Пассивный дом ( нем . Passivhaus ) — это добровольный стандарт энергоэффективности в здании , который снижает углеродный след здания . [1] Соответствие этим стандартам приводит к сверхнизкому энергопотреблению зданий , которым требуется меньше энергии для отопления или охлаждения помещений. [2] [3] [4] [5] [6] Похожий стандарт MINERGIE-P используется в Швейцарии . [7] Стандарты доступны для жилой недвижимости, и несколько офисных зданий , школ , детских садов и супермаркетов также были построены по этому стандарту. Энергоэффективность — это не приложение или дополнение к архитектурному проектированию, а процесс проектирования, который интегрируется с архитектурным проектированием. [8] Хотя он, как правило, применяется к новым зданиям, он также использовался для реновации.
В 2008 году оценки количества пассивных домов по всему миру составляли от 15 000 до 20 000 сооружений. [9] [10] В 2016 году во всем мире насчитывалось около 60 000 таких сертифицированных сооружений всех типов. [11] Подавляющее большинство пассивных домов было построено в немецкоязычных странах и Скандинавии . [9]
Термин «пассивный дом» имел по крайней мере два значения в литературе. Его более раннее значение, используемое с 1970-х годов, означало здание с низким потреблением энергии, спроектированное для использования пассивных солнечных технологий и создания комфортной температуры в помещении с низким потреблением энергии для отопления или охлаждения. В последнее время этот термин использовался для обозначения здания, сертифицированного на соответствие критериям стандарта пассивного дома, включая потребности в отоплении, охлаждении и первичной энергии в дополнение к герметичности, требованиям теплового комфорта и потребностям в энергии, не связанным с отоплением. [12]
Стандарт пассивного дома возник в результате беседы в мае 1988 года между Бо Адамсоном из Лундского университета в Швеции и Вольфгангом Фейстом из Института жилищного строительства и окружающей среды в Дармштадте , Германия . [13] Их концепция была разработана в ходе ряда исследовательских проектов при финансовой поддержке немецкой земли Гессен . [14]
Многие из ранних проектов пассивных домов были основаны на исследованиях и опыте североамериканских строителей 1970-х годов, которые в ответ на нефтяное эмбарго ОПЕК стремились строить дома, которые потребляли бы мало или вообще не потребляли энергии. [15] В этих проектах часто использовались большие окна с солнечным излучением , которые использовали солнце в качестве источника тепла. Однако суперизоляция стала ключевой особенностью таких усилий, как это было показано в Saskatchewan Conservation House в Реджайне , Саскачеван , (1977) и Leger House в Пепперелле, Массачусетс (1977). [16] Saskatchewan Conservation House был проектом Saskatchewan Research Council (SRC) с Гарольдом Орром в качестве ведущего инженера. [17] Команда независимо разработала воздухообменник с рекуперацией тепла, рекуперацию горячей воды и устройство с воздуходувкой и дверью для измерения герметичности здания. [18] Примечательно, что дом был спроектирован для экстремального климата канадских прерий от −40°C до +40°C . Домам SRC и Leger предшествовал дом Lyngby, Denmark (1975), разработанный Техническим университетом Дании , а несколько домов были построены между 1977 и 1979 годами на основе проекта дома Lo-Cal (1976), разработанного Университетом Иллинойса в Урбане-Шампейне . [19]
Термин «пассивный» частично можно отнести к Уильяму Шерклиффу , американскому физику, который внес вклад в Манхэттенский проект во время Второй мировой войны , а в 1970-х годах стал сторонником энергоэффективного проектирования домов:
Какое название дать этой новой системе? Суперизолированная пассивная? Суперэкономичная пассивная? Мини-нужная пассивная? Микрозагрузочная пассивная? Я склоняюсь к «микрозагрузочной пассивной». Как бы ее ни называли, у нее (я предсказываю) большое будущее.
