Ориентация дома по сторонам света на протяжении всей истории человеческого развития для архитекторов была важным элементом в достижении максимального комфорта его обитателям.
Так еще в эпоху неолита крестьяне Китая ориентировали свои жилища на юг, обеспечивая их своеобразными ставнями и мощными тростниковыми свесами кровли, а спустя пару тысячелетий древние города Китая имели ориентацию основных улиц с востока на запад для максимального улавливания зимнего солнца.
Великие мыслители древней Греции: Сократ и Аристотель (4-5 Век до н.э.), говоря о проектах домов отмечали ценность комфорта дома, наполненного солнечными лучами, а так же учили своих учеников разрабатывать проекты домов, которые максимально использовали бы энергию солнца зимой и были защищены от него летом.
Сформулированные самым знаменитым архитектором Римской Империи Витрувийем (85-15г.г. до н. э.) принципы ориентации домов по сторонам света в работе «Архитектура» легли в основы римского права (право на солнечный свет).
Уже в первом веке нашей эры римляне использовали прозрачные материалы: слюду и чистое стекло в конструкции окна, что послужило настоящим прорывом солнечной энергетики в области строительства.
Гармоничное применение солнечного тепла и солнечного света для повышения комфорта проживания отражено во многих архитектурных памятниках во всех уголках света, что говорит о следовании правилам грамотной ориентации жилых домов во все времена.
Лишь в эпоху стремительного развития технологий, массовой урбанизации и энергофикации, ориентация дома по сторонам света стала для архитекторов второстепенным критерием в создании комфортного жилища.
Однако, время это было недолгим, энергетический кризис 1973 года положил начало новому витку научно-технических исследований в области солнечной энергетики и энергоэффективности, одним из результатов которых в 1991 году стал первый пассивный дом построенный в Германии. Позже был сформулирован стандарт пассивного дома, который в настоящий момент должен удовлетворять следующим критериям:
- потребность на отопление не более 15 кВтч/м 2 в год или тепловая нагрузка не более 10 Вт/м 2 ,
- общее потребление первичной энергии не более 120 кВтч/м2 в год,
- кратность воздухообмена при разности давлений в 50 Па наружного и внутреннего воздуха не должна превышать 0.6 в час,
- КПД рекуперации системы вентиляции не менее 75%,
- перегрев не более 28 ºС, и частота перегрева более 25 ºС не более 10% по времени в год.
Несмотря на то, что в стандарте пассивного дома нет прямых указаний по ориентации дома по сторонам света — эта составляющая является основополагающей в достижении цели. Да, именно в достижении цели. Для более теплой и технологически развитой Европы строительство пассивного дома не простая задача, в нашем же российском более суровом климате до недавнего времени считалась непосильной. Энергопотребление на отопление в 15кВтч/м2 в год в нашем климате при существующих 300кВтч/м2 в традиционных домах — погрешность измерения. А выигрыш, например, в 5 кВтч/м2 в год за счет грамотной ориентации по сторонам света для пассивного дома это более 30% от всего энергопотребления, а для среднестатистического Подмосковного дома даже не погрешность измерения (именно поэтому с приходом углеводородной энергетики ориентация домов по сторонам света для архитекторов стала не основополагающим критерием).
Ориентация пассивного дома по сторонам света — это то, с чего архитектор начинает свою работу над проектом. Как и в проектировании обычных домов расположение дома на местности входит в первый этап проектирования — создания эскизного проекта. Но в отличии от традиционного проектирования, где архитектор главным образом решает задачу комфорта в естественном освещении, необходимо одновременно оптимизировать энергобаланс, поскольку светопрозрачные конструкции расположенные не на южной стороне несут отрицательный баланс, в то время как южное остекление при правильном подборе состава остекления обеспечат положительный энергобаланс. Таким образом окна в пассивном доме - это не только источник естественного освещения, но и источник энергии на отопление дома. Таким образом, общие требования стоящие перед архитектором, можно сформулировать помимо традиционных задач так: архитектурные решения и комфорт естественного освещения, необходимо так же максимально увеличить площадь южных светопрозрачных конструкций и минимизировать площадь остекления восточного и западных сторон дома, на северном фасаде дома желательно вообще избегать расположения окон. Однако, это общие рекомендации, не всегда дом возможно сориентировать идеально по сторонам света в силу различных ограничений (геометрии участка с учетом имеющейся застройки), более того, затенения создаваемые соседними зданиями, сооружениями или деревьями могут сделать эту работу бесполезной. Чаще всего архитектору приходиться искать компромисс с учетом энергобаланса, который просчитывается по методике PHPP (пакета проектирования пассивного дома). Методика учитывает ориентации дома по сторонам света, а так же степень затенения каждого окна, что позволяет оценить, как положительное влияние на отопительную нагрузку, так и отрицательную — теплопотери в отопительный период и перегрев в летний период. Именно видя энергобаланс (количество теплопотерь и светопоступлений ) каждого окна архитектор принимает решение по оптимизации ориентации дома, площадей остекления и их расположения на фасаде, обустройства солнцезащиты с учетом формулы стеклопакета.
Стандарт пассивного дома един независимо от климатических условий, это означает, что пассивный дом на юге Германии, на севере Германии и даже в Швеции должен потреблять не более 15кВтч/м2 в год на отопление, и как следствие означает, что если виртуально перенести реальный пассивный дом из Германии в Московскую область, он перестанет быть пассивным (поскольку потребует более, чем 15кВтч/м2 на отопление в год). То есть, проект пассивного дома привязан к местности, как и его ориентация. Принципы проектирования будут те же, а техническое исполнение будет совершенно другое. Например, для достижения максимального положительного баланса южного остекления в центральной Германии применяют однокамерный стеклопакет, в то время как в России двух или трех камерный, в то же время в Германии возможно добиться незначительного положительного баланса на восточном и западном остеклении благодаря ультрасовременной конструкции окна, в то время как в Московской области это пока невозможно.
Современные технологии производства превратили окно (в совокупности с грамотной ориентацией дома по сторонам света) по сути в отопительно-осветительный прибор, который обеспечивая должный комфорт позволяет вписаться в самый жесткий критерий пассивного дома — 15кВтч/м2 в год на отопление.
Другим немаловажным критерием пассивного дома является — общее ограничение в 120кВтч/м2 в год по первичной энергии. Это ограничение позволяют преодолеть такие современные возобновляемые источники энергии, как солнечные коллекторы, солнечные фотоэлектрические панели и тепловые насосы. Солнечные коллекторы и батареи так же требуют южной ориентации, а в некоторых случаях они даже оборудованны системами слежения за солнцем. В любом случая, приступая к проектированию пассивного дома, архитектор планирует их размещение с учетом ориентации, как дома, так и самих солнечных устройств. Солнечные коллекторы и батареи являются высокоэффективными устройствами, поэтому правильная ориентация для них особенно важна, поскольку существенно повышает их КПД, тем самым снижая срок их окупаемости. Затенение солнечных устройств не допускается вовсе.
Совет профессионала.
При проектировании пассивного дома следует стремиться к максимальной площади не затененного в зимний период южного остекления, оптимизации западного и восточного остекления (как по площади так и по затенению) и минимизации северного остекления.