Здание с близким к нулевому энергетическим балансом

М. М. Бродач, канд. техн. наук, профессор Московского архитектурного института (Государственная академия), otvet@abok.ru

В. И. Ливчак, канд. техн. наук, вице-президент НП «АВОК»

Ключевые слова: энергоэффективность зданий, «пассивный» дом, «активный» дом, здание с нулевым энергетическим балансом, здание с близким к нулевому энергетическим балансом

Все больше внимания уделяется повышению энергоэффективности зданий как за счет улучшения теплозащиты, повышения герметичности наружных ограждений, так и за счет совершенствования систем создания микроклимата в помещениях и использования возобновляемых источников энергии. На страницах журнала «АВОК» уже рассматривали несколько типов зданий в зависимости от их уровня энергоэффективности, в частности здания с нулевым энергетическим балансом [1]. Год назад появилось новое понятие – «здание с близким к нулевому энергетическим балансом» (nearly zero energy building). Рассмотрим причину его появления и его значение.

Классификация зданий в Европе

В Европе существует следующая классификация зданий в зависимости от их уровня энергоэффективности:

Старое здание – здание, построенное до мирового топливно-энергетического кризиса середины 1970-х годов. Оно требует для своего отопления 200–300 кВт·ч/м²·год тепловой энергии.

Новое здание – здание, которое строилось после кризиса до 2000 года. Требует для отопления не более 150 кВт·ч/м²·год.

Дом низкого потребления энергии (low energy house) – с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов с теплопотреблением более 60–70 кВт·ч/м²·год. Часть стран рассматривает эту величину как удельный годовой расход тепловой энергии на отопление (в многоквартирных домах, где теплопотери здания, на которые подбираются отопительные приборы, включают расход тепла на нагрев вентиляционного воздуха – на отопление и вентиляцию), а часть – как суммарный удельный годовой расход тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

«Пассивный» дом (passive house) – удельное годовое потребление на отопление должно быть не более 15 кВт·ч/м² в год и 15 кВт·ч/м² в год на охлаждение, при этом удельная тепловая нагрузка на отопление не должна превышать 10 Вт/м². Кроме того, его наружные ограждения должны быть настолько герметичны, что при испытании по методу «blower door», то есть при установке на месте входной двери устройства с вентилятором, создаваемым напор в помещениях 50 Па (Н/м²) (при закрытых приточных и вытяжных отверстиях), воздухообмен должен составлять не более 0,6 обмена в час испытываемого объема.

«Активный» дом (active house), или дом с плюсовой энергией (energy plus house) – здание, которое с помощью установленного в нем оборудования: солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников и т.?п. вырабатывало бы больше энергии, чем само потребляло, < 0 кВт·ч/м²·год.

Здания с близким к нулевому энергетическим балансом

Выше приведены только основные виды классификации. В действительности их гораздо больше [1]. В новой редакции директивы Евросоюза по энергетическим характеристикам зданий (EPBD 2010/31/EU recast) (статья 9) появился новый термин: здание с близким к нулевому энергетическим балансом (nearly zero energy building).

В соответствии с этим документом, государства – члены ЕС должны обеспечить условия, чтобы к 31 декабря 2020 года все новые здания стали бы зданиями с близким к нулевому энергетическим балансом, а после 31 декабря 2018 года должны быть такими же все новые здания, занимаемые органами государственной власти и принадлежащие ей. Новая редакция директивы Евросоюза по энергетическим характеристикам зданий вступила в силу 9 июля 2010 года, а государства – члены ЕС должны принять и опубликовать законы, правила и административные положения, необходимые для выполнения большинства ее положений не позднее 9 июля 2012 года.

Там же указывается, что всем государствам – членам ЕС необходимы национальные «дорожные карты» (перспективные планы) строительства зданий с близким к нулевому энергетическим балансом. Государства – члены ЕС должны разработать национальные планы увеличения количества зданий с близким к нулевому энергетическим балансом. Эти национальные планы должны включать, среди прочего, следующие элементы:

а) Подробная информация государства – члена ЕС о применении на практике зданий с близким к нулевому энергетическим балансом с учетом национальных, региональных или местных условий, включая численный показатель первичной энергии, производимой на источнике путем сжигания того или иного топлива с учетом потерь при производстве энергии и ее транспортирования для обеспечения требуемого количества электрической и тепловой энергии на отопление, охлаждение (кондиционирование), вентиляцию, горячее водоснабжение и освещение, как правило, общедомовых помещений многоквартирных домов и всего здания, если оно общественного назначения.

Как правило, электропотребление на освещение квартир и на пользование бытовыми приборами жителями, как и розеточное потребление в общественных зданиях, не учитывается при определении первичной энергии, поскольку оно носит субъективный характер и не может быть прогнозируемо. Первичная энергия выражается в кВт·ч/м² в год, и ее рекомендуемое значение не должно быть более 120 кВт·ч/м² в год на удовлетворение перечисленного энергопотребления. Отмечается, что на производство одного кВт электрической энергии расходуется в 2,5–3 раза больше топлива, чем для производства одного кВт тепловой энергии, но не приводится, как при суммировании первичной энергии складываются электрические и тепловые кВт·ч/м². При определении факторов, влияющих на величину первичной энергии, разные страны исходят из национальных или региональных ежегодных средних значений и должны принимать во внимание соответствующие европейские стандарты.

б) Промежуточные показатели повышения энергоэффективности новых зданий – к 2015 году.

в) Информация о политических направлениях, финансовых и других мероприятиях, адаптируемых в контексте зданий с нулевым энергетическим циклом.