— Уильям Шерклифф, [20]
Ранней книгой, объясняющей концепции строительства пассивного дома, была «Книга о пассивной солнечной энергии» Эдварда Мазрии, изданная в 1979 году. [21]
Окончательное строительство четырех рядных домов (террасных домов или таунхаусов) было спроектировано для четырех частных клиентов архитектурной фирмой Bott, Ridder and Westermeyer. Первые пассивные жилые дома были построены в Дармштадте в 1990 году и заселены в следующем году.
В сентябре 1996 года в Дармштадте был основан Passivhaus-Institut для продвижения и контроля стандартов пассивных домов. К 2010 году было построено более 25 000 пассивных домов. [1] [9] [22] Большинство из них находятся в Германии и Австрии , другие — в разных странах мира.
В 1996 году, после того как концепция была проверена в Институте в Дармштадте, с отоплением помещений на 90% меньше, чем требовалось для стандартного нового здания в то время, была создана рабочая группа по экономичным пассивным домам. Эта группа разработала пакет планирования и инициировала производство инновационных компонентов, которые были использованы, в частности, окон и высокоэффективных систем вентиляции. Тем временем, были построены дополнительные пассивные дома в Штутгарте (1993), Наумбурге, Гессене , Висбадене и Кельне (1997). [23]
Продукты, разработанные в соответствии со стандартом пассивного дома, были в дальнейшем коммерциализированы во время и после спонсируемого Европейским Союзом проекта CEPHEUS, который доказал эту концепцию в пяти европейских странах зимой 2000–2001 годов. Первый сертифицированный дом был построен в 2006 году недалеко от Бемиджи, штат Миннесота , в лагере Вальдзее немецкой языковой деревни Конкордия . [24] Первый проект США по пассивной модернизации, переделанный дом мастера О'Нила в Сономе, штат Калифорния , [25] был сертифицирован в июле 2010 года.
В Соединенных Штатах пассивный дизайн дома был впервые реализован Катрин Клингенберг в 2003 году, когда она построила прототип пассивного дома под названием «The Smith House» в Урбане, штат Иллинойс . [26] Позже, она и строитель Майк Кернагис стали соучредителями Лаборатории экологического строительства в 2004 году для дальнейшего изучения осуществимости доступного пассивного дизайна. [27] В конечном итоге это привело к созданию Института пассивного дома США (PHIUS) в 2007 году. [28] После этого PHIUS выпустил свой строительный стандарт PHIUS + 2015 и сертифицировал более 1200 проектов и 1,1 миллиона квадратных футов (100 000 м2 ) по всей территории Соединенных Штатов. [28] В 2019 году Park Avenue Green, жилой дом для малообеспеченных людей в Нью-Йорке, был построен по стандартам пассивного дома. Позже здание стало крупнейшим сертифицированным пассивным домом в Северной Америке. [29]
Первый пассивный дом в Ирландии [30] был построен в 2005 году Томасом О'Лири, дизайнером и преподавателем "пассивных домов". Дом назывался "Out of the Blue". После завершения строительства Томас переехал в здание. [31]
Первый в мире стандартизированный пассивный сборный дом был построен в Ирландии в 2005 году шведской компанией Scandinavian Homes [32] [33] , которая с тех пор построила еще больше пассивных домов в Англии и Польше . [34]
Первый сертифицированный пассивный дом в Антверпене , Бельгия , был построен в 2010 году. [35] В 2011 году Гейдельберг , Германия, инициировал проект Банштадт, который считался крупнейшим в мире районом строительства пассивных домов. [36] Компания из Катара спланировала первый в стране пассивный дом в 2013 году, [37] первый в регионе.
Самый высокий пассивный дом в мире был построен в районе Болуэта в Бильбао , Испания . Имея высоту 289 футов (88 м), в настоящее время это самое высокое здание в мире, сертифицированное по стандарту в 2018 году. Проект стоимостью 14,5 млн долларов, состоящий из 171 квартиры (включая девятиэтажный компаньон высотки), полностью состоит из социального жилья.
