Дом-лаборатория: в Карелии проектируют энергосберегающее жилье для Арктики

В Ботаническом саду ПетрГУ построен необычный деревянный дом-лаборатория. Одна его половина — двойной сруб, другая — утепленный каркас. В доме установлено 250 датчиков температуры и влажности. Ученые Финляндии, Норвегии, Швеции и России решили найти самый экологичный и недорогой вариант строительства жилья для арктических территорий.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе, преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: "Республика"/ Максим Смирнов.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе», преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: «Республика»/ Максим Смирнов

«Видите, на дисплее тепловизора в углу комнаты небольшая синяя точка, это значит, температура поверхности там низкая, до +12 градусов, стены же держат нормальную температуру +20… + 22 градуса по Цельсию. Над электрическими конвекторами — красная полоса, значит, здесь стена теплее. Прибор показывает, что теплопотерь в комнате нет», —   доцент кафедры технологии и организации строительства ПетрГУ Александр Кузьменков проверяет с помощью прибора распределение температуры на поверхности стен лаборатории, построенной в Ботаническом саду ПетрГУ.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе, преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: "Республика"/ Максим Смирнов.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе», преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: «Республика»/ Максим Смирнов

Недорого и экологично

Идея проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе» появилась потому, что ученые и специалисты разных стран давно обратили внимание на проблему снижения экономической эффективности современного северного домостроения, а также на то, что зачастую здания как в Европе, так и в России не соответствуют последним экологическим требованиям.

Ученые решили создать инновационную модель «зеленого дома», то есть здания, построенного из экологических материалов. В качестве основного конструктивного материала стен использована древесина, поскольку это экологически чистый и возобновляемый ресурс. Суть работы в том, чтобы измерить все параметры материалов и инфраструктуры дома — систем отопления и вентиляции, а в итоге предложить людям модели зданий, наиболее выгодные в экологическом и экономическом плане для строительства на севере.

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: «Республика»/Максим Смирнов

В проекте «Зеленое строительство в Арктическом регионе» по программе приграничного сотрудничества «Коларктик» участвуют университеты пяти городов: Оулу, Тромсё, Умео, Мурманска и Петрозаводска. Общая стоимость проекта — полтора миллиона евро.

Как рассказал руководитель проекта в ПетрГУ, доцент кафедры технологии и организации строительства Александр Кузьменков, карельский вуз проводит работу в сотрудничестве с Мурманским государственным техническим университетом (МГТУ). Петрозаводск не входит в Арктическую зону, но имеет необходимую научную базу. К тому же Карелия заинтересована во внедрении зеленых технологий и моделей экономичного индивидуального жилищного строительства.

«По статистике у нас в республике немало жилья строится. Последние цифры по году — где-то 280 тысяч квадратных метров. Мы обратили внимание, что доля индивидуального жилищного строительства в последние годы постоянно растет. По 2019 году почти 40% жилья — это ИЖС. И эта цифра растет. Люди хотят строить собственное жилье. И сегодняшняя ситуация с пандемией этот процесс подхлестнула. В принципе многие жители больших городов стремятся убежать из «муравейников», и Карелия не исключение. Наше богатство — лес, и мы сконцентрировались на нем. В 2018 году подвернулась возможность принять участие в проекте по программе приграничного сотрудничества «Коларктик». Так всё и началось, — сказал Александр Кузьменков.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе, преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: "Республика"/ Максим Смирнов.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе», преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: «Республика»/ Максим Смирнов

Подопытный дом

Ученые ПетрГУ и МГТУ разработали модель лаборатории для тестирования зеленых технологий и оценки эффективности их работы на северных территориях — это, по сути, дом, который состоит из двух частей: одна половина построена по каркасной технологии, другая — двойной сруб из тонкомерного бревна.

Один дом-лабораторию построили на территории Ботанического сада ПетрГУ в Петрозаводске, а другой, такой же, — в Мурманской области. Их проектировали и возводили специалисты малого инновационного предприятия ПетрГУ «Энергоэффективное домостроение».

