Застосування принципів Пасивного Будинку в різних кліматах

As the international Passive House standard has spread from Germany to all corners of the world, questions inevitably have arisen over how well this standard applies to climates that differ from Germany's cool, temperate one. The Passive House Institute (PHI) has devoted significant research to this question and made adjustments when necessary, such as adapting the classic PH standard to account for additional demand for dehumidification in humid climates. Many other institutions and organizations have contributed extensive research to the design and construction of very low-energy buildings for a range of climate types. In several countries, tailored Passive House requirements have been developed in response to concerns about the climate specificity of the international PH standards.

Regardless of these concerns, an understanding of Passive House principles, which are solidly rooted in building physics, is critical to the construction or retrofit of high-performance buildings. Indeed, as the PH approach has spread globally, it has transformed the conversation about what is possible to achieve with a high-performance envelope. The Passive House buildings constructed in diverse climate types—especially those that have been monitored and whose results have been published—provide irrefutable evidence of this approach's success. That said, almost any PH project—particularly those designed by novice PH practitioners—can be viewed to a certain extent as a building science experiment, and practitioners with the most experience in a given climate offer valuable insights for new designers.

Середземноморські рішення для клімату

Міхеель Вассуф, сертифікований дизайнер PH з Барселони, Іспанія, представив результати моніторингу двох PH резиденцій у своєму регіоні на Міжнародній конференції PH 2015 року, щоб розвіяти сумніви щодо придатності Пасивного Будинку для середземноморського літа. Один з проєктів був реконструкцією невеликого рядового будинку, збудованого в 1918 році і розташованого на півночі Барселони. Реконструкція, спланована та проведена архітекторами з Calderon Folch Sarsanedas, передбачала додавання ізоляції до стін, даху та підлоги, а також встановлення нових високоефективних, низькоемісійних вікон, включаючи мансардне вікно з південно-західною орієнтацією для збільшення зимових сонячних вигод. Попит на опалення різко знизився з 171 кВт·год/м²а до всього лише 17,5 кВт·год/м²а; що вражає, будинок не мав кондиціонування, але підтримував комфортні температури.

Схожі результати комфорту були представлені архітекторами Жозепом Буньєском та Сільвією Прієто на конференції PHI 2015 року на основі їхнього моніторингу п'яти PH резиденцій на північному сході Іспанії — двох у Лейді та трьох у Піренеях. Вони дійшли висновку, що для новобудов та реконструкцій Пасивний Будинок має бути обов'язковим або, принаймні, стандартом, який клієнти вимагають для свого комфорту, економічної вигоди та добробуту Землі. Як архітектори, які використовують метод PH з 2009 року і стали свідками його вражаючих результатів, вони заявили, що вважали б морально неможливим повернутися до інших підходів до проектування.

Адаптація до змішаних вологих кліматів

Адам Коен, досвідчений дизайнер і будівельник PH у Вірджинії, є на передовій адаптації принципів Пасивного Будинку до змішаних вологих кліматів. Він досяг багатьох перших досягнень PH у Сполучених Штатах, включаючи проектування та будівництво великої збірної будівлі з комерційною кухнею всередині термічного контуру та, нещодавно, стоматологічної клініки.

Згідно з Коеном, найважливішим аспектом у цих кліматах є обмеження прямого сонячного випромінювання, особливо під час перехідних сезонів, коли перегрів може стати значною проблемою. Енергетичний рекуператор (ERV) для зменшення вологості, що потрапляє в будівлю, є необхідним, так само як і встановлення попереднього охолодження та попереднього зневоднення на ERV для зниження вхідного латентного та чутливого навантаження. Нарешті, мешканцям будівлі потрібно навчання щодо управління внутрішніми тепловими навантаженнями під час найспекотніших місяців, активуючи неавтоматизовані системи затінення та, можливо, обмежуючи тривале приготування їжі або електричні навантаження, оскільки будівлі Пасивного Будинку утримують тепло, а нічне охолодження у вологих кліматах часто не є практичним.

М'які кліматичні міркування

У м'якших кліматах, де навантаження на кондиціювання приміщень можна мінімізувати за допомогою оболонки Пасивного Будинку, виникають інші виклики. Поєднання систем вентиляції та розподілу кондиціювання приміщень може створити переваги в економії простору. Однак, оскільки кондиціювання приміщень зазвичай вимагає вищих повітряних потоків, ніж вентиляція, ця стратегія має вроджені труднощі.

One Sky Homes, каліфорнійська компанія з дизайну та будівництва, експериментувала з інноваційними рішеннями. У їхньому ретрофіті будинку в Саннівейлі вони встановили як рекуператор тепла (HRV), так і міні-спліт тепловий насос, які разом постачають свіже повітря та кондиціоноване повітря в загальні зони. Замість того, щоб прокладати повітроводи для будь-якого з пристроїв, коридори функціонують як повітряні плени для транспортування повітря до спалень. Безперервно працюючі витяжні вентилятори з низьким об'ємом повітря з ефективними електронно-комутованими моторами (ECMs) допомагають всмоктувати свіже, кондиціоноване повітря в спальні. Моніторинг якості повітря в приміщенні та енергоспоживання підтвердив ефективність цієї стратегії.