В 2019 году в Гаобейдяне (Китай) прошла 23-я Международная конференция по пассивному дому, а затем был построен жилой комплекс Gaobeidian Railway City, который, как сообщается, является «крупнейшим в мире проектом по строительству пассивного дома». [38] Китай занял лидирующую позицию в строительстве пассивных домов: 73 компании «производят окна по стандартам «пассивного дома»». [38]
Первый в Великобритании центр здравоохранения в пассивном доме в Фолсхилле был открыт в ноябре 2021 года. [39]
В то время как некоторые методы и технологии были специально разработаны для стандарта пассивного дома, другие, такие как суперизоляция , уже существовали, а концепция пассивного солнечного проектирования зданий восходит к античности. Были и другие предыдущие здания с низкоэнергетическими стандартами зданий, в частности немецкий стандарт Niedrigenergiehaus (низкоэнергетический дом), в дополнение к зданиям, построенным в соответствии со строгими энергетическими кодексами Швеции и Дании .
Стандарт пассивного дома требует, чтобы здание отвечало следующим требованиям: [40] [41] [42]
Удельная тепловая нагрузка источника отопления при расчетной температуре рекомендуется, но не требуется, чтобы она была менее 10 Вт /м 2 (3,17 БТЕ /(ч⋅фут 2 )).
Эти стандарты намного выше, чем дома, построенные по большинству обычных строительных норм. Для сравнений см. раздел международных сравнений ниже.
Предполагается, что национальные партнеры в рамках «консорциума по продвижению европейских пассивных домов» обладают некоторой гибкостью для адаптации этих ограничений на местном уровне. [43]
В США существуют две версии пассивного дома, продвигаемые двумя отдельными организациями: Институтом пассивного дома (PHI) и Институтом пассивного дома США (PHIUS). [44]
PHIUS изначально был аффилированным лицом и утвержденным тренером и сертифицирующим органом Института пассивного дома. В 2011 году PHI расторгла контракт с PHIUS из-за неправомерного поведения. [45] PHIUS оспорила претензии PHI и продолжила работу над запуском независимой программы по эффективности зданий.
В 2015 году PHIUS запустил свой собственный стандарт PHIUS+, который в первую очередь фокусируется на снижении негативных последствий строительных операций для любого типа зданий. Этот стандарт также использует наборы климатических данных для определения конкретных критериев эффективности зданий для разных регионов. Такая информация определяется с использованием показателей, которые представляют собой пространство, где значительное сокращение выбросов углерода и энергии пересекается с экономической эффективностью. [46] В целом, база данных PHIUS включает более 1000 наборов климатических данных для Северной Америки. [46]
Стандарт основан на пяти принципах: герметичность , вентиляция , гидроизоляция , отопление и охлаждение, а также электрические нагрузки. [47] В рамках этих принципов проекты должны пройти испытания на герметичность, вентиляционный поток, общий поток воздуха и электрическую нагрузку ; здания также должны соответствовать другим показателям, таким как материалы с низким уровнем выбросов, системы возобновляемой энергии, контроль влажности, наружная вентиляция, энергоэффективная вентиляция и оборудование для кондиционирования воздуха. [47] Все здания также должны пройти проверку на обеспечение качества и контроль качества — это делается для того, чтобы гарантировать, что здание продолжает соответствовать региональным критериям, установленным климатическими данными PHIUS. [47] Эти испытания и анализы рабочих условий проводятся оценщиками или верификаторами PHIUS. Это аккредитованные специалисты PHIUS, которые могут проводить испытания и проверки на месте, чтобы гарантировать, что новое построенное здание соответствует строительным планам, созданным энергетическим моделям и желаемым эксплуатационным условиям. [48]
Эти два стандарта (пассивный дом и PHIUS+) различны и нацелены на разные показатели эффективности, а также используют разное программное обеспечение и протоколы для моделирования энергопотребления.
