Низкоэнергетические здания: окна, фасады, солнцезащита, энергоэффективность

Научно-исследовательский институт строительной физики  
РААСН (НИИСФ РААСН) 
Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского (КФУ) 

А. Т. Дворецкий  
А. В. Спиридонов 
И. Л. Шубин 

НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ 
ЗДАНИЯ:  
ОКНА, ФАСАДЫ,  
СОЛНЦЕЗАЩИТА,  
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ 
Монография 

Москва 
2022

УДК 721:621.32
ББК 38.7-022+31.190.7

Д24

Рецензенты:

А. К. Соловьев — д-р техн. наук, проф., проф. каф. «Архитектура» 

Научно-исследовательского университета МГСУ;

В. И. Леденев — д-р техн. наук, проф., проф. каф. городского строительства 

и автомобильных дорог Тамбовского государственного технического университета 

(г. Тамбов);

В. Т. Шаленный — д-р техн. наук, проф., проф. каф. Технологии и организации, 

управления строительством Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского 

Дворецкий, А. Т.

Д24
Низкоэнергетические 
здания: 
окна, 
фасады, 

солнцезащита, 
энергоэффективность
: 
монография /

А. Т. Дворецкий, А. В. Спиридонов, И. Л. Шубин. — Москва : 
Директ-Медиа, 2022. — 232 с.

ISBN 978-5-4499-2943-3

Монография посвящена очень актуальной проблеме — повышению 

энергетической эффективности и энергосбережению при строительстве, 
эксплуатации, реконструкции и капитальном ремонте зданий и сооружений 
различного назначения с максимальным использованием 
солнечной радиации.

В монографии приведена информация о мировом опыте законода-

тельных инициатив по энергосбережению в строительстве, современных 
методах использования энергии Солнца при проектировании 
пассивных и активных зданий, климатических условиях в различных 
регионах РФ, позволяющих грамотно проектировать пассивные и активные 
здания различного назначения, современных тенденциях развития 
некоторых важных конструктивных элементов зданий (окна и 
фасады).

Монография предназначена для специалистов в области проекти-

рования энергоэффективных зданий — архитекторов и проектировщиков. 
При этом она будет интересна широкому кругу строительных 
специалистов. Представленный в ней материал может быть использован 
при проектировании зданий различного назначения с повышенной 
энергетической эффективностью и энергосбережением.

В монографии приводятся иллюстрации только из открытых ис-

точников.

УДК 721:621.32
ББК 38.7-022+31.190.7

ISBN 978-5-4499-2943-3
© Дворецкий А. Т., Спиридонов А. В., Шубин И. Л., текст, 2022
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2022

Оглавление

Введение.......................................................................................................................................5

Annotation.................................................................................................................................13

Introduction..............................................................................................................................14

Глава 1. Мировой опыт законодательных инициатив 
по энергосбережению в строительстве.................................................................19

Глава 2. Климатические условия...............................................................................46

2.1. Отопительный период.......................................................................................46

2.2. Инсоляционный потенциал России...........................................................49

2.3. Климат и население России............................................................................55

2.4. Температура и градусо-сутки отопительного периода.................57

2.5. Градусо-сутки периода охлаждения здания ........................................62

2.6. Зачем экономить энергию?.............................................................................68

Глава 3. Солнечная геометрия.....................................................................................80

3.1. Суточный конус солнечных лучей..............................................................80

3.2. Параметры суточного конуса солнечных лучей................................82

3.3. Солнечная карта.....................................................................................................84

Глава 4. Отопительный период. .................................................................................87

4.1. Пассивный солнечный нагрев.......................................................................87

4.2. Устройства пассивного солнечного нагрева........................................89

4.3. Прямой солнечный нагрев ..............................................................................90

4.4. Солнечное пространство ..................................................................................99

4.5. Косвенный солнечный нагрев ................................................................... 105

4.6. Пример энергоэффективного коттеджа и тепловой баланс... 107

Глава 5. Здания с активным энергосбережением ........................................ 111

5.1. Основные элементы систем «активного» 
энергосбережения ...................................................................................................... 111

5.2. Инновационная разработка НИИСФ....................................................... 119

5.3. Предложения по использованию инновационного 
решения НИИСФ .......................................................................................................... 125

