Держим курс на нулевое энергопотребление
Дом Роуз (Rose House) был разработан фирмой «SERA Architects», его площадь - 74 м2, отделан и облицован сайдингом
Продуманный дизайн дома Роуз (Rose House) – это возможность свободного расположения мебели и открытое комфортное пространство
Рисунок с изображением системы теплового насоса, передающего тепло от воздуха к воде в Rose House
Спокойный экстерьер дома Роуз оттеняется такими деталями, как опоры на крыльце, сделанные из натурального ствола дерева
Южная сторона Rose House выходит в сад. Фотоэлектрическая батарея на крыше снабжает дом некоторым количеством электроэнергии
План общего расположения Rose House
Чтобы превратить маленькое пространство в визуально большое и добиться обилия дневного света в жилой зоне Rose House, архитекторы выбрали открытую планировку и высокие потолки
Чертеж первого этажа Rose House
Несколько площадок, ведущих вниз с крыльца в сад вокруг дома
Чертеж Rose House в разрезе
Небольшая удобная ванная комната, с радиусом 1,5 метра и душевой стойкой
Подробный чертеж первого этажа и мансарды Rose House
Чертеж общей конструкции и окон Rose House
Некоторые архитектурные проекты домов идут в ногу с поворотными событиями в нашей жизни Так случилось и с домом Роуз (Rose House) в Портленде, штат Орегон, небольшим домом, который послужил в качестве лаборатории для энергосберегающего жилищного проекта в 2004 году, и, как оказалось, стал первым домом в штате, спроектированным для достижения нулевого потребления полезной энергии.
В силу того, что этот небольшой инновационный домик находится в эксплуатации уже в течение нескольких лет, это дает возможность оценить, насколько хорошо выполняются им различные функции.
История дома объединяет динамичные характеристики: горячий интерес и хорошую информированность клиентов, заинтересованную архитектурную фирму, готовую внести свой вклад в экологический проект и собственно самого разработчика, доводящего до совершенства документы для кредитной программы экологически чистого строительства. Добавьте штат и местные органы власти, способствующие развитию программ по рациональному использованию энергетических ресурсов, и вот у вас команда способная воплотить в жизнь эту «маленькую электростанцию».
Начнем с малого
Несколько десятилетий тому назад, всемирно известный ученый Элдон Хайнс ушел из Лаборатории реактивных двигателей НАСА, чтобы изменить свою карьеру и всерьез заняться вопросом накопления солнечной энергии. В свое время Элдон и его жена Линда Роуз начали планировать свой выход на пенсию и решили обнародовать свой интерес к экологической ответственности в новых домах небольшого размера. Следующим шагом стало получение эффективного проекта.
Когда архитектор Кларк Брокман предложил проект его фирме «SERA Architects», они удивительно легко согласились. «Фирма сразу же поддержала проект, - хотя раньше мы никогда не проектировали дом для одной семьи», говорит Брокман. В то время «SERA» еще даже не принимала активное участие в области экологии. «Данный проект был огромным шагом в создании [экологически чистых проектов] части бренда компании».
Дом Роуз (Rose House) представляет собой гармоничное слияние эффективности, эстетики и комфорта. Для дизайнеров одним из наиболее важных аспектов является то, что посредством небольшой площади они всё-таки добились приятного глазу пространства. Кажется, что в доме размером всего лишь 800 квадратных футов (74 квадратных метра), используется практически каждый дюйм.
Открытая кухня, столовая, и гостиная буквально залиты солнечным светом из верхнего ряда окон, расположенных на уровне глаз. Окна с восточной и западной сторон достаточно большие и гармонично добавляют освещение. Общее впечатление от дома говорит о том, что создание особой атмосферы в нём поможет расширить пространственное ощущение.
