Створювати українські пасивні будинки

З авдяки технічному прогресу людство створює все більш комфортні умови для життя, проте досі залишається залежним від довкілля і природних ресурсів. Будинок рятував людину від суворих погодних умов, диких тварин та катаклізмів. Однак погіршення стану довкілля та зміни клімату змушують будівельну галузь адаптуватися. Сучасні будинки не лише мають бути безпечними й комфортними, а й економити ресурси та скорочувати обсяги викидів і відходів. І такі рішення з’являються. Українська команда Haus.me створює інженерні системи, що наближають людей до шуканої свободи, не пориваючи зв’язку з природою.

Енергоефективність та автономія: жага до свободи

Будівництво — одне з найдавніших людських занять. З появою перших домівок та складів для зерна людство поступово віддалялося від природного середовища і починало трансформувати навколишній ландшафт задля забезпечення власних потреб. Цей процес особливо прискорився з середини XVIII століття під час промислової революції, у результаті якої людство щорічно стало споживати все більше енергії. Поряд із промисловістю і сільським господарством, велику частку енергоспоживання бере на себе галузь будівництва і житловий сектор.

Використання традиційних джерел енергії — вугілля, природного газу, нафти — призводить до викидів у повітря парникових газів, що є одним із вагомих чинників зміни клімату на Землі. Міжнародне енергетичне агентство очікує, що до 2030 року споживання енергії виросте вдвічі, тому закликає шукати нові енергоефективні рішення, зокрема у сфері будівництва.

Архітектори та будівельники-інноватори почали розробляти енергоефективні стандарти будівництва на межі 60‒70-х років минулого століття, коли політична криза на Близькому Сході трансформувалась у нафтове ембарго та енергетичну кризу. Енергоефективність будівлі полягає у зменшенні показника питомого енергоспоживання [кВт-год/м2] без погіршення параметрів внутрішнього середовища та комфорту. Існує декілька класів енергоефективності будинків. Це класифікація від старих будинків, що потребують близько 300 кВт год/м2 на рік, до «будівель плюсової енергії», що виробляють енергії більше, ніж витрачають. Сюди належать і так звані пасивні будівлі, що споживають до 15 кВт год/м2 на рік.

Вікна з потрійним склопакетом і пасивне використання сонячної енергії були першими кроками до скорочення енергетичних витрат. Ці та розроблені протягом наступних десяти років системи вентиляції і фільтрації повітря, віконні технології та будівельні матеріали лягли в основу одного з енергоефективних підходів — пасивного будівництва.

Концепція пасивного будинку виникла 1988 року, а перші стандарти пасивних споруд були встановлені в 1995 році новоствореним Інститутом пасивного будинку (Passive House Institute) в німецькому місті Дармштадті і оновлені в 2015 році. Вони досі є найвимогливішими нормами будівництва: станом на 2016 рік у світі серед 60 тисяч пасивних будинків, що ефективно використовують сонячну енергію і є суперізольованими, лише 14 тисяч досягли необхідних критеріїв та отримали сертифікат Інституту пасивного будинку.

Сьогодні чимало держав визнають необхідність енергоефективного будівництва. Проте напрям пасивного будівництва залишається нішевим та продовжує розвиватися саме в тих країнах, де були розроблені його принципи й перші прототипи пасивних домівок. Серед них Німеччина, Канада, Сполучені Штати, Швеція та Швейцарія.

Українські компанії пропонують власні продукти в галузі енергоефективних будівель через використання екологічних матеріалів (наприклад, костриці конопель, як Hempire), рішення для розумних будинків, що допомагають оптимізувати опалення, тощо. Декілька компаній спеціалізуються на пасивному будівництві. Однією з них є Haus.me, що створила «розумний» автономний будинок.

Після аналізу потреб європейських споживачів команда українського стартапу Haus.me на чолі з його засновником Максимом Гербутом взяла за мету розробити проєкт будинку, який не лише заощаджує енергію, але є автономним від мереж енерго- та водопостачання.

