Как станции TOUCH стали частью дома «будущего» в Подмосковье
Март 11, 2024 | И. А. Башмаков, В. И. Башмаков и К.Б. Борисов
«Активные» и «пассивные» здания набирают всё большую популярность во всём мире. В «пассивном» здании потребности в энергии на отопление настолько малы, что традиционная система отопления становится ненужной. Ее может заменить компактная система с малой тепловой мощностью. А «активные» здания в течение года вырабатывают энергии больше, чем сами потребляют.
В мире опыт строительства и эксплуатации «активных» и «пассивных» домов достаточно распространён. А вот в России глубоко укоренилось мнение, что в наших климатических условиях практическая реализация концепций «активного» и «пассивного» дома нереальна. Однако энергоэффективный индивидуальный жилой дом, о котором мы сегодня расскажем, в пух и прах разбивает этот устоявшийся стереотип.
Этот «активный» жилой дом построен на севере Московской области (СНТ «Талицкие берега»). Мы побывали в нём и убедились, что в наших широтах, даже в условиях суровых морозов или ледяного дождя, эксплуатация такого дома — это вовсе не миф, а впечатляющая реальность.
Этот дом построил энтузиаст-первопроходец, профессор НИУ «МЭИ» Ильдар Айдарович Султангузин. Он пригласил нас в гости и подробно рассказал о том, как всё устроено и работает. Это двухэтажный дом площадью 200 м². Самая главная часть этого дома — подвал, святая святых всей системы. Он не просто напоминает научную лабораторию, но фактически ею и является. Аспиранты и студенты-дипломники НИУ «МЭИ» скрупулезно собирают и отрабатывают информацию о том, как функционирует все установленное оборудование, предлагают, что еще можно сделать, чтобы сделать этот дом еще более «активным».
В мире опыт строительства и эксплуатации «активных» и «пассивных» домов достаточно распространён. А вот в России глубоко укоренилось мнение, что в наших климатических условиях практическая реализация концепций «активного» и «пассивного» дома нереальна. Однако энергоэффективный индивидуальный жилой дом, о котором мы сегодня расскажем, в пух и прах разбивает этот устоявшийся стереотип.
Этот «активный» жилой дом построен на севере Московской области (СНТ «Талицкие берега»). Мы побывали в нём и убедились, что в наших широтах, даже в условиях суровых морозов или ледяного дождя, эксплуатация такого дома — это вовсе не миф, а впечатляющая реальность.
Этот дом построил энтузиаст-первопроходец, профессор НИУ «МЭИ» Ильдар Айдарович Султангузин. Он пригласил нас в гости и подробно рассказал о том, как всё устроено и работает. Это двухэтажный дом площадью 200 м². Самая главная часть этого дома — подвал, святая святых всей системы. Он не просто напоминает научную лабораторию, но фактически ею и является. Аспиранты и студенты-дипломники НИУ «МЭИ» скрупулезно собирают и отрабатывают информацию о том, как функционирует все установленное оборудование, предлагают, что еще можно сделать, чтобы сделать этот дом еще более «активным».
Энергоэффективный жилой дом
Пассивные черты активного дома
При проектировании и строительстве этого здания использовалась концепция «пассивного» дома с максимальными параметрами утепления — теплозащиты, а все энергоснабжение осуществляется на базе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Для отопления и горячего водоснабжения не используется ни централизованное теплоснабжение, ни топливные котлы. Все источники энергии расположены на крыше дома или на участке. Это солнечные фотоэлектрические панели для выработки электроэнергии; накопители электроэнергии (в том числе батарея электромобиля); тепловой насос, использующий тепло грунта, и солнечные водоподогреватели (коллекторы) для отопления и горячего водоснабжения.
Вся система автоматизирована. Стоимость такого инженерного оборудования добавляет к стоимости самого дома около 10−15% и, по расчётам, такая система окупается примерно за семь лет.
На самом деле срок окупаемости еще меньше, потому что за газификацию этого дома пришлось бы заплатить 220−400 тыс. руб. Для пилотного проекта это просто отлично. Когда таких домов станет много, за счет роста масштабов строительства срок окупаемости заметно снизится. Также очень важно, что в таком доме риски перебоев в энергоснабжении гораздо меньше.