Глава 6. Пассивное охлаждение здания. Солнцезащита .......................... 139

6.1. Примеры эффективной солнцезащиты................................................ 140

6.2. Защита от Солнца............................................................................................... 143

6.3. Солнечные карты и теневые маски в проектировании СЗУ.... 150

6.4. Вертикальное положение ламелей......................................................... 156

6.5. Горизонтальное положение ламелей.................................................... 158

6.6. Общее положение ламелей........................................................................... 161

Глава 7. Светопрозрачные конструкции и фасады...................................... 166

7.1. Светопрозрачные конструкции................................................................. 166

7.2. Фасады....................................................................................................................... 201

Заключение .......................................................................................................................... 222

Библиография..................................................................................................................... 224

Сведения об авторах....................................................................................................... 231

Введение

Энергоэффективный дом — это здание, в котором низкое 

потребление энергии сочетается с хорошим микроклиматом. 
Экономия энергии в этих домах может достигать 90 %. Годовая 
потребность в отоплении энергоэффективного дома может не 
превышать 15 кВт⋅ч на квадратный метр. Причем больше половины 
экономии энергии может на себя взять низкоэнергетическая 
архитектура и современные технологические решения. 

Согласно данным информационной системы по строитель-

ству, общая площадь эксплуатируемых жилых зданий в России 
составляет около 5 млрд м2. На их отопление расходуется 
400 млн тонн условного топлива в год, или более трети энергоресурсов 
страны. Особенно остро эта проблема встает в коммунальном 
хозяйстве, которое потребляет до 20 % электрической 
и 45 % тепловой энергии, производимой в стране. На единицу 
жилой площади в России расходуется в 2–3 раза больше энергии, 
чем в Европе. Но нельзя это относить только на счет суровых 
погодных условий, просто благодаря крайне низкой 
стоимости энергии у нас не придавалось сколько-нибудь серьезного 
значения вопросам энергосбережения [1].

Европейские страны стремятся к 2060 году наладить строи-

тельство энергоэффективных домов, обеспечив ими граждан на 
80 % [1]. Россия же только стартовала в этом вопросе и сейчас 
крайне важен положительный опыт использования энергоэффективных 
технологий в наших условиях.

Для районов с большим количеством солнечных дней в году 

энергетическая эффективность зданий может быть существенно 
улучшена за счет применения стратегии пассивного солнечного 
нагрева зданий. Эта стратегия наиболее применима для малоэтажных 
новых и реконструируемых зданий и может быть реализована 
проектировщиками с целью сокращения потребления 
не возобновляемых источников энергии на отопление. 

Ключевые моменты стратегии «пассивного солнечного дома»: 
1. Пассивные солнечные технологии повышают энергоэф-

фективность здания. Сокращение расходов на отопление до 
40 % и до 30 % на охлаждение здания. В масштабах страны —
это колоссальная экономия энергоресурсов 

2. Надежность: прочная конструкция, теплее зимой, про-

хладнее летом (даже в случае сбоя энергопитания).

3. Используются чистые, возобновляемые источники энер-

гии для борьбы с растущей озабоченностью по поводу глобального 
потепления. 

В Европе существует следующая классификация зданий в за-

висимости от уровня их энергетической эффективности [2; 3]:

Старое здание — здание, построенное до мирового топ-

ливно-энергетического кризиса середины 1970-х годов. Оно 
требует для своего отопления 200–300 кВт·ч/м2 в год тепловой 
энергии.

Новое здание — здание, которое строилось после кризиса до 

2000 года. Требует для отопления не более 150 кВт·ч/м2 в год.

Дом низкого потребления энергии (low energy house) —

с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов с теплопотреблением 
более 60–70 кВт·ч/м2 в год. Часть стран рассматривает 
эту величину как удельный годовой расход 
тепловой энергии на отопление (в многоквартирных домах, где 
теплопотери здания, на которые подбираются отопительные 
приборы, включают расход тепла на нагрев вентиляционного 
воздуха — на отопление и вентиляцию), а часть — как суммарный 
удельный годовой расход тепловой энергии на отопление, 
вентиляцию и горячее водоснабжение.