Від вікон до інженерних систем

Максим Гербут навчався на енергетичному факультеті Приазовського технічного університету. Свій перший професійний досвід він отримав на металургійному заводі, де мав справу з автоматизованими виробничими системами. Після економічної кризи 1998 року разом із партнерами почав реалізовувати будівельні проєкти, зокрема, налагодив виробництво енергоефективних вікон. Звідти, за словами Максима, розпочався «звичайний процес життя» його команди, який через сімнадцять років привів до хай-тек-стартапу, що розробляє інженерні системи для автономних будинків.

Максим розповідає, що робота на виробництві дала поштовх його підприємницькій кар’єрі, бо навчила дисципліні та професійній етиці. Перші завдання, пов’язані з системами енергозабезпечення, надходили саме від колишніх клієнтів. Так почалося більш глибоке занурення в інженерну складову будівельного процесу: Максим і його інженери закуповували новітні прилади та досліджували інноваційні технології, про які дізнавалися з міжнародних виставок та конференцій. Згодом почали застосовувати набуті знання — створили нову компанію, яка проєктувала будинки та інженерні системи, оснащені технологічними новинками: сонячними батареями, геліоколекторами, тепловими насосами тощо.

Інженери Haus.me ще у 2014 відчули, що їхні ідеї значно випереджають темпи України на шляху до енергоефективного будівництва. Тож вирішили підкорювати своїми технологіями автономного будівництва складний, насичений та звиклий до інновацій німецький ринок.

Створена під назвою PassivDom, українська компанія восени 2019 року провела ребрендинг і для західних ринків змінила назву на Haus.me. В Україні команда планує продовжити роботу під початковою назвою.

Будинок компанії Haus.me: модульний, автономний та мобільний

Максим пригадує, що створення їхніх будинків почалося з маркетингового дослідження. Команда зібрала запити німецьких користувачів у мережі щодо функцій, характеристик та властивостей тих технологій, які вони шукали для своїх осель, та поєднала це з власними ідеями та ноу-хау, котрі накопичилися за роки спільної роботи. У 2016 році команда Haus.me завершила прототип будинку.

— Коли я показав наші напрацювання та розрахунки професору Вольфгангу Файсту (засновник концепції пасивного будинку. — ред.) в Інституті пасивного будинку в Дармштадті, нам сказали, що це ніколи не буде працювати, ніколи нікому не буде потрібно, і що це не має жодного сенсу. Тоді ми зрозуміли, що цим треба займатись.

Фаза проєктування тривала чотири роки. За цей час Haus.me розробили три моделі будинків (для двох людей, сім’ї з однією дитиною і з двома дітьми) і звели кілька експериментальних домівок, одну з яких — в Україні. У 2018 році команда Haus.me почала співпрацювати з громадською організацією Greencubator та отримала грант за перемогу в конкурсі «Кліматичні інноваційні ваучери». Цю ініціативу ГО реалізує разом із ЄБРР в рамках їхньої програми «Центр передачі технологій і фінансів у сфері зміни клімату» (FINTECC) за фінансування Європейського Союзу.

На думку Максима, реалізація такого амбітного продукту командою з десяти інженерів стала можливою завдяки нешаблонному підходу до завдань. Інженери Haus.me поєднали досягнення модульного prefab-будівництва, інтегрували наявні пасивні технології, а також розробили власні системи та матеріали. У результаті вдалося створити простий у використанні, надійний та автономний від будь-яких мереж енергопостачання будинок:

— На даний час у світі є лише один мобільний, повністю автономний будинок, який може функціонувати у будь-якому кліматі і будь-яких обставинах. Це наш проєкт.