Вся система автоматизирована. Стоимость такого инженерного оборудования добавляет к стоимости самого дома около 10−15% и, по расчётам, такая система окупается примерно за семь лет.
На самом деле срок окупаемости еще меньше, потому что за газификацию этого дома пришлось бы заплатить 220−400 тыс. руб. Для пилотного проекта это просто отлично. Когда таких домов станет много, за счет роста масштабов строительства срок окупаемости заметно снизится. Также очень важно, что в таком доме риски перебоев в энергоснабжении гораздо меньше.
Профессор И. А. Султангузин и система управления энергопотреблением дома
Разберём подробнее, какие решения были использованы для достижения высокой энергоэффективности.
Есть два критерия отнесения дома к разряду «пассивного».
- Во-первых, удельный расход тепловой энергии на отопление не должен превышать 15−40 кВт∙ч/(м² ∙год), что в 4−10 раз меньше, чем базовый уровень для индивидуальных жилых зданий в климатических условиях средней полосы России — 133−150 кВт∙ч/(м² ∙год).
- Во-вторых, общее потребление первичной энергии на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и электроснабжение всего здания не должно превышать 120 кВт∙ч/(м² ∙год) при базовом уровне для индивидуальных жилых зданий 256−270 кВт∙ч/(м² ∙год).
Для достижения таких параметров необходимы:
- Качественная тепловая изоляция (тепловая защита) наружных ограждающих конструкций зданий: стен, крыши (перекрытий над чердаком), полов по грунту или перекрытий над подвалом.
- Минимизация (в идеале — полное отсутствие) «мостиков холода» в наружных ограждающих конструкциях.
- Энергоэффективные окна с повышенным сопротивлением теплопередаче (не менее 1,05 м² ∙ C°/Вт).
- Механическая система вентиляции здания с высокоэффективными рекуператорами теплоты (т.е. с использованием тепла уходящего из здания воздуха для нагрева притока воздуха в здание).
- Интеграция возобновляемых источников энергии в инженерные системы здания.
Высокие параметры теплозащиты стен достигнуты за счет ряда мер: использования газобетонных блоков «DRAUBER D500» плотностью 500 кг/м³ толщиной 300 мм и минеральной ваты ISOROC в качестве тепловой изоляции. Внутренний слой теплоизоляции плотностью 50 кг/м³ и толщиной 200 мм сверху закрыт еще одним слоем плотностью 80 кг/м³ и толщиной 50 мм. Между теплоизоляцией и фасадом из фиброцементных панелей имеется воздушный вентилируемый зазор 50 мм.
Тепловая изоляция наружных стен
Общая толщина тепловой изоляции фасада здания составила 618 мм с коэффициентом термического сопротивления наружных стен 10 м² ∙ C°/Вт. Это более чем в 3 раза превышает нормативное значение термического сопротивления наружных стен для климатических условий средней полосы России — 2,8−3,1 м² ∙ C°/Вт.
Использованы также энергоэффективные двухкамерные окна: профиль Deckeunink EFORTE 84 со стеклопакетами STIS, теплосберегающими стеклами Guardian ClimaGuardN и мультифункциональными стеклами Pilkington SunCool 70/40. В камерах толщиной 16 мм используется аргон 90%. Термическое сопротивление теплопередаче профиля окна — 1,05 м² ∙ C°/Вт и стеклопакета — 1,67 м² ∙ C°/Вт, что в 2−3 раза выше нормативного значения 0,45−0,5 м² ∙ C°Вт для климатических условий средней полосы России.
Использованы также энергоэффективные двухкамерные окна: профиль Deckeunink EFORTE 84 со стеклопакетами STIS, теплосберегающими стеклами Guardian ClimaGuardN и мультифункциональными стеклами Pilkington SunCool 70/40. В камерах толщиной 16 мм используется аргон 90%. Термическое сопротивление теплопередаче профиля окна — 1,05 м² ∙ C°/Вт и стеклопакета — 1,67 м² ∙ C°/Вт, что в 2−3 раза выше нормативного значения 0,45−0,5 м² ∙ C°Вт для климатических условий средней полосы России.
