Низкоэнергетический дом характеризуется энергоэффективной конструкцией и техническими характеристиками, которые позволяют ему обеспечивать высокий уровень жизни и комфорт при низком потреблении энергии и выбросах углерода. Традиционные системы отопления и активного охлаждения отсутствуют или их использование вторично. [1] [2] Низкоэнергетические здания можно рассматривать как примеры устойчивой архитектуры . Низкоэнергетические дома часто имеют активную и пассивную солнечную конструкцию и компоненты, которые снижают потребление энергии домом и минимально влияют на образ жизни жильца. Во всем мире компании и некоммерческие организации предоставляют рекомендации и выдают сертификаты, гарантирующие энергоэффективность зданий, их процессов и материалов. Сертификации включают пассивный дом, BBC—Bâtiment Basse Consommation—Effinergie ( Франция ), дом с нулевым выбросом углерода ( Великобритания ) и Minergie ( Швейцария ). [3]
По состоянию на 2008 год только здания ответственны за 38% всех выбросов парниковых газов (ПГ) человеком, причем 20% приходится на жилые здания и 18% на коммерческие здания. [4] По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), здания являются сектором, который представляет наиболее экономически эффективные возможности для сокращения выбросов ПГ. [5]
В 1970-х годах исследования по низкоэнергетическим зданиям проводились в Дании , Швеции , Германии , Канаде и Соединенных Штатах . Внедрение стандартизированных концепций низкоэнергетических зданий развивалось по-разному в каждой стране. [6]
В конце 1970-х годов провинция Саскачеван заключила контракт с Исследовательским советом Саскачевана на проектирование и строительство пассивного солнечного дома, подходящего для экстремального климата канадских прерий , где зимние температуры могут опускаться до минус 40 градусов по Цельсию (-40°F). [7] Результатом проекта стало строительство Дома охраны природы Саскачевана в Реджайне в 1977 году группой под руководством инженера Гарольда Орра . [8] В рамках проекта были разработаны воздухообменник с рекуперацией тепла (HRV), рекуперация горячей воды и устройство с воздуходувкой для измерения герметичности здания — методы, которые стали обычными в зданиях с низким потреблением энергии в других частях мира. [9] Орр впоследствии применил многие из этих методов для модернизации существующих зданий с целью повышения энергоэффективности. [10] [11]
Спровоцированное в 1970-х годах первым энергетическим кризисом и растущим пониманием проблем окружающей среды, энергосбережение стало приобретать все большую важность в Германии. [12] В 1977 году был принят первый в стране стандарт строительства, связанный с энергопотреблением. Немецкий институт пассивного дома представил первый сертифицированный пассивный дом в 1990 году. Ежегодная потребность в отоплении была введена в качестве важного параметра третьим немецким постановлением о теплоизоляции (1995). Однако в 2013 году в Германии не было четких юридических требований к стандарту строительства с низким энергопотреблением. По словам Марии Панайотиду и Роберта Дж. Фуллера, определения, политика и строительная деятельность зданий с нулевым энергопотреблением должны быть четкими. [13] Директива Европейского союза по энергоэффективности требует, чтобы с 2021 года можно было строить только здания с низким энергопотреблением. [14]
Изменения в национальной политике произошли с мая 2015 года в Великобритании. Одним из наиболее значительных стал отказ от Кодекса устойчивых домов (CfSH) как системы оценки и поощрения улучшений в экологическом проектировании жилых помещений. [15] Это привело к отказу от схемы кодекса, которая предоставляла рамки уровней достижений и к которым проектировщики с низким энергопотреблением могли стремиться стремиться или превосходить. Хотя законодательство об энергосбережении все еще существует в строительных нормах , [16] не хватает подходящих стандартов, превышающих базовые нормы. В результате Стандарт пассивного дома может расширить свое влияние и воздействие на энергоэффективные дома. [17]
Интерес к зданиям с низким потреблением энергии возрос в Соединенных Штатах, в первую очередь из-за роста цен на энергоносители, снижения затрат на локальные системы возобновляемой энергии и растущей обеспокоенности по поводу изменения климата. Калифорния требует, чтобы все новое жилое строительство к 2020 году было нулевым по чистой энергии. [1]
Низкоэнергетические дома имеют широкое определение, но обычно известны как дома с более низким потреблением энергии, чем обычные здания, регулируемые национальным строительным кодексом. Термин «низкоэнергетический дом» используется в некоторых странах для определенного типа зданий. [18]
Низкоэнергетический дом — это ориентир, редко выраженный в фактических значениях (тепловая нагрузка или минимум отопления помещения). Пассивный дом — это стандарт, с конкретными рекомендациями по экономии тепловой энергии.
