Инженерное обеспечение индивидуального жилого дома: концепция «активный дом» в формате энергополиса

Ю.Н.Бойков, к.т.н., почетный энергетик России.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ: от нефти и газа к энергополисам

С началом нового века Россия вступила в полосу подъема индивидуального жилищного строительства. Процесс в основном стихийный, идущий снизу, определяющийся мощным внутренним спросом на качественные условия проживания, недоступные в рамках существующих жилищных хозяйств. Основа и двигатель этого процесса — финансовые возможности граждан.
Параллельно растет уровень кризисности проживания в большинстве малых и больших российских городов, структура и качество жизненного пространства которых не способна адекватно реагировать на стремительное изменение условий жизнедеятельности характерных для 21-го века.
Российские власти, понимая важность задачи, на уровне национального проекта обозначили вектор движения. В ноябре 2004 г. при поддержке Национального инвестиционного совета создано ОАО «Национальная жилищная корпорация» со следующими задачами:

создание доступных условий для приобретения комфортного жилья для граждан России со средним уровнем доходов с ориентацией на малоэтажное строительство,
создание соответствующих финансовых механизмов,
снижение стоимости строительства жилых объектов,
использование технологий каркасного и объемно-модульного деревянного домостроения, хорошо апробированного в Северной Америке и Европе.

В рамка этой работы обозначены ключевые параметры каркасного (деревянного) жилого дома.
Себестоимость строительства — 250 - 300 $/м2 без учета стоимости земли и инженерных коммуникаций.
Затраты на инфраструктуру — правоустанавливающие документы, внутренние инженерные сети, благоустройство территории, «среды загородного обитания», это еще 70 — 100 $/м2.
Главная проблема, с которой столкнулась компания — конечная стоимость земли, официальная + неофициальная, это порядка 300 – 500 $/м2, т.е. конечная цена практически удваивается.
Дополнительное обременение — подключение региональных сетей инженерного обеспечения (электроснабжение, газ, водопровод, канализация, связь). Эти затраты тянут еще на 50 — 200 $/м2.
Главные выводы авторов проекта:

государство должно взять на себя затраты на землю и инфраструктуру,
рентабельность подрядчика – строителя не должна превышать 20%,
ипотека должна стать доступной для широкого круга россиян.

К перечисленному следует добавить:

введение федерального стандарта энергоэффективности нового жилищного строительства и регламента его реализации, авторы ФЗ «О энергосбережении» сделали шаг в этом направлении, но очень робкий.

Массовое стремление наших сограждан к индивидуализации жилья — естественный процесс, давно идущий в современном мире и нашедший оптимальные формы развития в формате агломераций, покрывающих почти всю Европу, уже аккумулировавших в свои границы треть населения США.
Частный дом по определению рационален и поэтому в последнее десятилетие для него становится все более востребованной концепция «пассивного дома», широко распространенная в странах развитых агломераций и включающая в себя пакет интегрированных инженерных решений,
позволяющих обеспечить здоровую, комфортную и безопасную среду обитания при минимуме обратной реакции на окружающую среду. Речь идет как о минимизации потребления энергоресурсов из вне, так и о минимальном уровне наружных выделений, т.е. минимуме внешнего потребления электроэнергии, углеродного топлива, воды и соответственно загрузке наружных канализационных систем, выделении мусора, шума, СО2 и т.п. Эффект достигается не только снижением энергопотерь, эффективным распределением и потреблением энергии, но и ее эффективным производством. В Германии уже появились поселки системно генерирующие электроэнергию в национальные сети.
Изложенное выше позволяет в рамках обозначенной концепции ввести понятие «энергополиса».
Под энергополисом мы понимаем организованное поселение, где появляется возможность оптимизировать границу между индивидуальными и коммунальными средствами жизнеобеспечения, минимизируя как удельные энергозатраты, так и их организационное и материальное обеспечение. Где энергоэффективность с максимальным эффектом проявляется в снижение интегральных потерь энергии, эффективном распределении энергии и ее потреблении.
Реализация такого рода интеграции в форматах мегаполиса или малого города требует существенно больших материальных затрат, упирается в барьер существующих стереотипов, одним из которых является сложившаяся структура системы ЖКХ.
Однако, и для мегаполисов и для малых городов эта концепция вполне жизнеспособна при рассмотрении вариантов формирования программ реконструкции ЖКХ, их развития в том или ином формате (моногород, агломерация и т.п.).
Депрессивный вектор движения большого числа российских городов, жилой фонд которых в значительной части состоит из морально и физически устаревших панельных пятиэтажек, имеющих удельные затраты на отопление в 5 — 10 раз выше технически необходимых — еще один аргумент в пользу энергополисов.
Индивидуализация жилья на базе концепции энергополиса позволит решить комплекс проблем, накопленных нашим обществом за прошедший век социальных потрясений и экспериментов, найти достойные ответы на вызовы настоящего времени, среди которых стремительный рост экологических угроз, постоянно увеличивающееся давление энергетических монополистов всех уровней, все отчетливее проявляющийся порог системной катастрофы сложившихся форм современной цивилизации.
Общенациональные задачи, действительно быстрое и эффективное решение которых возможно с использованием «энергополисов» в качестве инструмента уже декларированы властями России:

диверсификация энергетической базы страны и обеспечение энергетической безопасности (энергетическая стратегия России),
модернизация существующей структуры ЖКХ (концепция правительства РФ по реформированию ЖКХ),
создание агломераций, обеспечивающих современные стандарты проживания с одновременным эффектом кардинального снижения экологической нагрузки в районах традиционного проживания населения России (программа «Здоровье», Киотские соглашения и т.п.),
обеспечение высокоэффективным и доступным жильем бюджетников, ветеранов, молодые семьи, («Доступное и комфортное жилье – гражданам России»).
решение задачи быстрого строительства новых поселений на востоке страны.

Отложенный спрос на жилье в России оценивается в 1.5 — 3 млрд. кв.м. С учетом проблем аварийного, ветхого жилья, тех же пятиэтажек 50 — 60-х, эта оценка может быть скорректирована в большую сторону как минимум в два раза, что формирует мощную платформу внутреннего спроса (жилье, комплекс инженерных систем, дороги) на уровне 2 – 3 триллионов руб. в год на перспективу в ближайшие 20 лет. Каждый рубль из этой платформы способен генерировать как минимум 15-25 копеек в год уже в постоянном режиме.
В итоге это до 400 – 500 млрд. руб. в год после реализации проекта в национальном масштабе, что соответствует стоимости природного газа сбереженного в результате перехода к новым технологиям и произведенной в рамках энергополисов электроэнергии для реализации в национальные сети.
Сопутствующий эффект будет проявляться в качественно новом уровне инженерных услуг, так как формат энергополиса позволит отказаться от существующей системы ЖКХ.
Реальность решения обозначенной задачи можно проиллюстрировать следующими цифрами. Современный европейский завод (данные из Северной Ирландии) по производству каркасных домов имеет мощность 10 тыс. домов в год. При средней площади дома в 100 кв.м — это 1 000 000 кв.м в год или 3.33% площади жилых домов вводимых в среднем в год в России до 2008г. (30 млн. кв.м) .
Таким образом, всего 150 таких заводов, по два — три на каждый субъект Федерации, способны за 20 лет изменить облик страны.
Существенно отставая от западной цивилизации, Россия еще не успела наделать ее ошибок в формировании среды обитания, носящих системный характер. Одна из которых — неэффективная схема массового индивидуального строительства, породившая неподъемное бремя ипотечных кредитов в США, толкнувшее мир в глобальный финансовый кризис в 2008г. Именно такой результат заставил президента США в 2009 г. вновь вернуться к идее энергоэффективного индивидуального дома, идее, сформулированной на уровне национальной еще Б. Клинтоном в 90-х годах прошлого века.
Реализация концепции энергополисов — задача глобальная, позволяющая гармонизировать отношения человек — социум — природа, задача конкретная, с очевидными результатами как для отдельного человека, так и для всего населения Земли.
Умевший делать точные и дальние прогнозы Артур Кларк уже в 1990г. обозначил эту проблему как одну из самых приоритетных, при этом он указал 2045 год как крайний рубеж для решения задачи полностью автономного жилища. Анализ глобальных угроз современного мира позволяет снять всякие сомнения по поводу серьезности этого прогноза.