В пассивных домах экономия средств от замены обычной системы отопления может быть использована для финансирования модернизации оболочки здания и системы вентиляции с рекуперацией тепла. Благодаря тщательному проектированию и растущей конкуренции в поставках специально разработанных продуктов для пассивного строительства домов в Германии в настоящее время возможно возводить здания по той же стоимости, что и те, которые построены по обычным немецким строительным стандартам , как это было сделано с квартирами в пассивном доме в Вобане, Фрайбург . [49] В среднем, как сообщается, пассивные дома изначально дороже обычных зданий: от 5% до 8% в Германии, [50] [51] от 8% до 10% в Великобритании [52] и от 5% до 10% в США. [53] [54] [55] [56]
Оценки показали, что, хотя это технически возможно, затраты на соответствие стандарту пассивного дома значительно возрастают при строительстве в Северной Европе выше 60° широты . [57] [58] Европейские города, расположенные примерно на 60° широты, включают Хельсинки , Финляндия, и Берген , Норвегия. Лондон находится на 51°; Москва на 55°.
Достижение значительного снижения потребления тепловой энергии, требуемого стандартом, подразумевает изменение подхода к проектированию и строительству зданий. Проектирование может быть подкреплено использованием пакета планирования Passivhaus (PHPP), [59] , который использует специально разработанные компьютерные симуляции .
Ниже приведены методы, используемые для достижения стандарта. [2]
Пассивный солнечный проект здания и энергоэффективный ландшафт поддерживают энергосбережение пассивного дома и могут интегрировать их в район и окружающую среду. Следуя пассивным методам солнечного строительства , где это возможно, здания имеют компактную форму, чтобы уменьшить их площадь поверхности; главные окна ориентированы на экватор, чтобы максимизировать пассивное солнечное поступление . Однако использование солнечного поступлений, особенно в регионах с умеренным климатом , является вторичным по отношению к минимизации общих потребностей дома в энергии. В климате и регионах, где необходимо сократить чрезмерное летнее пассивное солнечное поступление тепла, будь то от прямых или отраженных источников, применяются солнцезащитные козырьки , деревья , прикрепленные перголы с виноградными лозами , вертикальные сады , зеленые крыши и другие методы.
Цвет наружных стен, когда поверхность позволяет выбирать отражающие или поглощающие инсоляционные качества, зависит от преобладающей круглогодичной температуры наружного воздуха. Использование лиственных деревьев и настенных шпалер или самоприкрепляющихся лиан может помочь в климате, где нет экстремальных температур.
В зданиях пассивных домов используется суперизоляция для значительного снижения теплопередачи через стены, крышу и пол по сравнению с обычными зданиями. [60] Для обеспечения требуемых высоких значений R (низких значений U , обычно в диапазоне от 0,10 до 0,15 Вт/(м 2 · К)) может использоваться широкий спектр теплоизоляционных материалов . Особое внимание уделяется устранению тепловых мостов .
.svg/1280px-Passivhaus_Fenster_Beispiele_(blank).svg.png){kind=spacer}
Для соответствия требованиям стандарта пассивного дома окна изготавливаются с исключительно высокими значениями R (низкие значения U, обычно от 0,85 до 0,45 Вт/(м2 · К) для всего окна, включая раму). Окна обычно сочетают в себе тройное или четверное изолированное остекление (с соответствующим коэффициентом солнечного теплопритока, [2] [60] низкоэмиссионными покрытиями, герметичными межстекольными пустотами, заполненными газом аргоном или криптоном , и изоляционными дистанционными рамками «теплый край») с воздушными уплотнениями и специально разработанными оконными рамами с терморазрывом.
Ограждающие конструкции зданий по стандарту пассивного дома должны быть чрезвычайно герметичными по сравнению с обычным строительством. Они должны соответствовать 0,60 ACH50 (обмен воздуха в час при 50 паскалей) в зависимости от объема здания. Для достижения этих показателей лучшей практикой является испытание ограждения воздушного барьера здания с помощью воздуходувной двери в середине строительства, если это возможно. [2] [61]
Пассивный дом спроектирован таким образом, что большая часть воздухообмена с внешней средой осуществляется посредством контролируемой вентиляции через теплообменник , чтобы минимизировать потерю тепла (или приток, в зависимости от климата), поэтому лучше избегать неконтролируемых утечек воздуха. [2] Другая причина заключается в том, что стандарт пассивного дома широко использует изоляцию, которая обычно требует тщательного управления влажностью и точками росы . [62] Это достигается за счет воздушных барьеров, тщательной герметизации каждого строительного шва в ограждающей конструкции здания и герметизации всех проходов для коммуникаций. [60]
Использование пассивной естественной вентиляции является неотъемлемым компонентом проектирования пассивного дома, где температура окружающей среды благоприятствует этому процессу — либо посредством одиночной или перекрестной вентиляции, либо посредством простого проема, либо за счет эффекта тяги за счет меньшего притока воздуха с большими выходными окнами и/или мансардными окнами, открываемыми через верхний световой люк .
