Многим известно, что в странах Евросоюза принята программа поэтапного почти полного прекращения до 2050 г. выбросов углекислого газа в атмосферу за счет перехода на возобновляемые источники энергии. Достижение такой амбициозной цели невозможно без строительства жилых и общественных зданий, в которых энергия, достаточная для функционирования всех их систем, была бы минимальной, то есть ее потребление ограничивалось бы на уровне 15 кВт/м кв в год. Эта же цель касается приватных домов коттеджного типа.

При проектировании современных коттеджей обычно следуют таким ключевым требованиям:
— они должны иметь запоминающийся облик с достаточно большими площадями остекления,
— потреблять как можно меньше энергии, которую целесообразнее вырабатывать прямо в пределах усадебной территории.
Совершенно очевидно противоречие между двумя приведенными требованиями. Действительно, при наличии больших площадей остекления, через которые происходит потеря значительной части тепловой энергии, сложно гарантировать небольшое потребление коттеджем энергии в целом.
Современные строительные материалы, технологии и технические устройства позволяют построить эффективные адаптивные (приспосабливающиеся к изменяющимся окружающим условиям) ограждающие оболочки коттеджей.
Итак, в ходе эксплуатации здания основные затраты различных видов энергии приходятся на отопление, кондиционирование, вентиляцию, освещение, бытовые приборы. Кардинальное сокращение потребления энергии может стать реальностью в случае внедрения следующих инноваций:

1. Применение высокоизолированных стеновых материалов способных аккумулировать тепловую энергию солнца с последующим ее использованием напрямую (в зимний период или в ночное время в межсезонье) или преобразования в холод для кондиционирования или электрическую энергию. Примером таких материалов могут служить стеновые панели, заполненные веществом на основе воска, которое способно переменно переходить из твердого состояния в жидкое (при поглощении солнечного тепла) и наоборот (при передаче тепла внутрь помещения). Тепловая инерционность при передаче тепла внутрь помещения может быть уменьшена в случае прокладки вентиляционных каналов с регулируемыми выходами непосредственно через тело панели. Конструкция стеновых строительных панелей на основе двухфазового состояния вещества приведена на рис. 1.

2. Внедрение универсальных блоков «вентиляция-отопление-охлаждение», включающих рекуператоры с коэффициентом эффективности 85% и производительностью более 100 метров кубических в час, а также пылевые и органические фильтры. Плоская компактная конструкция блока, представленная на рис.2, незаметно интегрируется в ограждающие конструкции здания и позволяет утилизировать (нагреть или охладить приточный воздух) энергию удаляемого из помещения воздуха. Комбинируя такие блоки с мехатронным программируемым открыванием оконных створок получаем гибридную систему вентиляции коттеджа, позволяющую свести к минимуму затраты электрической энергии на ее эксплуатацию с соблюдением требуемых качества и объемов воздуха.

3. Использование сдвижных изолирующих элементов, способных дополнительно закрывать оконные и дверные проемы в зимний период или ночное время. Подвижные панели несложно реализовать на базе конструкций раздвижных стеклянных дверей. Внешний облик и место установки изолирующих элементов показано на рис.3.

4. Одним из основных факторов теплоизоляции здания является повышение теплоизолирующих свойств стеклопакетов. За последние пять лет ведущими производителями в этом направлении сделано немало — коэффициент теплопередачи стеклопакетов доведен до 0,5 Вт/м кв К. Кроме того, появилось архитектурное динамическое стекло, которое изменяет прозрачность в зависимости от потребностей. В комплексе с датчиками яркости и автоматизированной системой управления домом они становятся неотъемлемой частью адаптивной оболочки. Существует немало примеров использования стеклопакетов со стеклами изменяемой прозрачности (рис. 4).

5. Важнейшей компонентой любого современного загородного дома являются солнечные батареи. Несмотря на некоторые недостатки (невысокая эффективность, дороговизна) они обладают неоспоримыми преимуществами: выдают фактически универсальный вид энергии – электрическую, за счет которой легко интегрируются в автоматизированную систему управления домом; не имеют движущихся элементов (ветрогенераторы имеют роторы, солнечные коллекторы – движущийся теплоноситель), которые снижают надежность любого технического устройства; могут устанавливаться даже в оконные или дверные стеклопакеты (пленочные вид солнечных батарей), тем самым выполняя роль солнцезащиты и придавая зданию некоторую архитектурную выразительность (рис.5).

6. Все элементы энергоэффективной адаптивной оболочки дома объединяет автоматизированная система управления, состоящая из интегрального пульта управления, комплекса датчиков и исполнительных устройств. Обобщенная схема приведена на рис.6.

7. В Европе активно идут работы по переходу бытовых электрических сетей на стандарт «постоянное напряжение 24 В», который стимулирует выпуск соответствующей бытовой техники и позволит увязать производство энергии с помощью солнечных батарей и всех бытовых электропотребителей.

Значительная часть рассмотренных компонентов адаптивной энергоэффективной ограждающей оболочки успешно реализована в здании, которое построено в бухте Шлей на берегу Балтийского моря компанией Schuco (рис.7).

В летний период солнечные батареи вырабатывают избыточное количество электрической энергии, которая продается энергокомпании. В зимний время недостающая энергия поступает из общей электросети, причем годовой баланс позитивный в пользу жителей дома. Гибридная система вентиляции в полном объеме обеспечивает помещения дома воздухом с заданными качеством и температурой.

Таким образом, несмотря на то, что рассмотренный подход к строительству приватных энергоэффективных домов весьма затратен и требует перехода на низковольтные электропотребители, он позволяет:
— вырабатывать энергию, в целом достаточную для создания комфортного микроклимата в помещениях здания,
— обеспечивать энергетическую автономию объекта, избежать в будущем потерь при транспортировке энергии до потребителя, повысить жизнестойкость региона в целом.