н
экологичные
ПАССИВНЫЕ" СОИв
Кандидат технических наук В. Ю. ФРИШТЕР
За последние десять лет существенно возросли затраты на обогрев и охлаждение жилища из-за резкого подорожания энергоносителей. В нашей стране цена на энергоносители ещё не достигла европейского уровня, но в ближайшее время, после вступления в ВТО, видимо, будет постепенно приближаться к нему. Поэтому "пассивные" дома с ультранизким потреблением энергии становятся всё более востребованными.
Термин "пассивный" означает, что конструкции дома нагреваются напрямую солнечными лучами,аккумулируя тепло, утилизируются бытовые выделения тепла и используется энергия, вырабатываемая с помощью возобновляемых источников, - геотермальная, солнечная, ветровая и т.п. Общее потребление энергии на обогрев (охлаждение) дома в 3-5 раз ниже, чем в традиционных домах за счёт более мощной теплоизоляционной оболочки здания.
Впервые такие дома начали строить в Германии в 1990-х гг. В настоящее время ^ "пассивные" дома широко распростране-§ ны в Европе. В России строительство £ таких домов ведётся менее активно, и I тому есть несколько причин: во-первых, I существенно более суровый, чем в Евро-£ пе, климат (на основной части страны); | во-вторых, относительно низкие цены ® на энергоносители (газ), в-третьих, на-I личие устаревших строительных норм, | отстающих от европейских; и, в-четвёр-£ тых, что немаловажно, слабая экологи-I ческая грамотность населения. I "Пассивный" дом отличается от тра-^ диционного здания:
- значительно более существенной теплоизоляцией наружных огражда-
ющих конструкций (термосопротивление 10-12 м2 оС/Вт);
- наличием энергоэффективных окон с термосопротивлением более 1 м2 оС/Вт;
- наличием приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла (до 90%);
- правильными архитектурно-планировочными решениями дома, учитывающими расположение основных окон и, соответственно, жилых помещений на южную сторону, а вспомогательных комнат с меньшим остеклением (или без окон) на северную.
Экологичность здания оценивается в период его строительства (по расходу и характеристикам используемых материалов), в процессе его эксплуатации и по окончании срока службы в ходе дальнейшей утилизации. По своим эксплуатационным затратам "пассивные" дома значительно более экологичны, чем традиционные здания, поскольку они потребляют в несколько раз меньше энергии на отопление и вследствие этого оказывают значительно меньшее отрицательное влияние на состояние окружающей среды. Но при строительстве "пассивного" дома возрастает расход строительных материалов, и поэтому растёт отрицательное воздействие на окружающую среду. Оценить степень "экологичнос-ти" стройматериалов можно по затратам энергии на их производство, по эффективности их использования в конструкциях, затратам на исходное сырьё, транспорт, утилизацию, а также наличию отходов и выбросов.
Основные материалы для строительства дома можно условно разделить на две группы: конструкционные и теплоизоляционные. Анализируя конструкционные материалы по затратам
34
© В.Ю. Фриштер
энергии на их производство, можно заметить, что минимальные затраты -у дерева, максимальные - у железобетона (табл. 1). Поскольку древесина многократно превосходит другие материалы по данному показателю, то ей отдаётся предпочтение при строительстве экологичных зданий. Дерево напрямую поглощает солнечную энергию, "производя" конструкционный материал. При создании искусственных строительных материалов, например, цемента, все процессы очень энерго-затратны: добыча сырья в карьере, буровзрывные работы, дробление, обжиг, тонкий помол.
Человек с древних времён использует древесину для строительства жилья. По мере развития технологии обработки и распиловки древесины, конструкции домов из дерева изменялись - от бревенчатых срубов до каркасных зданий. Каркасное здание требует уже в несколько раз меньше пиломатериала, чем брусовой дом при той же площади.
С повышением этажности зданий изменились и требования к прочности материалов. Появилась необходимость в создании конструкций, например из кирпича. Прочность кирпича на сжатие составляет примерно 100 кг/см2. Чтобы достичь такой нагрузки (предельной
для этого строительного материала), нужно выложить стену высотой порядка 500 м, что близко к высоте Останкинской телебашни. Если же использовать кирпич в малоэтажном строительстве, то его прочность на сжатие используется на 1-2%, что крайне неэффективно. Однако при этом кирпич и бетон имеют прочность на разрыв в 25 раз меньше, чем у дерева (вдоль волокон она составляет 100 Мн/м2).
Для того чтобы дом тратил минимум энергии на обогрев или охлаждение, он должен быть хорошо изолирован. Сравнение теплопроводности разных материалов показывает, что нужную степень изоляции здания можно получить, используя теплоизоляционные материалы (ТМ) с коэффициентом теплопроводности около 0.04 Вт/м °С (табл. 2). Группа эффективных теплоизоляционных материалов с этой теплопроводностью в 3.5 раза лучше изолирует, чем дерево, в 5 раз лучше, чем поризованный кирпич, в 10 раз лучше, чем пустотный кирпич.