Управління вологістю в дощових регіонах

У дощових районах, таких як Тихоокеанський Північний Захід Сполучених Штатів, управління обсягом води стає критично важливим питанням для всіх будівель, включаючи Пасивні Будинки. Вентильований дощовий екран, який забезпечує канал, де обсяг вологи може стікати або випаровуватися, розташований безпосередньо всередині зовнішньої обшивки, слугує ключовою деталлю в цих районах. Практики Пасивного Будинку стали вправними у поєднанні цієї функції з необхідною зовнішньою ізоляцією.

Звичайна збірка зовнішньої стіни в цих регіонах включає, ззовні всередину, зовнішню обшивку, вентильований простір дощового екрана, створений за допомогою брусів, які утримують на місці бар'єр, стійкий до погодних умов, над зовнішньою ізоляцією, і, нарешті, каркасну стіну. Деякі будівельники використовували зовнішнє покриття, просочене воском, оскільки воно може функціонувати як бар'єр, стійкий до погодних умов, так і повітряний бар'єр, коли його шви ретельно герметизовані.

Механічна вентиляція, специфічна для клімату

Система механічної вентиляції повинна бути спроектована з урахуванням місцевого клімату. У холодніших кліматах ефективність рекуперації тепла HRV повинна становити не менше 80 відсотків, тоді як у прохолодних помірних кліматах мінімальна ефективність може знижуватися до 75 відсотків. Крім того, використання ERV може бути необхідним у холодніших кліматах для підтримання прийнятного рівня вологості в приміщенні взимку, оскільки свіже зовнішнє повітря зазвичай має дуже низьку вологість.

У дуже м'яких кліматах, де вікна можуть залишатися відкритими майже протягом усього року, іноді виникають питання про необхідність механічної вентиляції. Нещодавнє дослідження в районах Нової Зеландії з м'яким кліматом розглянуло це питання в 15 будинках у трьох кліматичних зонах. Ці будівлі були протестовані на герметичність і рівні забруднюючих речовин у приміщенні. Результати показали, що навіть дуже протікальні будинки не гарантують доброї якості повітря в приміщенні, оскільки рівні забруднюючих речовин значно залежали від щоденних вітрових умов. Це дослідження підтверджує те, що багато інших спостерігали: випадкові витоки в оболонці будівлі не забезпечують гарантії здорової якості повітря в приміщенні.

Розгляди якості повітря в приміщеннях

У всіх кліматах якість повітря в приміщеннях повинна активно враховуватися. Навіть при постійній механічній вентиляції, що постачає свіже повітря в будівлю Passive House, не всі проблеми якості повітря в приміщеннях можуть бути вирішені. У герметичних будинках використання менш токсичних будівельних матеріалів стає все більш важливим, особливо для матеріалів з найбільшою внутрішньою поверхнею, таких як підлога в усьому житлі.

При використанні інженерної деревини розглядайте продукти, які є або з низьким вмістом формальдегіду, або без формальдегіду для підлоги та шаф. Комісія з повітряних ресурсів Каліфорнії (CARB) веде список відповідних дерев'яних продуктів; дослідження показали, що вибір цих продуктів може знизити рівень формальдегіду в приміщенні більш ніж на 40 відсотків.

Вентиляція кухні представляє особливі виклики в житлах Passive House. Хоча підхід PH передбачає видалення повітря з кухонної зони, він не обов'язково вказує на наявність витяжки. Однак дослідження вказують на те, що цей підхід може призвести до погіршення якості повітря в приміщенні, залежно від дизайну механічної системи та того, чи є плита газовою, електричною чи індукційною.

Для оптимального видалення забруднюючих речовин, пов'язаних з приготуванням їжі — як побічних продуктів згоряння, так і часток та хімікатів, що генеруються під час будь-якого процесу приготування — рекомендується витяжка, розташована над плитою, яка покриває всі конфорки та забезпечує 100 до 200 кубічних футів (2.83–5.66 м³) цільової вентиляції на хвилину. Витяжки з плоским дном менш ефективні в захопленні забруднюючих викидів у порівнянні з більш конічними дизайнами. Замовлення вентиляційних систем після встановлення та виконання регулярного обслуговування є критично важливими для забезпечення належної роботи, а мешканцям часто потрібна освіта щодо експлуатації системи.

Незалежно від типу клімату, зараз у світі існують приклади успішної реалізації принципів Passive House. Глобальне впровадження цих принципів продовжує зростати, доводячи, що за належної адаптації та розуміння місцевих умов дизайн Passive House може забезпечити винятковий комфорт, користь для здоров'я та енергоефективність практично в будь-якому кліматі на Землі.