«Пассивный» дом (passive house) — удельное годовое по-

требление на отопление должно быть не более 15 кВт·ч/м2 в год
и 15 кВт·ч/м2 в год на охлаждение, при этом удельная тепловая 
нагрузка на отопление не должна превышать 10 Вт/м2. Кроме 
того, его наружные ограждения должны быть настолько герметичны, 
что при испытании по методу «blower door», то есть при 
установке на месте входной двери устройства с вентилятором, 
создающим напор в помещениях 50 Па (Н/м2) (при закрытых 
приточных и вытяжных отверстиях), воздухообмен должен составлять 
не более 0,6 обмена в час испытываемого объема.

На рис. 1–2 приведены примеры некоторых «пассивных» 

зданий.

Рис. 1. Пассивный дом под Парижем. 

Источник: https://skalice.ru/raznoe/proekt-energoeffektivnogo-

doma.html

За последние десятилетия основным достижением разработ-

чиков «пассивных» зданий (помимо включения в технологию их 
строительства современных технологий) стал переход от проектирования 
отдельных односемейных зданий к возведению и реконструкции (
что необычайно актуально для Восточной 
Германии) многоэтажных многоквартирных домов, построенных 
в период 1950–1980-х годов (рис. 2). Этот опыт необычайно 
актуален и для Российской Федерации.

На рис. 3 показаны требования к энергоэффективным зда-

ниям по данным [4].

На рис. 3 указаны капитализированные затраты в болгар-

ских левах (один болгарский лев — 47 рублей) на строительство 
и эксплуатацию энергоэффективных зданий. В Германии 
стоимость затрат будет существенно выше.

Пассивные солнечные дома создаются в результате ком-

плексного проектирования, которое использует местные источники 
энергии и материалы, и климатизацию внутреннего 
пространства в большей мере архитектурными, чем инженерными 
средствами.

Рис. 2. Реконструкция здания постройки 50-х годов под стандарт 

пассивного дома и результаты его тепловизионного обследования.

Источник: https://passivehouse.com/01_passivehouseinstitute/

02_expertise/04_qualityassurance/02_thermographicimaging/02_thermo

graphicimaging.html

Рис. 3. Требования к энергоэффективным зданиям.

Источник: https://www.facebook.com/eneffect/

Существует общее эмпирическое правило, согласно кото-

рому грамотно спроектированный пассивный солнечный дом в 
сравнении с традиционно спроектированным домом той же 
площади поможет снизить затраты на отопление на 75 % при 
удорожании строительства всего лишь на 5–10 %. Во многих 
районах США пассивные солнечные дома не требуют никакой 
дополнительной энергии на отопление или охлаждение. С учетом 
текущих и будущих планируемых затрат на отопление дополнительная 
стоимость строительства пассивного солнечного 
дома возмещается очень быстро. Официальные обзоры указывают 
на 100 000 пассивных солнечных домов, построенных в 
США (1984), но неофициальные источники говорят об одном 
миллионе зданий, в которых использованы те или иные положения 
пассивного солнечного дизайна (чаще всего теплицы, 
пристроенные с южной стороны дома) [5].

В связи с активным развитием в последнее десятилетие но-

вых строительных технологий (и связанных со строительством 
иных инноваций) появилось много других возможностей для 
снижения энергетических затрат на эксплуатацию зданий различного 
назначения. Сегодня они, конечно, значительно более 
дорогие, но знать о них, пожалуй, необходимо. Ниже перечислены 
некоторые из них.

«Активный» дом (active house), или дом с плюсовой энер-

гией (energy plus house) — здание, которое с помощью 
установленного в нем оборудования: солнечных батарей, коллекторов, 
тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников 
и т. п. вырабатывало бы больше энергии, чем само 
потребляло, т. е. с расходом энергии на эксплуатацию здания 
<0 кВт·ч/м2 в год.

Не так давно [6] появилось новое понятие — здание с близ-

ким к нулевому энергетическим балансом (nearly zero 
energy building).