Справді, будинок компанії Haus.me є незалежним від електромереж. Це перший дім, який може повноцінно функціонувати винятково на сонячній енергії, зокрема й узимку. Навіть за температури -20°С будинок витрачає до 860 Вт*год — це близько 6,5% від потужності сонячних батарей на даху будинку. У похмурі дні сонячні батареї працюють у чверть сили, тож дім використовує залишкову енергію, яка зберігається в безпечних літій-ферум-фосфатних акумуляторах. Максим пояснює, що такі показники можливі завдяки суперізольованим стінам та вікнам будинку, а також програмному забезпеченню, яке грамотно розподіляє енергію між усіма системами. Все це дає змогу розумному дому споживати менше одного кВт енергії на годину — це в чотири рази менше, ніж споживає сертифікований пасивний будинок.

Суперізольований та надійний

Композитний матеріал, із якого виготовлений будинок, міцний, як сталь, але значно легший, тому він гнеться і не ламається. Розробники пояснюють, що цей матеріал настільки надійний та стійкий до ультрафіолетового випромінювання, дощу, морозу чи експлуатації, що компанія дає на нього довічну гарантію. У середньому Haus.me дає гарантію до 15 років на окремі блоки будинку, у випадку проблеми їх можна просто замінити. Каркас складають подібно до фюзеляжу літака, а обшивають, як композитні яхти. Стіни будинку вкривають склопластиком. Всередині вони поєднують декілька композитних шарів, тож теплопровідність такої 25-сантиметрової стіни, за розрахунками розробників, приблизно така ж, як і в цегляної стіни завтовшки 9 метрів. З такою герметизацією будинку не страшні повені, вітри чи критичні температури. Максим навіть жартує, що якщо не відчиняти двері, то будинок може плавати по озеру.

Технологія виготовлення вікон — один із ключових аспектів унікальності та ефективності конструкції:

— Велика відмінність нашого будинку в тому, що, по суті, це будинок з найтеплішими вікнами у світі. Ніхто не використовує подібну технологію, що ми винайшли і запатентували, — такі широкі та теплі енергоефективні вікна.

Максим пояснює, що більшість енергоефективних будинків Європи та США мають мінімальну площу вікон, бо виготовити енергоощадне скло непросто. Проте інженери Haus.me розробили безрамний метод скління, який дає змогу створювати скляні поверхні з такими ж властивостями, як теплоізольовані стіни будинку. Одне вікно товщиною 250 мм — це повністю ізольована система з шести шарів загартованого скла, яка поглинає інфрачервоне випромінювання та зберігає його, як сонячний колектор. У вікна можна також встановити додаткові функції, як-от систему керування ступенем тонування скла — подібні використовують у літаках Boeing Dreamliner.

Самостійний та ергономічний

Будинок, створений компанією Haus.me, має центральний комп’ютер, що збирає дані з усіх інженерних систем будинку: усіма системами та функціями можна керувати голосом або через мобільний застосунок. Наприклад, натиснувши одну кнопку, можна затонувати скло на вікнах (електрохроматичні властивості матеріалу дозволяють змінювати тон скла від електричної напруги. — ред.) чи закрити жалюзі. Проте це лише незначна частина можливостей програмного забезпечення:

— Будинок локально може приймати будь-які рішення, дивлячись на обставини, що його оточують, і бажання людини, що тут живе.

Засновник Haus.me розповідає, що сенсори в будинку збирають дані про стан систем та приладів, якість води й повітря та активність мешканців у реальному часі. Далі цю інформацію обробляє локальний сервер, який керує системами будинку та розподіляє енергію між ними. Наприклад, будинок може зробити освітлення яскравішим, якщо «зафіксує» вечірку, і навпаки — поступово приглушувати світло, коли вже час спати. Декілька сенсорів у будинку збирають дані про те, як мешканці користуються освітленням, і надалі підлаштовують його інтенсивність.

З огляду на кількість людей у приміщенні та характер їхніх занять, будинок буде коригувати й ефективність системи вентиляції. Дім оснащений рекупераційною вентиляцією: використане повітря підігріває холодне свіже повітря, яке надходить до приміщення. За словами Максима, це дає змогу зберегти до 95% енергії порівняно з традиційними вентиляційними системами. Таким чином, будинок втрачає через вентиляцію у 20-30 разів менше енергії, ніж звичайні будинки.