Энергоэффективный оконный профиль
Для отопления используется система «теплый пол». Она установлена на первом этаже, а на втором — теплый (холодный) потолок. В летний период «теплый потолок» второго этажа становится «прохладным» и используется для охлаждения (кондиционирования) помещений. Механическая система приточно-вытяжной вентиляции позволяет использовать теплоту удаляемого воздуха для нагрева воздуха, поступающего извне. Для отопления и горячего водоснабжения не используется ни централизованное теплоснабжение, ни топливо. Дом сам является электростанцией и вырабатывает больше электроэнергии, чем ему необходимо.
Система отопления «теплый пол» в помещении на 2-м этаже здания
Механическая система приточно-вытяжной вентиляции позволяет использовать теплоту удаляемого воздуха для нагрева воздуха, поступающего извне. Для отопления и горячего водоснабжения не используется ни централизованное теплоснабжение, ни топливо. Дом сам является электростанцией и вырабатывает больше электроэнергии, чем ему необходимо.
Система приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором теплоты
Активные черты пассивного дома
Все энергоснабжение энергоэффективного дома осуществляется с помощью возобновляемых источников энергии, которые находятся либо на крыше, либо на участке. Солнечная фотоэлектрическая станция на базе солнечных панелей (установлены на крыше и на навесе над электромобилем) имеет суммарную мощность 22,14 кВт. Это втрое больше средних значений мощности солнечных панелей, устанавливаемых в индивидуальных домах в США.
Для накопления электроэнергии используются аккумуляторные батареи. В качестве накопителя используется также батарея электромобиля. Помимо зарядной станции TOUCH, с помощью которой можно заряжать электромобиль, установлено специальное устройство, которое позволяет отдавать из батареи электромобиля энергию обратно в сеть дома. Дополнительный плюс — это позволяет сберечь ресурс батареи. Дом обеспечен прибором учета электроэнергии, который считает, как получение электроэнергии из сети, так и поставку ее в сеть.
Солнечные коллекторы (водоподогреватели) СК ЯSOLAR имеют площадь 32 м² и используются для нагрева воды (на отопление и горячее водоснабжение). Для сезонного аккумулирования тепловой энергии используется подземная емкость-аккумулятор нагретой воды. В отопительный период в качестве пикового источника теплоснабжения используется геотермальный тепловой насос «ВUDERUS». Он включается в работу, когда температура в подземном аккумуляторе опускается ниже 22−24 C°. В летний период используются грунтовые зонды без запуска компрессора теплового насоса для охлаждения (кондиционирования) помещений.
Расположение этих возобновляемых источников энергии показано на фотографиях ниже.
Для накопления электроэнергии используются аккумуляторные батареи. В качестве накопителя используется также батарея электромобиля. Помимо зарядной станции TOUCH, с помощью которой можно заряжать электромобиль, установлено специальное устройство, которое позволяет отдавать из батареи электромобиля энергию обратно в сеть дома. Дополнительный плюс — это позволяет сберечь ресурс батареи. Дом обеспечен прибором учета электроэнергии, который считает, как получение электроэнергии из сети, так и поставку ее в сеть.
Солнечные коллекторы (водоподогреватели) СК ЯSOLAR имеют площадь 32 м² и используются для нагрева воды (на отопление и горячее водоснабжение). Для сезонного аккумулирования тепловой энергии используется подземная емкость-аккумулятор нагретой воды. В отопительный период в качестве пикового источника теплоснабжения используется геотермальный тепловой насос «ВUDERUS». Он включается в работу, когда температура в подземном аккумуляторе опускается ниже 22−24 C°. В летний период используются грунтовые зонды без запуска компрессора теплового насоса для охлаждения (кондиционирования) помещений.
Расположение этих возобновляемых источников энергии показано на фотографиях ниже.
Расположение возобновляемых источников энергии
Солнечные коллекторы СК ЯSOLAR c подземным аккумулятором горячей воды
Этап строительства подземного аккумулятора для хранения горячей воды и солнечных коллекторов (май-октябрь 2021 года)
Этап эксплуатации солнечных коллекторов (февраль 2024 г.)