В "пассивных" домах используются большие объёмы эффективных теплоизоляционных материалов1, которые можно разделить на основные группы: 1) минераловатные и стекловатные
1 Thierry Gallauziaux et David Fedullo // Le Grand Livre de l'Isolation. Eyrolles. 2009.
Таблица 1
Расход энергии на производство конструкционных строительных материалов
Материал Затраты энергии кВт • ч/м3
Древесина 100
Поризованный бетон 300
Бетонный блок 700
Кирпич 1200
Пеностекло 1600
Железобетон 1850
ПВХ 13 000
Сталь 63 000
Алюминий 190 000
Таблица 2
Теплопроводность строительных материалов
Материал
Теплопроводность, Вт/м0С
Бетон 1.75
Поризованный бетон 0.3
Кирпич пустотелый 0.4
Кирпич поризованный 0.2
Древесина 0.14-0.12
Полистирол 0.04
Стекловата 0.04
Каменная вата 0.04
Целлюлозная вата 0.04
Полиуретан 0.03
плиты и маты; 2) пенопласты: пенопо-листирол, пенополиуретан, пеноизол; 3)вспученные природные материалы: пеностекло, перлит, вермикулит, пено-керамика и др.; 4) теплоизоляционные материалы из волокон растительного и животного происхождения.
Материалы первой группы получают путём расплава каменного или стеклянного сырья, и далее из этих волокон формируют плиты или маты различной плотности, при этом в процессе производства расходуется большое количество энергии. В качестве связующего компонента для плит используют полимеры, чаще всего синтетические фенолформальдегидные. Свойства плит и матов из минеральных и стеклянных волокон зависят, в частности, от их плотности, размеров волокна, количества связующего, способа формования и других особенностей.
Данные ТМ относятся, в основном, к группе негорючих материалов, хотя при высокой температуре синтетичес-
Рис. 1.
Подача эковаты в конструкции с помощью нагнетательной машины.
кое связующее выгорает, и плита рассыпается на отдельные волокна. При низких плотностях плиты и маты имеют очень большую сжимаемость под нагрузкой и высокую воздухопроницаемость. Если при эксплуатации конструкций водяные пары попадают в данный утеплитель, то, проходя через стену, конденсируются в воздушных порах, что приводит к резкому снижению теплопроводности материала. Поэтому обязательным условием применения минераловатных и стекловат-ных плит является устройство сплошной пароизоляции для предовраще-ния проникновения водяных паров из помещения внутрь стены. Устройство сплошной пароизоляции предотвращает в некоторой степени попадание в жилые помещения формальдегида, фенола и других вредных, канцерогенных веществ, выделяющихся в течение всего периода эксплуатации данных ТМ.
Материалы второй группы получают путём вспучивания и формования различных полимеров. Свойства материала зависят от рода полимера (полистирол, полиуретан, карбамидофор-мальдегид и др.), плотности и способа формования (экструзия или беспрессовый метод). Экструзионные пенопласты имеют, в основном, замкнутую пористость и, как следствие, низкую теплопроводность и водопоглощение. Пенопласты не экструзионные имеют более высокое водопоглощение и при увлажнении сильно увеличивают теплопроводность. Данные материалы, как правило, хорошо горят и при горении выделяют сильные отравляющие вещества (например, синильную кислоту). В течение срока эксплуатации пеноплас-ты, разлагаясь, выделяют токсичные и канцерогенные вещества, отрицательно воздействующие на здоровье человека. Происходит усадка материалов, причём скорость этих процессов постепенно затухает. Теплопроводность с годами также существенно увеличивается. Многие исследования показали, что материалы данной группы выдерживают лишь относительно небольшой срок эксплуатации (10-15 лет). Особенно
Рис. 2.
Строительство экологичного пассивного дома: толщина изоляции стен 40 см.
интенсивно старение полимеров происходит под воздействием солнечных лучей, а также при попадании на них паров растворителей.
Материалы третьей группы получают путём вспучивания природных минеральных веществ: вулканических стёкол, перлитов, глин и др. Это материалы не горючие и не гниющие (а пеностекло ещё и не поглощает влагу), хотя они имеют чуть более высокие показатели теплопроводности. Они не выделяют никаких вредных веществ при эксплуатации, но на их производство расходуется существенно большее количество энергии.
Четвёртая группа - так называемые "экологические теплоизоляционные материалы". Сюда входят материалы из распушённых растительных и древесных волокон: древесноволокнистые плиты, целлюлозная вата (эко-вата), маты из льняного, конопляного, кокосового, хлопкового волокна, а также овечья шерсть, утиный пух. Из всего разнообразия на нашем рынке, в основном, представлены первые три, а наибольшую популярность имеет целлюлозная вата (эковата), благодаря её уникальным свойствам и невысокой стоимости.
Целлюлозная вата имеет существенное отличие от минеральных волокон и пенопластов: она обладает свойством впитывать излишки влаги через капиллярные волокна и проводить её (влагу) сквозь стену к наружной поверхности здания. Воздушные поры при этом остаются сухими, тепло
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.