«АКТИВНЫЙ ДОМ» - инженерные решения

Введенное выше понятие энергополиса предполагает как следствие переход от концепции «пассивный дом» к более конструктивной, которую обозначим как «активный дом».
Важнейшая характеристика «активного» индивидуального жилого дома – кроме высокого уровня энергоэффективности, возможность производства «чистой» энергии с одновременным эффектом экологической санации окружающей природной среды, эффектом многократно усиленным форматом энергополиса.
Энергонезависимость энергополисов, далеко опережающая многоквартирное жилье, позволяет при масштабном строительстве пересмотреть глобальные требования к энергогенерирующим и сетевым энергетическим структурам, минимизировать зависимость от них, в целевой перспективе полностью отказаться от центрального энергоснабжения.
Интересен анализ динамики оценок энергоэффективности жилья в Германии за последние 25 лет. По стандарту, действовавшему в ФРГ до 1984 г., на отопление дома полагалось расходовать до 200 кВт час/м2 в год. Это эквивалент 20 литров дизельного топлива. В 1984 г. это значение было снижено до 150, а в 1995г. до 80 кВт час/м2. Современный немецкий стандарт «пассивного дома» - 15 кВт час/м2.
В домах, отвечающих концепции низкого энергопотребления, регулирующие правила Евросоюза предусматривали в 2005г. теплопотребление 70 кВт час/м2 год.
В сегодняшней Германии ни кого не удивить домом, отапливаемым тепловым насосом от геотермального источника (скважина) или от текущей рядом речки. Классический проект системы отопления частного дома, не содержащий элементов энергосбережения, в Германии не согласуют органы государственного надзора. Количество домов соответствующих стандарту «пассивного» уже в 2010 г. в этой стране достигнет 20%.
Для сравнения, лучшие российские показатели имеет г.Москва, удельные затраты на отопление и вентиляцию здесь согласно отчетам Московских властей - 95 кВт/м год. В таком относительно благополучном российском мегаполисе как Самара – эта оценка лежит на уровне 350 – 400 кВт час/м2 в год. Для малых городов России характерным является диапазон от 600 до 1100 кВт/м2.

Инженерные решения

Ниже остановимся более подробно на инженерных решениях, позволяющих уже сегодня строить полностью энергонезависимые индивидуальные дома.

Архитектурная разработка

Сразу отметим, что это отдельная и большая тема, которой занимается большое число специалистов – архитекторов. Для решения вопросов энергоэффективности на этапе архитектурной разработки важно учесть как минимум следующее:
- при формировании объемных решений минимизировать площадь наружных ограждений,
- объемные решения не должны противоречить возможности использовать максимально энергоэффективных ограждающих конструкций,
- предусмотреть светопроникающее ограждение, окна, витражи прежде всего с солнечной стороны,
- максимально использовать зоны контролируемой воздушной теплоизоляции, атриумы, воздушные «подушки» и т.п.,
- оптимально вписать в архитектурные решения дома зоны размещения солнечных батарей,
- в ходе ландшафтного проектирования предусмотреть возможность укладки трубного поля или установки термозондов для тепловых насосов, рациональное размещение септиков и газгольдеров.

Материалы ограждающих конструкций

Возможности по повышению энергоэффективности дома за счет грамотного выбора ограждающих конструкций проиллюстрируем на конкретном примере.
Рассмотрим каркасный дом мансардного типа на 100 кв.м. из фибролитовых панелей (фото).

На приведенной ниже схеме показан стандартный разрез стены этого дома, который ниже будем обозначать как типовой дом (ТД) .
Окна типового дома реализуются в стандарте REHAU Clima-Design [2], специально разработанным для пассивных домов и имеющим коэффициент теплопроводности = 0.71 Вт/м2 гр.С.

Распределение тепла внутри дома возможно как с помощью воздуха, например, через внутренние блоки тепловых насосов типа воздух-воздух, так и при помощи панельно-лучистого способа, вариант – «теплые полы», позволяющего реализовать параллельную генерацию тепла от водяного внутреннего блока теплового насоса и БИО-котла.

В таблицу сведен расчет теплопотерь с ограждающих конструкций ТД.

