянный дом — якобы дерево пропускает достаточное количество воздуха и «само» регулирует влажность. Но по-настоящему «дышать» с сохранением тепла или холода позволяет только дом с принудительной вентиляцией с рекуперацией тепла.

Помимо того, что эта система обеспечивает во всех комнатах воздух с концентрацией кислорода, близкой к уличной, она ещё и очищает его от весьма вредных примесей (пыли и взвешенных частиц), что возможно за счёт большого сменного фильтра в рекуператоре, который очищает входящий с улицы воздух.

Использование подобной системы приводит к тому, что необходимость в открывании окон для проветривания помещения отпадает. При установке современных качественных герметичных стеклопакетов в помещение не проникает уличный шум и пыль. А частицы органики и пыли, которые появляются в результате жизнедеятельности внутри дома, по крайней мере летом, очищает система кондиционирования — в каждом фанкойле также установлен воздушный фильтр.

Кирпичный массив несущих стен, как бы обёрнутый снаружи толстым слоем теплоизоляции, является не только аккумулятором дневного тепла/ночного холода, но и в определённой степени сглаживает колебания влажности.

В рамках данного проекта с помощью системы мониторинга качества воздуха IQAir AirVisual Pro были измерены количество вредных частиц и концентрация углекислого газа в воздухе. Для сравнения были проведены аналогичные измерения в СВАО города Москвы: в стандартной квартире (14 этаж, окна пластиковые, одно из них приоткрыто для вентиляции) и в офисном помещении того же района (третий этаж, рассохшиеся деревянные окна, одно из которых приоткрыто).

Энергоэффективный дом находится в том же районе, но за МКАД (расстояние между объектами 15 км).

Условные обозначения:

1. В левой части экрана прибора отображается концентрация взвешенных микрочастиц и пыли в воздухе [мг/м³]. PM2.5 — это крошечные частицы (0,1–2,5 мкм), которые наносят вред горлу и лёгким. Этот загрязнитель особенно опасен, поскольку его малый размер позволяет проникать из лёгких непосредственно в кровоток.

2. В правой части показана концентрация углекислого газа. Его высокий уровень означает, что в помещение необходимо обеспечить поступление свежего воздуха. В застоявшемся воздухе меньше кислорода, больше бактерий, частичек плесени и других вредных веществ.

3. В верхней части монитора отображается температура и влажность воздуха. По результатам измерений практически идеальный воздух можно наблюдать в эко-доме. В квартире, несмотря на приоткрытое окно, превышено содержание CO₂; концентрация вредных частиц в пределах нормы, что, возможно, объясняется высотой расположения квартиры.

В офисном помещении, наоборот, уровень кислорода в порядке (вероятно из-за сквозняков в окнах), а вот содержание вредных частиц немного превышено, что можно связать с невысоким этажом.

Идеальные показатели современного эко-дома обеспечены его конструкцией и системой управления климата с принудительной вентиляцией с фильтрацией и с рекуперацией тепла.

Тем не менее, при большом количестве гостей в кухне-гостиной показатели в этом помещении начинают ухудшаться и приближаться к показателям квартиры. Чтобы избежать этого, можно увеличить производительность вентиляционной установки (в стандартной режиме она работает вполсилы) или, что проще, включить кухонную вытяжку. Работает она бесшумно, а приток воздуха от рекуператора именно в гостиную зону увеличивается автоматически.

Система климат-контроля и управление приточно-вытяжной вентиляцией

Климат-контроль осуществляется с помощью современных электронных универсальных термостатов NUT MicroART. Это уникальное решение, когда регулирование всех трёх систем возможно с помощью одного прибора. При этом включение системы отопления или системы охлаждения происходит автоматически, в зависимости от заданной температуры.

Термостаты, установленные в каждом помещении, подключены к вентиляторам фанкойлов, к сервоприводам перекрытия хладоносителя в фанкойлах, а также к термоэлектрическим сервоприводам, которые установлены на коллекторе системы отопления. Каждый радиатор в каждом помещении при этом независимо подведён к коллектору.

Таким образом, система практически полностью повторяет систему климатконтроля в современных автомобилях.

Помимо этого, для управления температурой бассейна также используется универсальный электронный термостат.

Циркуляционный насос от основного коллектора системы отопления прокачивает теплоноситель в теплообменник, по которому протекает вода для фильтрации воды. Данный насос представляет собой отдельный отопительный контур, управляемый термостатом.

Управление и мониторинг работы системы климат-контроля всех помещений возможно осуществлять как вручную на каждом приборе, так и дистанционно из любой точки планеты с помощью смартфона, планшета или браузера на персональном компьютере.

Резервно-автономная система энергообеспечения

Основная задача резервной системы — полное обеспечение объекта электроэнергией на время отключения промышленной сети 220 В. Кроме того, используя подключение альтернативных источников энергии, с помощью инверторов обеспечивается подкачка вырабатываемой от солнца энергии в домашнюю сеть, а при необходимости — и во внешнюю промышленную сеть.

Эта функция снижает расходы на электроснабжение, а также позволяет увеличивать мощность пикового потребления на объекте.

Кроме того, эта система обеспечивает бесперебойность электропитания.

Солнечные панели установлены вертикально, что позволяет значительно уменьшить их загрязнение в осенне-зимний период. Часть массива ориентирована на 30° на юго-восток, другая, соответственно, на юго-запад.

Данное решение реализовано для того, чтобы сместить пик выработки с полуденного времени на начало и на конец дня, то есть сделать поступление солнечной энергии более равномерным. Солнечная энергия преобразуется двумя солнечными контроллерами КЭС и поступает на аккумуляторы и инверторы МАП, соединёнными на три фазы.

Мониторинг и управление осуществляется с помощью встроенных в инверторы МАП микрокомпьютеров, оснащённых специализированным программноаппаратным комплексом (ПАК) «Малина».

Это позволяет пользователю дистанционно (с планшета, телефона, персонального компьютера) получать данные о работе и управлять системой.

За счёт использования всех теплосберегающих и энергосберегающих технологий энергоэффективность данного инновационного для России объекта как минимум в два раза выше стандартных жилых домов, при строительстве которых не используются ресурсосберегающие материалы в необходимом количестве и не применяются соответствующие электросистемы.

Кроме того, в рассмотренном энергоэффективном эко-доме достигается практически идеальный климат с малым количеством вредных частиц и углекислого газа, а также с минимальными показателями пыли и шума.

Данные решения создают более здоровую и продуктивную среду для жизни и работы.