На одном конце спектра находятся здания с ультранизкими требованиями к отоплению помещений, которым требуется низкий уровень импортируемой энергии (даже зимой), приближаясь к автономному зданию . На противоположном конце находятся здания, где делается мало попыток снизить их требования к отоплению помещений и которые используют высокий уровень импортируемой энергии зимой. Хотя это может быть уравновешено высоким уровнем генерации возобновляемой энергии в течение года, это предъявляет более высокие требования к национальной энергетической инфраструктуре в зимний период.
Термин «дома с низким потреблением энергии» может относиться к национальным строительным стандартам. [19] Эти стандарты иногда стремятся ограничить энергию, используемую для отопления помещений , которое является крупнейшим потребителем энергии во многих климатических зонах . Другие виды использования энергии также могут регулироваться. История проектирования пассивных солнечных зданий дает международный взгляд на одну из форм развития и стандартов зданий с низким потреблением энергии.
Стандарты для зданий с низким потреблением энергии в Европе развивались по-разному в каждой стране, и нет общей сертификации или законодательства для зданий с низким потреблением энергии, действующего во всех государствах-членах ЕС. В качестве движения к сокращению потребления энергии и выбросов, общее законодательство, касающееся энергоэффективности зданий, Директива по энергоэффективности зданий (EPBD) была опубликована в 2002 году и вступила в силу в январе 2003 года. [20]
В проекте официального стандарта NS 3700 определены здания с низким потреблением энергии. Что касается энергоэффективности зданий, обсуждаются две альтернативы оценки их первичного использования энергии:
Дома с низким потреблением энергии определены в Национальном строительном регламенте Building Regulations 08 и делятся на два класса. Они регулируются в главе 7.2.4 регламента: Низкое потребление энергии.
Низкоэнергетические дома, сертифицированные RAL-GZ 965, имеют на 30 процентов меньше потерь тепла, чем регламентируется в EnEV, национальном строительном кодексе. Другие критерии влияют на изоляцию , герметичность и вентиляцию . Низкоэнергетические здания могут быть сертифицированы RAL-GZ 965 для планирования или строительства. [18]
Здания с низким потреблением энергии могут получить сертификацию Minergie , «знак качества для новых и отремонтированных зданий». Стандарт Minergie требует, чтобы здания не превышали 75 процентов среднего потребления энергии здания, а потребление ископаемого топлива не должно превышать 50 процентов среднего. [21]
Директива Европейского союза внесла ясность в вопрос о домах с низким потреблением энергии в Европе, а значительная часть дискуссий о зданиях с нулевым потреблением энергии в Северной Америке исходит от Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США (NREL). [22]
Программа Energy Star является крупнейшим сертифицирующим органом домов с низким потреблением энергии и потребительских товаров в США. Хотя дома, сертифицированные Energy Star, потребляют как минимум на 15 процентов меньше энергии, чем стандартные новые дома, построенные в соответствии с Международным жилищным кодексом, они обычно достигают экономии в 20–30 процентов. [23] В 2008 году Министерство энергетики США представило программу по распространению жилья с нулевым потреблением энергии по всей стране. [24]
Канадские строители могут использовать ряд стандартов, маркировок и программ сертификации для демонстрации высокого уровня энергоэффективности в данном проекте. К ним относятся:
В Британской Колумбии вышеуказанные программы соответствуют Кодексу BC Energy Step , провинциальному регламенту, стимулирующему (или требующему) уровень энергоэффективности в новом строительстве, выходящий за рамки базового строительного кодекса. Кодекс был разработан как техническая дорожная карта, чтобы помочь провинции достичь своей цели по строительству всех новых зданий с чистым нулевым потреблением энергии к 2032 году.
Энергоэффективное жилье влияет на качество воздуха в помещении . Герметичные дома будут задерживать загрязняющие вещества внутри себя, независимо от того, производятся ли они в помещении или на открытом воздухе, и приведут к увеличению воздействия на человека и потенциальным проблемам со здоровьем. [29] [30]
Энергоэффективный дизайн часто опирается на новые технологии и методы. Они могут создавать технические препятствия в дополнение к социальным, культурным и экономическим нетехническим препятствиям. [17]
Здания, спроектированные с учетом высокой энергоэффективности, не всегда соответствуют проектным целям; к такому разрыву в показателях приводят различные причины .