«Мы приняли решение попробовать исследовать две технологии: классический каркас с минеральной плитой — это то, что известно в мире: и в Канаде, и в США, и в Скандинавии. Опыт каркасного строительства в мире большой, хотя в нашу российскую жизнь он входит тяжело. Почему? В России всё же часто люди выбирают деревянный сруб, а не каркас, потому что каркас не вызывает чувства безопасности. Но люди сегодня строят каркасные дома, потому что это дешевле и энергоэффективнее. Вторая технология — это двойной сруб. То есть когда стенка состоит из двух слоев тонкомерных бревен или брусьев, а между ними воздушная прослойка 100 миллиметров, которая заполняется каким-нибудь теплоизоляционным материалом. Мы в Карелии живем, и мы сделали попытку сохранить архитектурный облик здания, построить классическую бревенчатую конструкцию, но уже на другом уровне технологий, на другом уровне энергоэффективности», — рассказал Александр Кузьменков.

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: "Республика"/Максим Смирнов

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: «Республика»/Максим Смирнов

 

Специалист пояснил, что если строить дом из кругляка, то толщина плотного слоя древесины должна быть 40 сантиметров — это чтобы стена соответствовала лишь минимальным нормативам по теплотехнике. Тонкомерное бревно всё же доступнее и дешевле.

Лаборатория в Ботаническом саду оснащена энергоэффективным инженерным оборудованием, а также специальной системой мониторинга для проведения исследований. В стенах установлена система датчиков, которая позволяет отслеживать показатели температуры и влажности, оценивать потери тепловой энергии.

Система вентиляции в доме-лаборатории в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: "Республика"/Максим Смирнов

Система вентиляции в доме-лаборатории в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: «Республика»/Максим Смирнов

Александр Кузьменков рассказал, что полость между бревнами сруба стены в экспериментальном доме разделена на три части. Одна часть заполнена льняными матами, вторая — древесной стружкой, а третья пустая. Северная стена каркасной части дома также разделена на три части. Одна часть утеплена льняными матами, средняя часть — эковатой методом напыления, а третья часть утеплена матами со взморником — это материал на основе сушеных водорослей. В каждую часть вставлены датчики. Такое решение позволит оценить эффективность различных утеплителей в зданиях в разных климатических условиях.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе, преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: "Республика"/ Максим Смирнов.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе», преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: «Республика»/ Максим Смирнов

Для теплоснабжения дома рассматривались различные варианты. Специалисты сошлись во мнении, что электрический подогрев пола может привести к рассыханию древесины и ее деформации, водяной подогрев в цементно-песчаной стяжке не подходит для деревянного дома, а вот низкотемпературные электрические инфракрасные панели — это то, что может быть эффективным. Остановились на норвежских конвекторах. У них есть Wi-Fi-управление, что позволяет менять параметры отопления даже с обычного смартфона.

Основная система вентиляции — так называемая приточно-вытяжная, то есть она обеспечивает дом свежим воздухом без проникновения холодных потоков. Возможно использовать и альтернативную систему естественной вентиляции, которая более актуальна для бревенчатой части лаборатории.

Датчики передают информацию на сервер, далее ее будут анализировать специалисты карельского вуза. Александр Кузьменков сказал, что пока назвать какие-то уже просчитанные цифры нельзя. Сейчас информация только собирается.

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: "Республика"/Максим Смирнов

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: «Республика»/Максим Смирнов

«На первом этапе исследований мы хотим обеспечить нормативные внутренние условия, то есть +22… +24 градуса по Цельсию и влажность — 40-60%. Пока это реализуется за счет электрической системы отопления. Потом можно будет посмотреть и вариант с печным отоплением, например. То есть здесь можно исследовать, проверять разные системы отопления и вентиляции. В конечном итоге рассматривается возможность внедрения системы «умного дома», то есть комплексного управления инженерными системами, о чем мы тоже думаем.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе, преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: "Республика"/ Максим Смирнов.

Руководитель проекта «Зеленое строительство в Арктическом регионе», преподаватель ПетрГУ Александр Кузьменков. Фото: «Республика»/ Максим Смирнов

Александр Кузьменков рассказал, что  для расчетов принимаются во внимание два глобальных параметра — затраты на строительство и затраты на дальнейшую эксплуатацию. Суть в том, чтобы найти баланс между этими затратами и просчитать самый энергоэффективный и в то же время экономически выгодный, недорогой вариант строительства здания для разных климатических зон севера. Итоги масштабных исследований будут опубликованы и доступны для бизнес-компаний и организаций, ученых, широкой общественности.

Исследования продлятся до конца 2021 года. К этому времени будут проведены все основные расчеты. Возможно, экспериментальные исследования продлят и на следующую зиму. Пока этот вопрос обсуждается.

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: "Республика"/Максим Смирнов

Дом-лаборатория в Ботаническом саду ПетрГУ. Фото: «Республика»/Максим Смирнов