Тип конструкции	Коэф.теплопередачи,Вт/м²гр.С	Теплопотери, кВт
Стены	0.21	1.2
Пол	0.32	0.3
Потолок	0.4	2.1
Окна	0.71	0.33
Контролируемая инфильтрация воздуха с учетом использования рекуператора,120 куб.мчас		0.96
Всего		4.89

Из приведенного примера видно, что для отопления и вентиляции 100 м2 общей площади типового жилого дома требуется около 5 кВт тепловых мощностей.

Инженерные системы

Система отопления

Центральный вопрос при выборе системы отопления – сочетание возможностей использования вторичных источников тепла, фотогальваники и традиционных систем, работающих на углеводородном топливе.
Если район газифицирован, то традиционным является выбор традиционного отопительного оборудования на природном газе. Однако как это отмечалось выше подключение к сетям газоснабжения как правило сопровождается пакетом обременяющих условий.
Если выбран вариант отопления на природном газе, оптимальной структурой системы на наш взгляд является комбинация, включающая систему «теплый пол» для многофункциональных зон дома, холл, гостиная и т.п., теплоснабжение которой осуществляется от газового котла и газовые конвекторы. Эта комбинация универсальна для эффективного решения как инженерных, так и архитектурно-дизайнерских задач.

Газовые отопительные конвекторы (ГОК) фронтального типа предназначены для отопления жилых, административных, производственных, складских и прочих помещений: квартир, коттеджей, офисов, торговых павильонов, гаражей, мастерских и т.п.
Принципиальными отличиями ГОК от классических отопительных систем, работающих на газе, высокая экономичность, комфорт и безопасность.
Тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании газа, передается непосредственно воздуху отапливаемого помещения (отсутствуют промежуточные теплоносители), при этом Воздух, необходимый для горения газа, забирается снаружи; продукты горения выводятся наружу. При этом продукты горения охлаждаются входящим воздухом, что позволяет снизить потери тепла с отходящими газами.
Температура воздуха в помещении задается и автоматически поддерживается с помощью встроенного термостата, легко достижимы индивидуальные температуры в различных помещениях.
ГОК не требует электропитания, что обеспечивает надежное теплоснабжение объекта вне зависимости от его электроснабжения.
Многофункциональный газовый клапан обеспечивает: прекращение подачи газа при погасании запальной горелки и при отсутствии тяги в дымоходе.
ГОК не боится замерзания.

Схема установки

окно;
стена;
нагретый воздух;
ГОК;
подвод газа;
пол;
воздух для горения;
продукты сгорания.

Для нашего случая ТД в эконом-варианте достаточно установить поэтажно два газовых конвектора типа GWH-2 с суммарной мощностью 5,0 кВт и пиковым расходом природного газа 0.52 м3/час.

Тепловые насосы

В качестве реальной альтернативы системам на природном газу для ТД обозначим вариант комбинированной, бивалентной, системы:
- тепловой насос, питающийся от солнечного кремниевого коллектора,
- пиролизный котел на кусковом дереве с к.п.д. не ниже 90%.
Широко применяются тепловые насосы, работающие на низкопотенциальном источнике энергии, геотермальной, тепле канализационных систем, вентиляционных выбросов и т.п.. Эти системы вне конкуренции там, где нет природного газа. На 100% увеличились продажи тепловых насосов в Финляндии за последние 5 лет. В США каждый год вводится в эксплуатацию порядка 500 тыс. тепловых насосов (всего в эксплуатации около 10 млн.). В Швеции около 50% тепловой энергии получают от тепловых насосов. Главный источник – канализация и сбросные воды промышленных предприятий. В Германии в эксплуатации более 1 млн. тепловых насосов. На 2005 общая тепловая мощность действующих тепловых насосов более 250 ГВт с годовой выработкой тепла около 1 млрд. Гкал (около 143 млн. т.у.т.)

На картинке представлена схема отопления жилого дома на базе «теплового насоса».

Системы отопления, основанные на применении теплового насоса, отличаются экологической чистотой, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, они характеризуются экономичностью: при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии в зависимости от режима работы и условий эксплуатации он дает до 3—5 кВт тепловой энергии.
Среди достоинств теплового насоса указывают снижение капитальных затрат за счет отсутствия газовых коммуникаций, безопасность эксплуатации благодаря отсутствию взрывоопасного газа, возможность одновременного получения от одной установки отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования.

Вариантами для нашего ТД теплового насоса могут являться:

два серийных агрегата типа воздух-воздух компании MITSUBISHI ELECTRIC, модель MSZ - FD25 VAMUZ - FD25 VABH с теплопроизводительностью 1,5 – 5,5 кВт при потреблении 0,61 кВт электроэнергии. Установка поэтажная.
серийный агрегат типа рассол – вода (геотермальный) REHAU, модель GEO 5 C с теплопроизводительностью 5,4 кВт при потреблении 1,31 кВт электроэнергии.

Таким образом, для отопления нашего ТД площадью 100 м2 требуется 1,22 – 1,31 кВт электроэнергии при наружной температуре - 25^oС.
Уже имеющийся отечественный опыт показывает, что применение теплового насоса типа ZUBADAN класса воздух – вода позволяет выйти на удельную характеристику отопления 50 кВт/м2 год при финансовых затратах на отопления дома площадью 72 м2 в 2 – 4 тыс. руб. в месяц. Установленная мощность теплового насоса по теплу 8 – 11 кВт.

БИО-котлы

Интересен вариант комбинации БИО-котла с тепловым насосом, имеющим водяной вторичный контур. При этом внутренний блок теплового насоса, генерирует горячую воду в отопительный контур параллельно БИО-котлу, топить который целесообразно только при температурных минимумах.
Для нашего варианта ТД при использовании тепловых насосов типа ZUBADAN достаточно установить на первом этаже дома печь-камин мощностью 5 – 9 кВт, которая будет выполнять роль резервного источника тепла, гарантирует комфортные условия при падении наружной температуры ниже – 25 ^oС, обеспечит утилизацию всех углеродосодержащих бытовых и садовых отходов.
Современное положение на топливном рынке нельзя считать стабильным. Тенденции таковы , что в Европе природный газ теряет свои лидирующие позиции, вытесняемый источниками вторичного тепла , солнечной и БИО-энергетикой, которая давно заняла серьезную нишу в национальных энергетических балансах, поддерживается серийным выпуском необходимого оборудования, производством БИО-топлива в промышленных масштабах. Современный БИО-котел, см. фото, работающий на дровах, способен в автономном режиме, т.е. без загрузки топлива генерировать тепло до 8 часов с к.п.д. выше 90% и высочайшими экологическими характеристиками.
В Германии, Австрии, Чехии обычная практика – индивидуальные БИО-котлы мощностью 20 – 70 кВт, работающие на древесном топливе: поленья, брикеты, пелеты. Потребитель топлива подписывается на него как на газеты и получает регулярно, например, раз в неделю пластиковый мешок пелет. Эти системы существенно сокращают как финансовые затраты на топливо, так и вредные выбросы в окружающую среду. Более простые котлы имеют к.п.д. порядка 40%, требуют ручной загрузки топлива с периодом 1 - 3 часов, но способны работать на любых отходах древесины, «съедают» большую часть бытовых отходов: бумагу, пищевую упаковку и т.п. Даже в случае наличия природного газа комбинация газовой системы отопления с БИО-котлом позволяет существенно снизить затраты на отопление в целом, как на этапе получения технических условий, так и в процессе эксплуатации.
Комбинированная система отопления позволяет при помощи БИО-котла безболезненно пережить относительно краткие периоды низких температур, максимально загружая оптимально подобранную газовую систему в оставшееся время.

Система распределения тепла

Коротко остановимся на системе внутреннего распределения тепла типа «теплый пол/стена/потолок» , которая гармонично сочетается со схемой параллельной генерации тепла от котла (газовый, дровяной) и теплового насоса с водяным вторичным контуром.
Выделение тепла в нижней зоне помещения и его распределение по всей площади полов, см. ниже приведенную иллюстрацию, позволяет обеспечить здоровые климатические условия в сочетании с высокой энергоэффективность отопления. Современные технологии позволяют укладывать трубу отопительного контура в обычный лист гипсокартона, зашивая им стены или потолок.