В некоторых странах уже есть предложения по национальному определению здания с близким к нулевому энергетическим балансом. Например, на европейском рынке уже работают системы сертификации зданий с энергопотреблением менее 15 кВт·ч/м² в год: это такие стандарты, как MINERGIE^® (Швейцария) и «пассивный» дом (passive house). В данном примере «пассивный» дом – это сооружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление на отопление, в среднем около 10% от удельной энергии на единицу объема, потребляемой большинством современных зданий. В большинстве европейских стран существуют собственные требования к стандарту «пассивного» дома.

Строительство по стандартам MINERGIE^® означает высокоэффективные герметичные ограждающие конструкции, минимально необходимый воздухообмен в здании и использование энергосберегающих систем вентиляции. Удельный расход энергии используется в качестве основного показателя для количественной оценки требуемого качества строительства.

Важную роль в реализации концепции здания с близким к нулевому энергетическим балансом играет Федерация европейских ассоциаций в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (REHVA). Группа REHVA выдвинула предложение о приведении к единообразию национальных определений здания с близким к нулевому энергетическим балансом, учитывая, вместе с тем, и национальные условия. Теперь задача членов REHVA – довести это предложение до соответствующих национальных органов. Все понимают, что в 27 различных национальных определениях не будет никакого смысла. С целью создания единообразия методики определения, а также понимания технического смысла понятия здания с близким к нулевому энергетическим балансом всеми государствами – членами ЕС создана рабочая группа REHVA.

Ситуация в России

Для того чтобы сопоставить европейские требования к показателю энергоэффективности многоквартирного дома (удельному расходу тепловой энергии на отопление за отопительный период) с российскими, необходимо перенести эти требования в наши климатические условия, которые в большинстве регионов России более суровые, чем в Европе, выяснить, к какой единице площади относят удельный расход тепла на отопление, и привести к одинаковой заселенности сравниваемые дома – от этого зависит удельная величина бытовых тепловыделений в квартирах, существенная составляющая теплового баланса многоквартирного дома, увеличивающаяся в процентном отношении с повышением теплозащиты его оболочки, и требуемый минимальный воздухообмен в квартире, в том числе на нагрев которого подбираются отопительные приборы.

Суровость климатических условий определяют по градусо-суткам отопительного периода в данном регионе, характеризующихся произведением разности расчетной температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях и средней температуры наружного воздуха за отопительный период на длительность этого периода в сутках. Длительность отопительного периода зависит от заданной наружной температуры, при которой начинается и заканчивается отопление. Например, в Германии до принятия нового постановления «Об энергосберегающей тепловой защите…» EnEv-2002 величина градусо-суток составляла 3500. По новому постановлению было пересмотрено начало и окончание отопительного периода с температуры +12 на +10 °C с продолжительностью отопительного периода 185 суток. Величина градусо-суток составила 2900.

В Москве величина градусо-суток для жилых зданий согласно СНиП 23–01–99* «Строительная климатология» составляла 4943 (длительность отопительного периода 214 суток при средней температуре наружного воздуха –3,1 °C и расчетной температуре внутреннего воздуха +20 °C, начало и окончание отопительного периода +8 °C), но по «Информации Гидрометеобюро по Москве и Московской области о климатических изменениях в Московском регионе» (Приложение № 1 к постановлению Правительства Москвы № 333-П от 24.04.2010 г.) в связи с повышением температуры окружающей среды за последнее десятилетие средняя температура отопительного периода стала –1,5 °C при сохранении его продолжительности и величина градусо-суток составила Dd = (20 + 1,5) ? 214 = 4 600. Для сравнения в Якутске: Dd = 10390, в Сочи: Dd = 980.

В связи с изложенным, для Москвы величина градусо-суток отопительного периода превышает аналогичную величину для Германии в 4600/2?900 = 1,6 раза. В российских нормах удельный расход тепловой энергии относится к м² площади квартир, а в европейских нормах – к м² площади отапливаемых этажей, что в 1,35 раза больше. Таким образом, норматив удельного расхода тепловой энергии на отопление 15 кВт·ч/(м²·год) для «пассивного» многоквартирного дома в Европе, в московских условиях становится: 15 x 1,6 x 1,35 = 32 кВт·ч/(м²·год).

Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию конкретного 11 этажного 4 секционного многоквартирного дома при приведенном сопротивлении теплопередаче стен 4,0 м²·°C/Вт и окон 0,95 м²·°C/Вт, что соответствует требованиям Москвы на ближайшую перспективу (по нормам Москвы с 01.10.2010 г. приведенное сопротивление теплопередаче стен и окон, соответственно, должны быть не менее 3,5 и 0,8 м²·°C/Вт, а с 2016 года – 4,0 и 1,0 м²·°C/Вт), и норме воздухообмена в час – 0,35 объема квартир (при среднеевропейской заселенности 45 м²/чел.) составляет 49 кВт·ч/(м²·год).

При осуществлении системы утилизации тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного с эффективностью 0,8 и охвате 70 % квартир удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию дома будет 31 кВт·ч/(м²·год), то есть будет соответствовать уровню европейского пассивного дома, перенесенного в климатические условия Москвы. Но это при условии повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций.

Литература

1. Бродач М.М. Здания с нулевым энергетическим балансом – миф или реальность? // АВОК.– 2010.– № 8.

2. Табунщиков Ю. А. Энергосбережение и энергоэффективность – мировая проблема предельной полезности // Энергосбережение. – 2010. – № 6.

3. Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings.

4. Гагарин В. Г. Методы экономического анализа повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий // АВОК.– 2009.– № 1–3.

5. Ливчак В.И. Повышать ли уровень теплозащиты зданий? Ответ – «да» // АВОК.– 2009.– № 7.