В зависимости от целей, стоящих перед проектировщиком, 

выделяют несколько типов зданий с нулевым энергетическим 
балансом [2]. В четырех первых вариантах здание подключено 

к внешней сети, используется «зеленая» энергия от различных 
возобновляемых источников энергии:

– «Нулевое» по месту расположения здание. На террито-

рии, где находится здание, производится как минимум столько 
же «зеленой» энергии, сколько здание потребляет в течение 
года. В периоды, когда собственной энергии от возобновляемых 
источников не хватает, здание потребляет энергию от сети, а 
при избытке собственной энергии экспортирует ее обратно в 
сеть. Данный тип можно считать золотым стандартом зданий с 
нулевым энергетическим балансом. При его проектировании 
применяют инновационные технологии, все необходимые расчеты 
производят непосредственно на месте и зависимость от 
внешних факторов сведена к минимуму. Такой тип здания интересен 
для владельцев, которые уделяют большое внимание стоимости 
энергоснабжения.

– «Нулевое» по ресурсам здание. Источник энергии зда-

ния производит как минимум столько же исходной энергии, 
сколько здание потребляет в течение года (рассчитывается 
для источника). Исходная энергия — это первичная энергия, 
затрачиваемая на производство и доставку энергии до здания. 
Для расчета полной исходной энергии здания импортированная 
и экспортированная энергия умножается на соответствующие 

коэффициенты 
преобразования 
участок-источник. 

Такой тип здания интересен для государственных структур, 
которые ставят задачу снижения потребления первичной или 
ископаемой энергии.

– «Нулевое» по расходам на энергопотребление здание.

Денежные средства, которые энергосбытовая компания платит 
владельцу здания за энергию, экспортируемую зданием в энергосистему, 
как минимум равны сумме, которую владелец здания 
платит энергосбытовой компании за энергетические 
услуги и энергию, используемую в течение года. Такой тип здания 
интересен для владельцев, заинтересованных в снижении 
энергопотребления здания с точки зрения требований энергоснабжающих 
организаций.

– «Нулевое» по выбросам здание. Здание производит как

минимум столько энергии из возобновляемых источников без 
атмосферных выбросов, сколько оно использует из источников 

с атмосферными выбросами. Такой тип здания интересен для 
организаций, 
контролирующих 
загрязнение 
окружающей 

среды и заинтересованных в снижении объема атмосферных 
выбросов.

– «Нулевое» автономное здание. Здание, производящее, 

по крайней мере, 75 % необходимой ему энергии из возобновляемых 
источников. Термин «нулевое» автономное здание используется 
для тех зданий, которые функционируют вне 
общей сети и не могут быть отнесены к одному из перечисленных 
выше видов.

Здание с нулевым энергетическим балансом может одновре-

менно относиться к нескольким типам. К примеру, здание «нулевое» 
по месту расположения практически всегда является и 
«нулевым» по выбросам.

Примеры энергоэффективных зданий, построенных в конце 

XX — начале XXI века приведены в очень интересной и информативной 
книге [7].

В последние годы строятся и высотные здания с нулевым 

потреблением энергии (рис. 4) — особенно много их в Китайской 
Народной Республике.

Рис. 4. Высотное здание с нулевым расходом энергии в КНР.

Источник: https://inhabitat.com/woods-bagot-zero-e-is-a-new-model-

for-sustainable-development/zero-e-pilot-project-1/

Почему же до сих пор для энергоснабжения зданий не ис-

пользуются солнечная энергия и другие возобновляемые источники 
энергии (ВИЭ)? Основные причины, на наш взгляд, в 
следующем:

1. Экономические факторы — в большинстве случаев новые

технологии и решения дороже тех, которые уже применяются и 
привычны проектировщикам, инвесторам и строителям.

2. Отсутствие технических знаний у проектировщиков, инве-

сторов и строителей, а также нежелание обучаться новым технологиям 
и связанным с ними возможностям.

3. Нежелание и неумение использовать «новые» технологии.
4. Архитектурные (эстетические) факторы — часто это

предрассудки необученных заказчиков и подрядчиков.

Ключевую роль в проектировании энергоэффективных зда-

ний должны играть архитекторы, владеющие методикой расчета 
энергоэффективности. А таких, к сожалению, в нашей 
стране практически нет. Однако мы уверены, что в ближайшее 
десятилетие будут востребованы здания по низкоэнергетической 
архитектуре и их, наконец, научатся проектировать.

В принципе, именно этому и посвящена эта книга.