Тепловой насос «ВUDERUS»
Тепловой насос «ВUDERUS»
Наблюдение и управление инженерными системами и возобновляемыми источниками энергии осуществляется в режиме «реального времени» с помощью специализированных систем мониторинга и диспетчеризации «ТеплоМОНИТОР» и «ПолиТЭР», установленных на компьютере, который является «центром управления полётами».
Но если вас смущают технические сложности, то сразу стоит сказать, что жить в таком доме может не только профессор, понимающий все тонкости. Обслуживание хитрых систем такого дома можно заказать и получать удалённо.
Энергоэффективная тепловая изоляция и энергоэффективные окна позволили достичь очень низкого потребления электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение в 2021 году — всего 7504 кВт-ч, или 37,5 кВт∙ч/м².
Использование возобновляемых источников энергии (солнечных фотоэлектрических панелей и коллекторов для нагрева горячей воды, подземного аккумулятора и теплового насоса) позволило в 2023 году сократить потребление энергии еще на 60% - до 3050 кВт∙ч, или до фантастически низких 15,3 кВт∙ч/м². Это в 10 раз меньше, чем в обычном доме.
Но если вас смущают технические сложности, то сразу стоит сказать, что жить в таком доме может не только профессор, понимающий все тонкости. Обслуживание хитрых систем такого дома можно заказать и получать удалённо.
Энергоэффективная тепловая изоляция и энергоэффективные окна позволили достичь очень низкого потребления электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение в 2021 году — всего 7504 кВт-ч, или 37,5 кВт∙ч/м².
Использование возобновляемых источников энергии (солнечных фотоэлектрических панелей и коллекторов для нагрева горячей воды, подземного аккумулятора и теплового насоса) позволило в 2023 году сократить потребление энергии еще на 60% - до 3050 кВт∙ч, или до фантастически низких 15,3 кВт∙ч/м². Это в 10 раз меньше, чем в обычном доме.
В 2023 году часть выработанной электроэнергии расходовалась на зарядку электромобиля. Но даже при этом дом вырабатывает намного больше электроэнергии, чем ему нужно, а избыток электроэнергии поставляет в наружные электрические сети СНТ «Талицкие берега», принося владельцу дополнительный доход согласно положениям закона о микрогенерации.
Солнечные фотоэлектрические панели на навесе для электромобиля и зарядной станции
Схемное решение по выдаче электроэнергии от ВИЭ на зарядку электромобиля и в наружные электрические сети СНТ «Талицкие берега»
TOUCH — больше, чем зарядные станции
TOUCH — больше, чем зарядные станции
Получите гайд по установке домашней зарядной станции
В гайде мы рассказываем, как решить проблемы, связанные с установкой зарядной станции в частных и многоквартирных домах, а также предоставляем расчет расходов от установки. С нашим гайдом у вас не останется вопросов, или мы дадим бесплатную консультацию
Получите гайд по установке домашней зарядной станции
В гайде мы рассказываем, как решить проблемы, связанные с установкой зарядной станции в частных и многоквартирных домах, а также предоставляем расчет расходов от установки. С нашим гайдом у вас не останется вопросов, или мы дадим бесплатную консультацию
Введите контактную информацию для получения гайда
После ввода данных вы будете перенаправлены на страницу скачивания
Нажимая на кнопку, я выражаю согласие на обработку персональных данных
В 2023 году общее потребление электроэнергии электромобилем и энергоэффективным индивидуальным жилым домом составило 7,3 тыс. кВт∙ч. Выработка электроэнергии солнечной фотоэлектрической станцией составила 19,5 тыс. кВт∙ч. Отпуск электроэнергии в наружные электрические сети СНТ «Талицкие берега» — 15,0 тыс. кВт∙ч, а поступление электроэнергии из наружных электрических сетей — 7,9 тыс. кВт∙ч.
Таким образом, чистый отпуск электроэнергии этим зданием в сеть составил за год 7,1 тыс. кВт∙ч, и поэтому такой дом называется «активным», или «энергия+».