Проектирование зданий с низким энергопотреблением считается важным для поощрения эффективности использования ресурсов и сокращения глобального изменения климата , связанного со сжиганием ископаемого топлива . Проектирование включает в себя две общие стратегии: минимизация потребности в использовании энергии в зданиях (особенно для отопления и охлаждения) с помощью энергоэффективных мер (EEM) и принятие возобновляемых источников энергии и других технологий (RET) для удовлетворения оставшихся потребностей в энергии. EEM включают ограждающие конструкции зданий , внутренние условия и системы обслуживания зданий; RET включают фотоэлектрические или интегрированные в здание фотоэлектрические, ветровые турбины , солнечные тепловые (солнечные водонагреватели), тепловые насосы и централизованное отопление и охлаждение. Воздействия включают в себя затраты на жизненный цикл, воздействие на окружающую среду, а также проблемы изменения климата и социальной политики. [31] Лучшие проекты с низким энергопотреблением предлагают жильцам лучшую окружающую среду и более стабильный, контролируемый тепловой комфорт в дополнение к сниженным затратам на энергию.
Выбросы парниковых газов, связанные со строительством зданий, в основном происходят из:
Строительство, реконструкция и снос типичного здания в среднем приводят к выбросам 1000–1500 кг CO2 - экв/м2 ( около 500 кг CO2 - экв/м2 только при строительстве).
Стратегии, принятые для снижения выбросов парниковых газов во время строительства низкоуглеродных зданий, включают:
Сокращение потребления энергии более выгодно с экологической и финансовой точки зрения, чем увеличение производства на месте для достижения цели низкого потребления энергии. Чем меньше потребляет дом, тем меньшая система возобновляемой энергии требуется для достижения чистого нуля. Энергоэффективность всегда должна быть основной стратегией проектирования дома с низким потреблением энергии. [1]
Пассивное солнечное проектирование зданий и энергоэффективное озеленение поддерживают низкоэнергетический дом в сохранении и могут интегрировать его в район и окружающую среду. Следуя пассивным методам солнечного строительства , где здания имеют компактную форму для уменьшения площади поверхности и главные окна ориентированы на экватор (на юг в Северном полушарии и на север в Южном полушарии ), максимизируют пассивное солнечное поступление . Однако солнечное поступление (особенно в умеренном климате ) является вторичным по отношению к минимизации общих потребностей дома в энергии. При высоких температурах избыточное тепло может создавать некомфортные условия в помещении. Пассивные альтернативы системам кондиционирования воздуха, такие как вентиляция, зависящая от температуры, показали свою эффективность в регионах с потребностью в охлаждении. [32] Другие методы снижения избыточного солнечного тепла включают в себя brise-soleils , деревья , прикрепленные перголы с виноградными лозами , вертикальные сады и зеленые крыши .
Хотя дома с низким потреблением энергии могут быть построены из плотных или легких материалов, внутренняя тепловая масса обычно включается для снижения пиковых температур летом, поддержания стабильной температуры зимой и предотвращения возможного перегрева весной или осенью до того, как более высокий угол наклона солнца «затенит» полуденное воздействие стен и проникновение окон. Цвет наружных стен (когда поверхность позволяет выбор) отражение или поглощение зависит от преобладающей круглогодичной температуры наружного воздуха. Использование лиственных деревьев и настенных шпалер (или самоприкрепляющихся) лиан может помочь в умеренном климате.
Для минимизации общего потребления первичной энергии первыми решениями для дневного освещения являются пассивное и активное дневное освещение . Для дней с низким уровнем освещенности, недневных пространств и ночного времени можно использовать устойчивое проектирование освещения с источниками низкого потребления энергии (такими как стандартные люминесцентные лампы стандартного напряжения и твердотельное освещение со светодиодными лампами , OLED и полимерными светодиодами и низковольтными лампами накаливания , компактными металлогалогенными , ксеноновыми и галогенными лампами ).
Внешнее освещение безопасности и ландшафтное освещение на солнечных батареях с солнечными элементами на каждом светильнике или подключением к центральной солнечной панели доступны для садов и наружных нужд. Низковольтные системы могут использоваться для более контролируемого (или независимого) освещения, потребляя меньше электроэнергии, чем обычные светильники и лампы. Таймеры, датчики обнаружения движения и работы дневного света еще больше снижают потребление энергии и световое загрязнение .
Для домов с низким потреблением энергии предпочтительными являются бытовые приборы, прошедшие независимое тестирование энергоэффективности и получившие сертификационные знаки Ecolabel за сниженное потребление электроэнергии и природного газа, а также маркировку выбросов углерода при производстве продукции . Другими сертификационными знаками являются Energy Star и EKOenergy .
Здания
Воздух и температура
Солнечная
Устойчивость
Стандарты рейтинга энергопотребления