«Почему именно 800 квадратных футов», - спросите Вы? Пара хотела жить в небольшом, но практичном и, конечно, рационально используемом пространстве. Кроме того, поскольку они построили дом, как «дополнительный» на заднем дворе дома одного из своих детей, градостроительные правила Портленда допускают строительство домов максимум такого размера. Действительно, поскольку стены 8 дюймов (20 см) толщиной, то используемое внутреннее пространство может быть только 704 квадратных фута (или 65 квадратных метров).
Коэффициент полезного действия
Как и в любом другом проекте, первым экологическим шагом здесь является снижение динамической энергонагрузки.
«Способ построить дом с нулевой мощностью - начать с нужных размеров», говорит Кристофер Даймонд, старший энергоаналитик по проекту Департамента энергетики штата Орегон. «А затем добавить и всё остальное».
Конструкция 8-дюймовых стен со стойками, расположенными в шахматном порядке, устранила тепловой мост, за исключением верхней и нижней опоры. В сочетании с добавленной толщиной и технологией утепления дома мы получили стену, эксплуатационные качества которой на 50 процентов лучше, чем у стандартной стены R-21.
На крыше дома использованы конструкционные термоизоляционные панели, уменьшающие тепловой мост, а также количество необходимых стройматериалов. В результате, учитывая высокую эффективность окон со стеклопакетами, дому нужна только половина энергопотребления стандартного дома такого же размера, построенного по всем правилам.
По сути, дом Роуз (Rose House) - здание с системой солнечного энергоснабжения с некоторыми дополнениями. Из-за того, что дом теплонепроницаем, бригада рабочих установила высокоэффективный вентилятор-теплоутилизатор для подачи свежего воздуха. Устройство восстанавливает около 95 процентов потерянного тепла из выходящего воздуха.
Кондиционирование помещения осуществляется за счет комплексной системы теплового насоса с передачей тепла от воздуха к воде. Часть горячей воды отдается в пол для разогрева система отопления, расположенной под полом в центральной части дома. Вода из теплового насоса также подается в нагревательный элемент теплоутилизационной системы так, что входящий свежий воздух нагревается от регенированного тепла и нагревательного элемента.
Таким инновационно новым методом система использует тепло из воздушного пространства между фотоэлектрическими панелями и крышей. Большинство систем пропускает это пространство, так как фотоэлектрические панели работают более эффективно, когда они хорошо вентилируются. Поэтому, использование этого тепла позволяет системе отопления работать с большей отдачей.
Фотоэлектрические панели снабжают дом электроэнергией и используют «фактические замеры для определения разницы показаний». Электросчетчик в доме считает как входящие, так и исходящие ватты; энергоснабжающая компания покупает запас энергии во время солнечного периода и продает ватты при необходимости.
С такими показателями система солнечных батарей может сберегать мощность в сети в дневное время и использовать электросеть ночью, когда спрос на электроэнергию невелик. Особенность состоит в разработке системы, потребление и производство электроэнергии в которой уравновешены или в которой солнечная энергия производит больше ватт, чем необходимо для дома.
Максимальная мощность фотоэлектрических панелей в доме Роуз (Rose House) оценивается в 3,3 кВт. При фактическом использовании, он генерирует постоянную среднюю мощность около 6 кВт/ч в сутки.
Брокман призывает к «погодоустойчивому чертежу здания», с расположенными надлежащим образом окнами и системой затенения, чтобы получать солнечный свет, когда и где это необходимо для производства тепла и освещения. Конечно, размещение окон важно дабы получать достаточно света с южной, восточной и западной сторон для пропорционального естественного освещения, и минимизации потери тепла с северной стороны.
Кроме того, одно из изобретений Элдона Хайнса, - солнечная батарея с медным отражателем (Copper Cricket solar panel), которая также обеспечивает нагрев горячей воды.
Обобщение полученного практического опыта
Дом Роуз (Rose House) нацеливался на достижение нулевого потребления энергии и потому достаточно долго проходил тестирование перед тем, как принять своих хозяев.