Завдяки новітнім HEPA та УФ-фільтрам приміщення захищене від утворення грибків і потрапляння більшості бактерій та вірусів. HEPA-фільтри затримують будь-які частинки розміром від 10 до 0,3 мікрометра (це в кількасот разів менше, ніж волосся людини). Повітря також очищується від різноманітних алергенів: шерсті домашніх тварин, пилку тощо.

Програмне забезпечення дає змогу оптимально використовувати воду, яку до будинку можна подати з будь-якого джерела, навіть з калюжі. Система фільтрації води застосовує зворотний осмос, щоб забезпечити житло питною водою. Додатково запаси води може поповнювати спеціальна установка, яка конденсує вологу з повітря. Каналізація в такому домі теж повністю автономна, але може бути підключена і до зовнішніх мереж.

Система рециркуляції води у душі зберігає до 80% гарячої води, не кажучи вже про енергію для її підігріву. Сенсори в дренажній системі постійно вимірюють якість води. Якщо вона майже чиста, то будинок пропускає воду через систему фільтрів, підігріває та подає нагору для повторного використання.

Система мікроклімату також автономна та автоматизована. Будинок аналізує кліматичні умови, а також потреби й побажання мешканців та самостійно ухвалює рішення, коли увімкнути чи вимкнути опалення. Тепло всередині будинку забезпечує тепловий насос, який генерує в п’ять разів більше теплової енергії, ніж споживає електричної. В тепловому балансі будинку враховується навіть теплова енергія, яку виробляють люди та техніка. Команда Haus.me запевняє, що їхній системі достатньо дихання п’яти-шести людей, щоб обігріти будинок при -20°C зовні. Економія від обігріву приміщення та нагрівання води в такий спосіб становить до 80% порівняно з використанням електрокотла чи бойлера.

Легкий і безвідходний

Будинок Haus.me заощаджує не лише енергію, а й час та ресурси. Його виготовляють за технологією крупновузлової збірки — як автомобілі. Частину елементів конструкції друкують на 3D-принтері, інші компоненти виробляють компанії-партнери. Таким чином, у процесі виробництва та монтажу дому не залишається будівельного сміття. Збирається такий будинок легко, подібно до меблів IKEA або конструктора Lego. Максим розповідає, що виробничий партнер отримує контейнери з усіма деталями, на яких уже намічені місця для кріплень, та інструкцією до збирання, із яким за 3‒4 тижні впорається звичайна бригада робітників.

— Єдині інструменти, які потрібні, щоб зібрати цей будинок, — це шуруповерт та гайковий ключ.

Будинок від початку укомплектований меблями та необхідною побутовою технікою найвищого класу енергоефективності А++. Проте цей дім — лише демонстрація. Основна діяльність Haus.me полягає в розробці інженерних систем, матеріалів та методів конструювання автономних домівок.

Їхні клієнти — компанії-девелопери, які хочуть модернізувати свої об’єкти нерухомості. Однак не всі готові брати на себе ризики, залучати капітал, нових експертів та узгоджувати юридичні питання. Максим пояснює, що Haus.me значно спрощує цю процедуру: замовник отримує контейнери з усіма деталями та інструкціями для монтажу, а також пакет сертифікатів до кожного компонента та інженерної системи. Залишається лише зібрати будинок та відвезти кінцевим споживачам.

Автономно-модульно-пасивні будинки компанії Haus.me дарують власникам свободу пересування та можливість жити в будь-якій точці планети, адже не потребують фундаменту та підключення до жодної мережі, самостійно забезпечують тепло, регулюють температуру та діагностують будь-які потенційні проблеми. Вони стійкі до ураганів та землетрусів, і, як жартома зазначають розробники, захистять навіть у випадку зомбі-апокаліпсису.

— Ми доставляємо людям відчуття свободи просто як посил, без яких-небудь переживань, проблем, розрахунків. Тому найбільш правильне визначення для наших домів — це «будинок вашої мрії».