Жители таких домов называются просьюмерами. Это комбинация слов producer (производитель) и consumer (потребитель). Фактический баланс электроэнергии этого жилого дома за 2023 год с распределением по месяцам показан ниже.
Таким образом, чистый отпуск электроэнергии этим зданием в сеть составил за год 7,1 тыс. кВт∙ч, и поэтому такой дом называется «активным», или «энергия+».
Жители таких домов называются просьюмерами. Это комбинация слов producer (производитель) и consumer (потребитель). Фактический баланс электроэнергии этого жилого дома за 2023 год с распределением по месяцам показан ниже.
Фактический баланс электроэнергии энергоэффективного индивидуального жилого дома за 2023 год
Подведем итоги
По оценкам хозяина дома, профессора НИУ «МЭИ» Ильдара Айдаровича Султангузина, в 2023 году:
- общая экономия энергии энергоэффективным индивидуальным жилым домом составила 35 тыс. кВт∙ч;
- дом-электростанция отпустил в общую электрическую сеть более 7 тысяч кВт∙ч (за вычетом собственного потребления);
- суммарное сокращение выбросов парниковых газов составило 15 т
CO₂/год; - удельный расход электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение составил 15,3 кВт∙ч/м², что практически соответствует критерию для «пассивного» дома.
Как из малого может получиться большое
Если тиражировать этот опыт «активного» дома на все индивидуальные жилые здания Московской области (которых, по данным статистики, более 668 тысяч), то максимально возможный потенциал экономии энергии составит 23 млрд кВт∙ч, а снижения выбросов парниковых газов — 10 млн т CO₂/год.
Экстраполируя эти расчеты на все индивидуальные жилые здания России (почти 19 миллионов), получим максимально возможный потенциал экономии электрической энергии 663 млрд кВт∙ч, а снижения выбросов парниковых газов — 285 млн т CO₂/год.
Для сравнения: выбросы парниковых газов в Германии в 2023 году составили 675 млн т CO₂. Конечно, это очень грубая и упрощенная оценка, но она показывает, как из малого может родиться большое.
Описанный проект реализован энтузиастами без какой-либо господдержки. Но для того, чтобы этот опыт тиражировать, на первых порах господдержка нужна. Вот, например, для стимулирования развития электромобильности предоставляются субсидии в размере 925 тыс. руб./электромобиль. Если бы была разработана федеральная программа «Строим дом будущего» и в ее рамках предоставлялись субсидии на строительство «активных» и «пассивных» зданий в размере 1−3 млн руб. на дом, то дело бы пошло, и дома будущего стали бы не единичными потрясающими воображение примерами, а обычной практикой. При этом меры господдержки для строительства «активных» домов позволили бы устранить проблему дефицита электрической мощности, которая остро стоит в ряде регионов нашей страны, и способствовали бы достижению углеродной нейтральности, как того требует Климатическая Доктрина России.
Экстраполируя эти расчеты на все индивидуальные жилые здания России (почти 19 миллионов), получим максимально возможный потенциал экономии электрической энергии 663 млрд кВт∙ч, а снижения выбросов парниковых газов — 285 млн т CO₂/год.
Для сравнения: выбросы парниковых газов в Германии в 2023 году составили 675 млн т CO₂. Конечно, это очень грубая и упрощенная оценка, но она показывает, как из малого может родиться большое.
Описанный проект реализован энтузиастами без какой-либо господдержки. Но для того, чтобы этот опыт тиражировать, на первых порах господдержка нужна. Вот, например, для стимулирования развития электромобильности предоставляются субсидии в размере 925 тыс. руб./электромобиль. Если бы была разработана федеральная программа «Строим дом будущего» и в ее рамках предоставлялись субсидии на строительство «активных» и «пассивных» зданий в размере 1−3 млн руб. на дом, то дело бы пошло, и дома будущего стали бы не единичными потрясающими воображение примерами, а обычной практикой. При этом меры господдержки для строительства «активных» домов позволили бы устранить проблему дефицита электрической мощности, которая остро стоит в ряде регионов нашей страны, и способствовали бы достижению углеродной нейтральности, как того требует Климатическая Доктрина России.