Когда окружающий климат не благоприятствует, для поддержания качества воздуха и рекуперации достаточного количества тепла, чтобы обойтись без традиционной системы центрального отопления, применяются механические системы вентиляции с рекуперацией тепла со скоростью рекуперации более 80% и высокоэффективные электронно-коммутируемые двигатели (ECM). [2] Поскольку пассивно спроектированные здания по сути герметичны , скорость воздухообмена можно оптимизировать и тщательно контролировать на уровне около 0,4 воздухообмена в час . Все вентиляционные каналы изолированы и герметизированы от утечек.
Некоторые строители пассивных домов пропагандируют использование труб для обогрева земли . Трубы обычно имеют диаметр около 200 миллиметров (7,9 дюйма), длину 40 метров (130 футов) на глубине около 1,5 метра (4,9 фута). Они закапываются в почву, чтобы действовать как теплообменники земля-воздух и предварительно нагревать (или предварительно охлаждать) всасываемый воздух для системы вентиляции. В холодную погоду нагретый воздух также предотвращает образование льда в теплообменнике системы рекуперации тепла . Опасения по поводу этой технологии возникли в некоторых климатических условиях из-за проблем с конденсацией и плесенью. [63]
В дополнение к использованию пассивного солнечного прироста , пассивные дома широко используют свое собственное тепло из внутренних источников, таких как отходящее тепло от освещения, основных бытовых приборов и других электрических устройств (но не специализированных обогревателей), а также тепло тел людей и других животных внутри здания. Это связано с тем, что люди в среднем излучают тепло, эквивалентное 100 Вт каждый излучаемой тепловой энергии .
В сочетании с принятыми комплексными мерами по энергосбережению это означает, что традиционная система центрального отопления не нужна, хотя иногда ее устанавливают из-за скептицизма клиентов. [64]
Вместо этого пассивные дома иногда имеют двойной нагревательный и/или охлаждающий элемент мощностью от 800 до 1500 Вт , интегрированный с воздуховодом приточной системы вентиляции, для использования в самые холодные дни. Для конструкции принципиально важно, чтобы все необходимое тепло могло транспортироваться обычным малым объемом воздуха, необходимым для вентиляции. Применяется максимальная температура воздуха 50 °C (122 °F), чтобы предотвратить возможный запах горелого от пыли, которая выходит из фильтров в системе.
Помимо рекуперации тепла с помощью вентиляционного блока с рекуперацией тепла, правильно спроектированный пассивный дом в европейском климате не нуждается в дополнительном источнике тепла, если отопительная нагрузка поддерживается на уровне ниже 10 Вт/м2 . [ 65] [ неработающая ссылка ]
Стандарты пассивного дома в Европе устанавливают потребность в энергии для отопления и охлаждения помещений в размере 15 кВт·ч/м 2 (4750 БТЕ/кв. фут) в год и пиковую потребность в 10 Вт/м 2 (3,2 БТЕ/ч/кв. фут). Кроме того, общая энергия, используемая в работе здания, включая отопление, охлаждение, освещение, оборудование, горячую воду, нагрузки на розетки и т. д., ограничена 120 кВт·ч/м 2 (38000 БТЕ/кв. фут) обработанной площади пола в год. [66] [ мертвая ссылка ]
Сертифицированный пассивный дом был построен в жарком и влажном климате Лафайета , Луизиана , США. Он использует вентиляцию с рекуперацией энергии и эффективный однотонный кондиционер для охлаждения и осушения. [72] [73]
{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )