Пасивний Будинок – Історичний Огляд

Коли був побудований перший Пасивний Будинок? Хто винайшов Пасивний Будинок? Чи є Пасивний Будинок тільки новою назвою “суперізольованих будинків”?

Традиційні Пасивні Будинки

Традиційний будинок у південному Китаї

Джерело: © PHI Passipedia. Традиційний будинок у південному Китаї.

Для умов цього клімату замість опалення необхідне охолодження.

У багатьох кліматичних регіонах світу, якщо будинки побудовані «з розумом», вони не потребують ніякого опалення, також немає потреби і в їх активному охолодженні (наприклад, у деяких частинах Ірану, на узбережжі Португалії, у деяких районах Китаю …). Там завжди будувалися “пасивні будинки”,  хоча вони не були відомі як такі.

Бо  Адамсон (1990) був першим, хто класифікував їх як Пасивні Будинки, а питання   можливості перенесення цього досвіду за допомогою технічних засобів у Європу породило ідею наукових досліджень стосовно “Пасивних Будинків”.

Див. [Адамсон 1992].

 Традиційні Пасивні Будинки в Ісландії

Джерело: © PHI Passipedia. Традиційні Пасивні Будинки в Ісландії

У Середньовіччі після того, як  стало не вистачати лісу,  мешканці Ісландії почали будувати будинки з торфу. Ці будинки були пасивними будинками, хоча в них не було відповідних вікон та достатньої вентиляції.

Криза деревини: У 17-18-му сторіччях в Європі виникла нестача деревини, яка спричинилась через масову вирубку лісів. Вирішення проблеми постачання палива було знайдено шляхом розвитку вугільної промисловості. Однак в Ісландії це було неможливим. Як ми знаємо, «голота на вигадки хитра»: ісландці швидко усвідомили, що теплими  залишаються добре ізольовані будинки.

Судно антарктичного плавання «Фрам» було Пасивним Будинком!

Джерело: © PHI Пасипедія. «Фрам» Фрітьйофа Нансена

Першим дійсно функціонуючим і повноцінним Пасивним Будинком був зовсім не будинок, а корабель: це був «Фрам» Фрітьйофа Нансена. (1883)

Ф. Нансен писав: ”…зовнішні  боки судна були покриті просмоленим фетром, потім йшов  прошарок із оббивки корком, після нього – панелі оббивки, потім — товстий шар повсті, поруч — герметичний лінолеум,  і останнє — внутрішня обшивка. Стелі салону й кабіни… мали загальну товщину близько 15 дюймів… Ліхтар, який найбільше потерпав від холоду, був захищений трьома шарами скління (один в одному) та різними  іншими  засобами… «Фрам» — це комфортабельна обитель. Незалежно від того, чи стоїть термометр на позначці 22 ° вище нуля, чи на 22 ° нижче, у нас немає вогню в печі. Вентиляція відмінна, тим більше, що ми спорудили повітряні вітрила, які всю зиму  постачають  холодне повітря через вентилятор. Однак, незважаючи на це, ми сидимо тут у теплі й затишку, і тільки лампа горить. Я обмірковую можливість вилучення повністю й печі, вона тільки заважає».

(Ф. Нансен «У ночі і в льодах», Брокгауз, 1887)

Систематичні Дослідження: Вегн Косгеард і Будинок Нульової Енергія DTH

Джерело: © PHI Passipedia. Будинок Нульової Енергії DTH в університетському містечку в Копенгагені

“Будинок Нульової Енергії DTH” професора Вегнома Корсгеардома (Копенгаген, 1973) був також Пасивним Будинком. У Технічному Університеті Данії систематично виконувалися моделювання, оптимізувалися проекти, а також був побудований перший будинок нульової енергії. Цей будинок досі використовується в якості невеликого готелю для університету, ще функціонують усі його пасивні системи, однак активна сонячна технологія не була відновлена після того, як вийшла з ладу. В результаті ідею “Будинок Нульової Енергії DTH” було змінено на користь “енергозберігаючого будинку”.

Див. [Косгеард та інші 1978].

При започаткуванні досліджень Пасивного Будинку був безпосередньо врахований досвід, отриманий з  цього проекту.

Систематичні роботи в Німеччині:  Хьорстер, Стейнмюллер та Філіпс, Експериментальний Будинок

Джерело: © PHI Passipedia. Phttpps Експериментальний Будинок

Phttpps Експериментальний Будинок (Вид.: Хьорстер та ін.)

Одночасно із скандинавськими та американськими розробками систематичні дослідження енергозберігаючих будинків виконувалися в Німеччині:  Х. Херстером (лідер дослідницької групи), Б. Стеиймюллером та іншими за фінансування Федерального Міністерства Досліджень. Шляхом моделювання й перевірки в польових випробуваннях у Німеччині були визначені важливі параметри енергозберігаючих будинків. Результатом стало спорудження суперізольованого будинку для однієї родини з застосуванням активних сонячних технологій, який використовувався в якості  експериментального, хоча він і не заселявся.

Див. [Хьорстер 1980].

Досвід цього проекту також було включено в дослідження Пасивного Будинку від самого початку.

Піонери в Північній Америці: Вільям А. Шеркліфф та Уейн Шик

Джерело: © PHI Passipedia. Приклад “Суперізольованого Будинку” у США

У 70 — 80-их роках цілий ряд північноамериканських будинків  (“суперізольованих будинків”) були дуже наближеними до Пасивного Будинку. Багато публікацій з цього питання зробив Вільям А. Шеркліфф (1981). Його робота стала важливою основою для енергозберігаючих  і Пасивних Будинків у Європі.

Див. [Шеркліфф 1980].

Пасивний Будинок на висоті 2164 метрів: Інститут Скелястих Гір (rmi), A. і Х. Ловінс

Джерело: © PHI Passipedia. Сонячний пасивний будинок у Старому Сноумасі в Колорадо на висоті 2164 метрів

Амори Ловінс , відомий своїми публікаціями про альтернативну енергію, не зупинився на теорії. Він побудував надзвичайно добре ізольований сонячний пасивний будинок у Старому Сноумасі в Колорадо на висоті 2164 метрів. У зимовому саду квітувала тропічна рослинність, а піч використовувалась дуже рідко. Вивчення цих прикладів Пасивних Будинків додало впевненості та гарантії, що фізика працює на практиці. В 1995 році Амори Ловінс відвідав Пасивний Будинок у м. Дармштадт Краніхштайн. Саме він запропонував, щоб Пасивний Будинок розглядався не тільки як науково-дослідна робота, а також як енергетичний стандарт майбутнього.

Див. [Ловінс  1978], [Карлук 1985], [Weizsäcker, Ловінс  1995].

 «Nulli» в Dörpe

Джерело: © PHI Passipedia. “Будинок Нульової Енергії” в Dörpe близько Ганноверу

“Будинок Нульової Енергії” був розрахований Эрхардом Вірс-Кейзером та організацією “Майстерня Екологічного Майбутнього для Низькоенергетичних Будинків і Будинків Нульової Енергії, e. V.” (1989) за наявними значеннями нижчих вимог, ніж до Пасивного Будинку. Але, на жаль, під час експлуатації значення споживання виявились вищими. Проблеми відбувалися через зменшення герметичності (незахищеність з’єднань будівельних конструкцій), ізоляції, зміщеної на внутрішні частини, й технології зберігання сонячної енергії. Пізніше, щоб звільнити простір для нового крила, сонячний резервуар зберігання ємністю 10 м³ було вилучено. Але, як і колись, будинок все ще використовувався в якості “майже Пасивного Будинку”.

Деталізації цього проекту значно сприяв Роберт Борш Лаакс. Див. [Hinz 1994].

До названого проекту долучилося багато членів Дослідницької Групи Пасивного Будинку.

Істотні проблеми з першими будинками спричинялись:

• Недостатнім розумінням важливості герметичних конструкцій. Інформація про герметичність конструкцій була отримана насамперед з Швеції. Один із провідних піонерів у цій галузі — професор Арне Элмрот.
• Нестачею вдалих конструктивних рішень для високоефективних вікон (Ловінс: “Ми повинні були використовувати кращий тепловий поділ для віконних рам.”),  через що вікна часто були маленькими, або вони мали бути заздалегідь покриті тимчасовою ізоляцією. З цієї причини такий  підхід не був широко прийнятним.
• Нестачею надійних технологій ефективного використання енергії. У багатьох проектах ефект був на зразок “технологічних різдвяних ялинок”: складна технологія, яка або зовсім не функціонувала, або функціонувала недовгий час.

Також варто відзначити внесок в розвиток концепції Пасивного Будинку досвід піонерів із Швейцарії (наприклад, Конрад У. Бруннер, Руеди Криези і Йосип Дженни) та з Австрії (Гельмут Крепмайер, Річард Кальдонацці, Стьюр Ларсен).

Супер-енергозберігаючі Будинки Ханса Ік

Джерело: © PHI Passipedia. Таунхауси німецько-шведського проекту Ingolstadt-Halmstad Projekt

Ingolstadt-Halmstadt:  Енергозберігаючі будинки (попит тепла на опалення — 30 кВт·год /м²) у двох країнах, архітектор Ханс Ік (1985)

Шлях до успіху “енергозберігаючого будинку” проклала Швеція. Досвід зі складною й ненадійною технологією надав шведам можливість правильно зробити наступне: високий рівень герметичної, дуже гарної ізоляції, гарні вікна, надійну механічну вентиляцію. Провідним піонером у Швеції був Ханс Ік. Події про будівельні дослідження висвітлені безпосередньо в його життєписі: від “технологічної різдвяної ялинки” і супер-енергозберігаючого будинку до Пасивного Будинку. На фотографії — таунхауси німецько-шведського проекту Ingolstadt-Halmstad Projekt.

Ці таунхауси — не Пасивні Будинки, а лише маленький крок у напрямку до Пасивного Будинку.

Ганс Ік був і є партнером, який співпрацює на всіх стадіях розвитку Пасивного Будинку.

 Енергетично-Незалежний Сонячний Будинок у Фрайбурзі

Джерело: © PHI Passipedia. “Енергетично-Незалежний Сонячний Будинок”

“Енергетично-Незалежний Сонячний Будинок” (ІСІ, Фрайбург 1991/92, Вільгельм Шталь) був побудований в той же самий час, як і Пасивний Будинок у м. Дармштадт. Це також будинок, дуже подібний Пасивному Будинку. Іноді дуже складна технологія незалежного постачання з водяним резервуаром більше не працювала після кінця періоду виміру. Пасивні технології й рекуперація тепла, як виявилося, були дуже ефективні. Сьогодні у цьому будинку ІСІ перевіряє ефективність компактних одиниць опалення Пасивного Будинку при практичних умовах. Під час будівництва цього проекту Дослідницька Група Пасивного Будинку обмінялася інформацію з ІСІ й Вільгельмом Шталєм, і була зроблена взаємна підтримка кожним.

 Пасивний Будинок у м. Дармштадт Краніхштайн

Джерело: © PHI Passipedia. Пасивний Будинок Краніхштайн, південна сторона

Команда вчених брала участь у проекті “Пасивний Будинок — Попередня Науково — Дослідна Робота” – міжнародній співпраці, до якої було залучено також Бо Адамсона та Герда Хаузера. За фінансового сприяння керівництва землі Гессе, Німеччина, систематично досліджувалися вимоги для енергозберігаючих будинків. Були вдосконалені й виготовлені дослідні зразки нових складових елементів будинку, включаючи ізольовані віконні рами, зменшені теплові містки й CO2-відрегульовану вентиляцію.

У 1990-91 рр. Асоціацією розробників приватної власності були побудовані чотири житлові таунхауси за проектом проф. Ботт/Риддер/Вестермейера. Будинки були заселені в 1991 р. Супровідна програма контролю надала інформацію про суперізольовані складові компоненти будинку, вікна, вентиляцію з рекуперацією тепла, користувацьку поведінку, якість повітря в приміщеннях, кількість тепла від внутрішніх джерел тощо.

Джерело: © PHI Passipedia. Пасивний Будинок Краніхштайн, північна сторона

Цей проект підтвердив бездоганне й безперервне функціонування донині всіх важливих складових будинків за умови їх нормальної експлуатації. З 1991 р. середнє споживання енергії для опалення залишилося на рівні менше 10 кВт•год/(м²), заощадження в порівнянні з традиційними будинками становлять більше, ніж 90 %. Було зафіксовано дуже високу якість повітря в приміщеннях, а польовими вимірами й користувацькими оглядами був підтверджений і високий рівень теплового комфорту. Для більшості компонентів (наприклад, ізольованих віконних рам) були вручну зроблені унікальні розв’язки. Бездоганне функціонування застосованих компонентів стало вирішальною причиною для послідуючого виробництва цих якісних складових будівельних конструкцій. Див. [Файст 1992], [Файст, Вернер 1994].

Висновки

Точне визначення Пасивного Будинку – концепції найвищого теплового комфорту з дуже низьким попитом енергії на опалення (охолодження):

«Пасивний Будинок — це будівля, в якій тепловий комфорт (ISO 7730) досягається виключно за рахунок додаткового попереднього підігріву (або охолодження) маси свіжого повітря, необхідного для підтримання в приміщеннях повітря високої якості, без його додаткової рециркуляції». (РНІ).

Це виключно функціональне визначення, яке не містить чисельних значень і є дійсним для всіх типів клімату. Із цього визначення ясно, що Пасивний Будинок — це фундаментальне поняття, а не безпідставно встановлена норма.

Пасивні Будинки не були ніким «винайдені», фактично принцип Пасивного Будинку був виявлений.

Дуже часто в минулому цей принцип застосовувався до того, як  хтось навіть про нього здогадувався.  До відкриття цього принципу долучилось багато людей та установ, і кожний з них вніс важливу частку в його «розгадку». Жодний  список є неповним, тому що, без сумніву, наукова праця завжди заснована на результатах попередньої роботи. Також завжди було важливо мати опонентів — людей, які заявляли, що не дуже схвалюють цей підхід. Вони допомогли зосередитись і розвинути концепцію Пасивного Будинку на більш високому професійному рівні.

“Пасивний Будинок” не є тільки новою назвою “суперізольованого будинку”. Хоча в холодному кліматі Пасивний Будинок зазвичай дуже подібний до таких суперізольованих будинків. Концепція Пасивного Будинку навіть не диктує техніку, що детермінує, якими шляхами повинна досягатись функціональна мета. Зокрема “пасивні сонячні будинки” більш старого походження могли бути основою для функціонуючого Пасивного Будинку. Протягом тривалого часу  “пасивні сонячні будинки” і “суперізольовані будинки” сприймались їхніми прихильниками як конкуруючі поняття. Піонер американської “пасивної сонячної архітектури” Роберт Хастінгс допоміг значною мірою подолати ці протиріччя.

Найбільш істотним моментом є знання про функціональний характер дійсно зручних і енергозберігаючих будинків. Щоб спромогтись спроектувати такий будинок, важливо обчислити його роботу заздалегідь, до початку будівництва. Робота включає тепловий комфорт впродовж зими і  літа, якість повітря в приміщеннях та споживання енергії. У наш вік інструменти для надійного обчислення цих технічних характеристик вже доступні — і це головне для гарного дизайну. Це також є ключем для будівництва Пасивного Будинку, тому що програма PHPP (Пакет Планування Пасивних Будинків) стала доступною для всіх професіоналів у цій галузі. Цей інструмент надійний, зручний і прозорий. РНРР може використовуватись як основа для взаємодії між інвесторами, архітекторами, інженерами та будівельними фахівцями. Використовуючи цю програму,  можна впоратись з усіма важливими проблемами: як то — дизайн системи вентиляції, чи оптимізація шарів ізоляції, чи то уникнення проблем теплових з’єднань, або гарантування внутрішнього комфорту високої якості. Це  перша й найважливіша запорука, що тепер Пасивний Будинок може бути розроблений та побудований кожним архітектором і будівельником (принаймні тими, хто мотивовані, щоб працювати в цьому напрямку).

Перспектива

Завжди цікаво озирнутися назад. Однак, у минулому були абсолютно інші граничні умови — на Землі було не так багато людей. І негативний вплив на довкілля від діяльності людини навіть наближено не був таким великим, як це відбувається сьогодні. Так що цікаво озирнутися назад для того, щоб отримати деякі ідеї. Але це ніколи не може бути «все керуючим принципом» (Ви не можете керувати автомобілем, дивлячись тільки в заднє дзеркало). Ми повинні мати на увазі — «старий золотий вік» ніколи не існував. Якщо ви запитаєте істориків, ви побачите: з невеликого населення, яке існувало будь-коли з ранніх до теперішніх часів, тільки невелика частина людей завжди мала дійсно комфортні умови життя (це ті, хто побудував аристократичний клас). Отже, врешті-решт, постійно озиратися назад – це не завжди приємна перспектива!

Конструктивна перспектива — дивитись з надією вперед. З науковими знаннями, які ми маємо зараз, ми могли б (!) використовувати розумні стійкі технології, які відповідають нашим потребам, якщо не сказати — потребам тих же 9 або 10 млрд. чоловік. Ми не споживали б обмежені ресурси нашої планети і не використовували б занадто багато природної енергії і матеріальних благ; або використовували б не настільки багато, що це може спричиняти будь-яку небезпеку. Так, хтось може також сперечатися, що є дійсно «необхіднім». Але очевидно, що це може бути небезпечний шлях, якщо він закінчиться у боях за розподіл. Таким чином, кращим рішенням є розумне використання науки. А це означає робити науку доступною такій великій кількості людей, наскільки це можливо.

Комусь це може здатися неймовірним, але це можливо. Ми можемо зменшити споживання енергії більш ніж у 5 разів (скажімо, на людину у Великобританії) без зниження комфорту та добробуту. Дивіться, для прикладу, концепцію Пасивного Будинку і «Енергоефективність».

Якщо ми заглянемо в історію, так, ми знаходимо деякі приклади застосування цієї концепції — з набагато менше розвинутими технологіями, які були доступні в більш ранні часи. Отже, є традиційні пасивні будинки (див. верхню частину цієї статті). Ці рішення були відчайдушні та будувалися на труднощах. Таким чином, деякі з цих рішень вже були придумані з труднощів, які їх створили. Так що це може бути навіть небезпечно — пам’ятати старі часи. У нас безумовно є такі суперечки: люди бояться рішення, яке є більш ефективним і використовує менше енергії, тому що вони стурбовані тим, що це рішення може зменшити їх добробут.

Таким чином, гарна ідея — зазирнути в майбутнє і працювати над науковими дослідженнями і розробками для отримання ще кращих рішень. Це те, що визначає спільноту Пасивного Будинку.

Література (РНІ)

[Adamson 1992] Adamson, B. “Passive Climatisation of Residential Buildings in China”, Lund University, Report TABK-92/3006 (1992)
[Korsgaard et al 1978] DTH-Nul-Energihus; Technical University of Denmark, 1978
[Hörster 1980] H. Hörster (Hrsg.): Wege zum energiesparenden Wohnhaus; Hamburg, 1980
[Shurcliff 1980] Super Insulated Houses and Double Envelope Houses, Brick House, Andover, 1st edition 1981
[Lovins 1978] Lovins, A. & H.: Sanfte Energie, Hamburg 1978
[Nansen 1987] Nansen, Fridtjof: Farthest North, Volumes I and II. London: Archibald Constable & Co., 1897
[Carlock 1985] Carlock, M.: A Solid Stand on Solar Battlements; in Solar Age, Jan 1985, S. 19-22
[Weizsäcker, Lovins 1995] Weizsäcker, U.; Lovins, A. & H.: Faktor Vier, München 1995
[Hinz 1994] Hinz, E. et al: Messdatenerfassung und Auswertung beim ökologischen Nullenergiehaus Dörpe, Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt, 1994
[Feist 1992] Feist, W. (Hrsg.): Bauvorbereitendes Forschungsprojekt Passive Häuser; Darmstadt, 1992
[Feist, Werner 1994] Feist, W. und Werner, J.: “Gesamtenergiekennwert < 32 kWh/(m²a)”; Bundesbaublatt 2/1994
[Feist 1997] Feist, W.: “The Passive House in Darmstadt Kranichstein: Planning, construction, Results”; PHI, Darmstadt/Germany 1997. [www.passivehouse.com]

Інформація по Пасивним Будинкам підготовлена ​​за підтримкою Інституту Пасивного Будинку м. Дармштадта, Німеччина (Passivhaus Institut Darmstadt) та за матеріалами автора Стандарту Пасивного Будинку Проф. Доктора Вольфганга Файст  (Wolfgang Feist).
http://www.passiv.de/   http://www.passivehouse-international.org/   http://passipedia.passiv.de/   http://www.passivhaustagung.de/