Экономический анализ эффективности системы отопления

В основе проводимого нами экономического анализа лежит критерий стоимости владения системой отопления, который включает как стоимость системы на этапе строительства, так и стоимость ее эксплуатации, включающую затраты на топливо и обслуживание.
Рассматривается приведенный выше ТД площадью 100 м2. Мощность системы отопления 5 кВт. Приведенные ниже оценки содержит данные, полученные в Чехии и России. Для Чехии данные соответствуют 2010 г. Для России мы показываем динамику экономических оценок на интервале 2007 – 2010-2030 гг.
Учитывая высокую вероятность вступления России в ВТО, мы считаем прогнозные тарифы 2030г. на основании глобальных общемировых оценок, которые лежат на уровне 30% изменения мировой цены на нефть к 2030г.

Расчеты проведены с учетом следующих тарифов:

Топливо	Чехия, 2004г.	Россия, 2007г.	Россия, 2010г.	Россия, 2030г.
Электричество: ЕВРО/кВт час прямой нагрев, жидкий теплоноситель, тепловой насос	0,11	0,05	0,062	0,143
Жидк. топливо, ЕВРО/литр	1,5	0,48	0,50	1,95
Природный газ, ЕВРО/м³	0,21	0,05	0,057	0,27
Дрова, ЕВРО/кг	0,1	0,05	0,065	0,13

Амортизационные расходы для всех вариантов считаем эквивалентными, исходя из срока службы оборудования в 20 лет.
Анализ полученных оценок показывает:

рост тарифов на топливо в России будет продолжаться и приведет к существенному увеличению затрат на отопление,
заметную экономию можно получить, используя газовые конвекторы вместо традиционной системы с газовым котлом,
уже сегодня природный газ в России теряет свои конкурентные преимущества, к 2010-2011 гг. его цена по планам правительства РФ будет «равноконкурентной» с углем.,
БИО-котлы позволяют получить хорошие экономические характеристики системы отопления, независимость от энергетических монополистов,
экономически целесообразно применение тепловых насосов, при этом их кокурентноспособность будет расти с ростом тепловой эффективности.
100% энергонезависимость путем использования фотогальваники возможна технически, однако экономически проигрывает варианту теплового насоса при оценке на интервале 1 – 5 лет.
при учете стоимости подключения к газовым сетям система на тепловых насосах воздух-воздух почти в два раза экономичнее газовой,
даже в условиях отсутствия государственной поддержки внедрения солнечной энергетики «пассивная» система становится максимально эффективной в перспективе ближайших 20 лет,
динамическая оценка позволяет увидеть, что на интервале анализа лидерство переходит от БИО-системы к тепловым насосам воздух-воздух, а затем к «пассивной» системе.

Тип отопления	Потребление топлива за год. *		Эксплуатационные расходы,ЕВРО/год				Кап. затраты под ключ (с ГВС), ЕВРО		ИТОГО владение за 20 лет, ЕВРО
Тип отопления	Чехия	Россия	Чех.,2010	Рос.,2007	Рос.,2010	Рос.,2030	Чех.,2010	Рос.2010	Рос.,2007	Рос.,2010	Рос.2030
Прямой электронагрев	6667 кВт час	10000 кВт час	732	500	620	1430	2500	2000	12000	14400	30600
Электрокотел с жидким теплоносителем	6667 кВт час	10100 кВт час	565	505	626	1444	3500	3 334	13434	15834	32214
Котлы на жидком топливе	834 л	1250 л	1252	600	625	2438	3500	4000	16000	16500	50760
Тепловые насосы на удаляемом воздухе с тепловой эффективностью К=5	1334 кВт час	2000 кВт час	152	100	124	286	4968	3 312	-	5792	9032
Тепловые насосы с использованием тепла грунта. К=4	1668 кВт час	2 500 кВт час	190	125	155	358	12500	15000	-	18100	22160
Газовый котел	1041 м³	1560 м³	219	78	84	327	4 000	16250**	17810	17930	22790
Газовый конвектор	694 м³	1040 м³	146	52	59	218	2 000	14250**	15290	15340	18610
БИО-котел: дрова	2 301 кг	3 448 кг	230	172	224	448	5 000	6 000	9440	10480	14960
«пассивная» система	-	-	-	-	-	-	10000	12000	-	15000	6750***

* Разница в расходе тепла определяется разными климатическими условиями.
** Включает тех. условия на подвод газа.
*** Учитывает экономию сетевой электроэнергии.

По критерию владения на интервале 20 лет для нашего ТД интересна следующая комбинированная система отопления:

Тепловые насосы воздух – воздух типа ZUBADAN, суммарная теплопроизводительность 4 кВт при -25 ?С.
Печь-камин типа «Волга», тепловая мощность 9 кВт. Резервный источник при температурах ниже - 25 ?С.
Фотогальваническая система со средней производительностью 1 кВт час.

Электроснабжение и основные потребители

Эта система энергообеспечения жилого дома наиболее проблематична с точки зрения ее автономизации.
С одной стороны, изобретенные в 1839 г. фотоэлектрические системы, хорошо изучены, более 30-ти лет успешно используются для энергоснабжения космических объектов, абсолютно автономны. Важно, что в последние годы интерес к этим системам становится практическим и в области индивидуального домостроения.
Происходит это по той причине, что в развитых странах на государственном уровне находят организационно-финансовые механизмы, позволяющие осуществлять широкое внедрение солнечной энергетики, не смотря на то, что она остаются все еще достаточно дорогой.
Правительство Японии предлагает семье, приобретающей солнечную фотоэлектрическую батарею для электроснабжения своего дома ежегодную государственную дотацию, позволяющую уровнять затраты в сравнении с центральными системами электроснабжения.
Правительство Чехии дотирует на 100% инсталляцию солнечной батареи для частного домовладельца, давая ему возможность в течении 14-ти лет расплачиваться электроэнергией по фиксированному тарифу. Этот подход дал гигантский рост генерации электроэнергии от фотогальванических источников, вызвал необходимость ввода с 1 января 2010 г. ограничения на поставку электроэнергии в национальные сети по причине их технической неготовности их к приему такого количества электроэнергии.
Аналогичные схемы действуют в США и Германии.

На фото показано как выглядит автономная солнечная система электро-тепло снабжения, включающая кремниевый коллектор мощностью 6 кВт (расположен над террасой), производитель – компания MANDIK (Чехия) и жидкостной коллектор на 5 кВт (кровля), производитель BUDERUS.
Дом расположен в Праге. Эксплуатация систем начата в ноябре 2009 г. Полученный опыт показал, что установленного оборудования достаточно для покрытия потребностей дома в электроэнергии круглый год, горячее водоснабжение от жидкостного коллектора осуществляется все месяцы за исключением трех зимних.

Освещение

Люминисцентные бытовые лампа и светильники широко представлены на нашем рынке. При одинаковом световом потоке с лампами накаливания они потребляют в 5 – 10 раз меньше электроэнергии имеют в 10 раз больший срок службы.

Кухонная и другая бытовая техника

Класс энергопотребления стал обязательной технической характеристикой для холодильников и стиральных машин. Задача потребителя – разобраться в предлагаемом спектре оборудования и сделать правильный выбор.

Система вентиляции

Ощутимый прогресс в повышении качества теплоизолирующих свойств ограждающих строительных конструкций уже сегодня позволяет считать соизмеримыми потери собственно на отопление дома и на компенсацию потерь тепла с удаляемым системой вентиляции воздухом.
При этом те же факторы, качественные ограждающие конструкции, делающие здание практически непроницаемым для воздуха, а также загрязненный наружный воздух в современных городах приводят к необходимости инсталляции эфффективных вентиляционных систем в жилых домах.
Одним из вариантов реализации вентиляции жилого дома любой сложности и размеров являются приточно-вытяжные системы.
Современная приточно-вытяжная установка с рекуператором позволяет до 80% тепла из удаляемого воздуха вкладывать в воздух приточный.
Хорошо показывают себя в наших климатических условиях приточно-вытяжные установки типа LOSSNEY (производитель MITSUBISHI ELECTRIC).
Опыт реализации систем вентиляции на базе ПВУ LOSSNEY показывает, что в зависимости от интенсивности зимней эксплуатации они либо вообще не требуют установки подогревателя воздуха, например режим загородного дома, либо позволяют снизить мощность такого нагревателя в 2 – 3 раза.
Эти ПВУ неприхотливы в эксплуатации, требуют лишь периодической очистки фильтров. Широкий номенклатурный ряд ПВУ LOSSNEY с производительностью от 100 м3/ч до 2000 м3/ч дает возможность построения поэтажных систем, обеспечивая простоту реализации вентиляции дома в целом, гибкость при ее эксплуатации.

В летнее время использование вентиляции с рекуперацией позволяет снизить установленную мощность систем кондиционирования на 30%, соответственно снижается и электропотребление этих систем.
Многолетний опыт реализации систем вентиляции на базе ПВУ LOSSNEY показывает их высокую надежность и эффективность. Эти системы успешно работают как в городских квартирах, так и в пригородных коттеджах. Очень хорошо они зарекомендовали себя и на более крупных объектах.

Большой интерес представляют варианты, предполагающие использование инфильтрационных воздушных клапанов, встроенных в конструкцию оконных рам [6] или автономных, встроенных в стену здания и регулируемых в функции ветрового давления на окно или системы побуждаемой вентиляции в вытяжных каналах санузлов. Эти варианты существенно дешевле.

Кондиционирование

Этот вопрос решается автоматически для случая использования теплового насоса.
Функции кондиционера можно успешно делегировать тепловому насосу.
Однако в рамках концепции «пассивного дома» для климатических условий средней полосы России на наш взгляд оптимальные климатические решения лежат прежде всего в плоскости архитектурных решений. Принцип «новое – это хорошо забытое старое» здесь весьма кстати.

Водоснабжение и канализация

Наиболее интересна с точки зрения концепции «пассивного дома» на наш взгляд система дождевого водоснабжения, разработанная немецкой фирмой WILLO.
Эта система включает в себя кровельные водосборники, объединенные с емкостью, объем которой определяется интенсивностью водопотребления. Наиболее рационален накопитель с недельным ресурсом, так как с таким графиком водосбора вода не успевает зацвести. Дождевая вода отличается высокими химическими характеристиками и как правило требует только дополнительной очистки от микробов и механических взвесей. Эта очистка превосходно реализуется мембранным фильтром
Ресурс дождевой системы покрывает не только санитарно-технические потребности дома, но и нужды садового участка.
Традиционные сегодня скважины с забором воды с глубины 5 – 100 м на наш взгляд менее эффективны как по стоимости, так и по качеству воды, отличающейся высокой жесткостью и содержанием железа и требующей, как правило, глубокой очитки.
Автономное водоснабжение хорошо дополняется автономной канализационной системой. Широкий выбор систем автономной очистки позволяет выбрать оптимальное решение практически для любой конкретной задачи.
На ряду с вопросом стоимости системы и ее монтажа следует оценить с учетом характера грунта вариант отвода или использования очищенной воды (рельеф, поглощающий колодец, придорожная дренажная канава и т.п.). важным является вопрос о энергозависимости системы, требования к ее обслуживанию. На наш взгляд интересны системы типа TOPAS и БИОКСИ, разработанные в Чехии и широко апробированные в России. Эти системы учитывают особенности нашего климата, неплохо справляются с фекальным сбросом включающем туалетную бумагу, сбросом от стиральной машины (исключаются хлоросодержащие моющие средства), неприхотливы в обслуживании, позволяют использовать очищенную воду для полива.

ГВС

Это один из самых емких секторов энергопотребления. Традиционные варианты подготовки горячей воды – проточные и аккумулирующие газовые или электрические нагреватели весьма эффективно дополняются солнечными водяными коллекторами. Несмотря на холодные зимы, для России этот вид нагревателей очень перспективен и на сегодняшний день недооценен. Даже при низких наружных температурах возможно использование солнечных коллекторов, так как солнечные лучи проникают через тучи. В приведенной ниже таблице показана эффективность солнечных водяных коллекторов для Германии.

Месяц	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12
Эффективность, %	14	48	70	89	100	100	100	100	92	60	17	6

С учетом последних изменений климата для средней полосы России эти данные не будут слишком отличаться.