Общий объем потребления внешней энергии в реальных условиях эксплуатации показывает высокую эффективность здания, - около 18 кВт/ч в сутки, или иначе, - 8,2 кВт/кв.фут/год (88 кВт/кв.м/год).
Фотоэлектрические панели производят 6 кВт/ч в сутки, фактически чистое использование энергии на сегодняшний день составляет около 12 кВт/ч в сутки, или иначе, - 5,5 кВт/кв.фут/год (59 кВт/кв.м/год). Это, конечно, очень хорошо, - но до нулевого энергопотребления ещё пока далеко.
Большая часть перебора в потреблении энергии объясняется несовершенством оборудования в системе.
Специализированный тепловой насос, передающий тепло от воздуха к воде, не достаточно эффективен по своим техническим характеристикам, и в результате получается, что чрезмерное электрического сопротивления в резервном отоплении в холодное время увеличивает общегодовое потребление энергии.
«В Японии есть более эффективные тепловые насосы, которые могут прогревать воду до 120 градусов по Фаренгейту (50 ° С), используя воздух температурой 17 градусов по Фаренгейту (или -8 ° С)», говорит Брокман. Эта система использует сжиженный углекислый газ в качестве теплоносителя, который имеет дополнительное преимущество – удерживать газы, вызывающие парниковый эффект. Но в Соединенных Штатах таких приборов пока ещё нет.
По мнению Брокмана, теплонасосная установка с несколькими источниками представляется слишком сложной. «Но вся прелесть состоит в том, что на самом деле Элдон – действительно «реактивный» ученый», отмечает архитектор, недаром у Хайнса получилось настроить системы для достижения максимальной эффективности.
Продолжая совершенствовать системы в своем доме, Хайнс надеется, что дом Роуз (Rose House) в конечном счете, достигнет чистого нулевого энергопотребления.
Строитель Дэйв Хеслэм (Dave Heslam) использовал проект дома Роуз, чтобы разобраться с теми характеристиками, которые снижают тепловой мост. На стойки, расположенные в шахматном порядке, уходит на 15 процентов больше древесины, чем на обычную конструкцию, так как стойки около 12 дюймов (30 см) по центру. Если стены превышают 8 футов (2,4 метра) в высоту, как в доме Роуз (Rose House), то часто требуются дополнительные блоки на случай пожара, что увеличивает объем древесины необходимой для строительства.
В последующих проектах Хеслэм использовал прием, который он называет «дощатая стена внакладку». При таком подходе снаружи используются вертикальные стойки размером 2х6, а внутри – горизонтальные рейки 2х2. Области перекрытия в точках крепления небольшие, но это значительно сокращает количество пиломатериалов, необходимых для конструкции.
Построенный в качестве примера для Департамента энергетики штата Орегон, дом Роуз (Rose House) помог определиться с прототипом для государственной кредитной программы, предлагающей дома с высококачественными характеристиками. По словам Кристофера Даймонда, сочетание государственных стандартов высокого КПД и материального стимулирования выдвигает штат Орегон на лидирующие позиции в продвижении проекта строительства домов с нулевым энергопотреблением.
С тех пор как был построен дом, в этом районе появились ещё шесть домов с системой солнечного энергоснабжения. Соседи объединились в сообщество Ainsworth Collective, названное в честь улицы, на которой они проживают. Это сообщество задает тенденцию к созданию целого жилого района с системой солнечного энергоснабжения в Портленде. Если оценить высокую эффективность дома Роуз (Rose House) – над которым всё ещё продолжается работа для достижения конечного результата - нулевого энергопотребления - того насущного вопроса, который, как говорится, стоит свеч.
Сведения об авторах проекта
Проект: Rose House (Портлэнд, штат Орегон)
Клиент: Элдон Хайнс (Eldon Haines) и Линда Роуз (Linda Rose)
Архитектурный дизайн: OOO «SERA Architects».
Проектирование: Froelich Engineers
Подрядчики (партнеры): ООО «Coho Construction Services»; ООО «Building Comfort Systems»