Виды объемно-планировочных решений энергоэффективных зданий

При проектировании энергоэффективных зданий немаловажное значение имеет правильность выбора их рациональных объемно-планировочных решений. Объемно-планировочное решение здания значительно влияет на повышение его энергоэффективности и позволяет сократить теплопотери за счет оптимальной площади ограждающих конструкций и рационального использования внутреннего объема. Использование всех возможностей сохранения тепла, является основным принципом при проектировании объемно-планировочных решений энергоэффективного дома.

3.3.1 Объемно-планировочные решения жилых зданий

Рациональными особенностями архитектурных объемно-планировочных решений энергоэффективных домов является:

1. Сокращение внешнего периметра здания относительно его внутреннего объема. Значительные теплопотери здания происходят через наружные ограждающие конструкции, следовательно, компактное архитектурно-планировочное решение и сокращение внешнего периметра позволит существенно их уменьшить.

2. Оптимизация площади оконных и дверных проемов. Проемы в наружных ограждающих конструкциях (окна, двери, световые фонари) являются основными источниками потери тепла, несмотря на качественную теплоизоляцию стен. При проектировании необходимо соблюдать следующие условия: площадь световых проемов должна обеспечивать нормативную освещенность и инсоляцию помещений; конструкция заполнений оконных и дверных проемов должна обеспечить максимальную защиту от избыточных теплопотерь.

3. Ориентация здания по сторонам света. В зависимости от климатических условий местности здание должно энергетически рационально ориентированно по сторонам света с учетом воздействий солнечной радиации, ветра для исключения избыточной нагрузки на системы жизнеобеспечения при их эксплуатации.

4. Создание тепловых буферов (пристроенных веранд, оранжерей, теплиц, зимнего сада, гаражей, хозяйственных помещений, чердаков) в условиях холодного и умеренного климата. Хозяйственные пристройки сокращают периметр теплового контура дома, граничащего с окружающей средой.

5. Включение в объемно-пространственное решение внешних конструктивных элементов для организации дополнительного притока к зданию энергии возобновляемого источника (системы утилизации солнечной энергии, не требующие затрат электроэнергии).

Энергоэффективные здания различного типа могут иметь различные объемно-панировочные решения, зависящие от функционального процесса, протекающего в них. Наиболее часто в практике проектирования и строительства встречаются здания с использованием солнца в качестве источника возобновляемой энергии.

Индивидуальные жилые дома

В современной проектной и строительной практике наиболее часто встречаются энергоэффективные малоэтажные усадебные жилые дома с солнечным энергообеспечением в коттеджных поселках и в сельской местности, где отсутствует вероятность сильного взаимного затенения соседними зданиями. Объемно-планировочное решение гелиоздания должно обеспечивать максимально комфортную ориентацию всех помещении: подсобные помещения могут располагаться на северных фасадах, а жилые комнаты должны выходить на западный и южные фасады здания. Для эффективного использования солнечной радиации южная стена или кровля жилого дома должны облучаться прямыми солнечными лучами с 9.00 до 15.00 даже в самый неблагоприятный день. Для этого солнцевоспринимающий фасад должен быть ориентирован на юг с отклонением не более чем на 10-20°.

Как правило, часть наружных ограждений гелиозданий выполнена в виде стеклянных витражей на южных фасадах. Наружные стены зданий окрашиваются в темные тона, хорошо поглощающие солнечные лучи. Кровля здания может быть плоской или скатной. На скатах кровли и поверхностях стен, обращенных на южные стороны, размещают солнечные коллекторы. На оконных проемах применяются жалюзийные решетки, также являющиеся коллекторами-аккумуляторами. На конструктивно-планировочное решение влияют коллекторы, которые входят непосредственно в объем здания или являются отдельно стоящими.

Многообразие типов индивидуальных жилых гелиозданий можно свести к трём основным объемно-планировочным схемам: компактной, линейно-широтной и павильонной. Компактные жилые дома наиболее характерны для северных районов, линейно-широтные - для южных, где используется прямой обогрев помещений, павильонной структуры - для жарко-влажного климата, где необходимо постоянное сквозное проветривание (рис.3.3.1.1).

 

 

б)

а)

в)

Рисунок 3.3.1.1. Объемно-планировочные решения пассивных домов:

а - компактное (жилой дом в Австрии); б - линейно-широтное (солнечный дом-ранчо, шт.Канзас, США); в - павильонное (Эко-вилла, Коста-Рика).

 

На объемно-планировочное решение энергоэффективного здания с использованием энергии солнца влияет тип применяемой гелиосистемы: пассивной, активной и смешанной.

В пассивных гелиосистемах приемником и преобразователем солнечной энергии является само здание (помещения, конструкции), а распределение тепла осуществляется за счет конвекции. Для создания комфортного теплового режима в разные сезоны года в таких зданиях необходимо обеспечить достаточный уровень тепловой защиты наружных ограждающих конструкций; исключить возникновение мостиков холода за счет использования в конструкциях древесины или пластмассы; обеспечить проникновение солнечных лучей в помещения в зимнее время и защиту от избыточной инсоляции (солнцезащиту) в зимнее за счет использования таких конструкций как навесы и козырьки, шторы, жалюзи и т.п.

Нагрев внутреннего объема помещений в пассивных гелиозданиях может осуществляться за счет прямого обогрева помещений через остекление южного фасада, витражи, окна, световые фонари; нагрев наружного термального массива типа стены Тромба; нагрев изолированного объёма (теплица, зимний сад, атриум), тёплый воздух из которого распространяется по всему объёму здания.

В активных гелиосистемах специальные инженерные устройства (коллекторы, тепловые сети, аккумуляторы и отопительные приборы) предназначены для приема, преобразования, перемещения, накопления и распределения энергии, получаемой от солнца (рис.3.3.1.2). Стоимость активных гелиосистем значительно выше, чем пассивных, но это окупается высокой их производительностью.

 

б)

а)

Рисунок 3.3.1.2. Активные гелиоздания:

а - "Дом для жизни" (г.Орхус, Дания); б - дом-юла Heliodome («Гелиод») во Франции.

 

В смешанных гелиосистемах применяются элементы как пассивных, так и активных гелиосистем, что позволяет повысить эффективность использования солнечной энергии.

Многоквартирные малоэтажные дома

Многоквартирные малоэтажные дома (секционные, коридорные, блокированные) распространены в основном в городской и пригородной застройке. При организации в них солнечного отопления возникают трудности, связанные с ориентацией помещений, ограниченностью южного фронта и взаимным затенением зданий и коллекторов. Эти факторы необходимо учитывать на стадии градостроительного проектирования (при составлении генплана, трассировке улиц и определении ориентации жилых домов) [7].

Блокированные гелиоздания с блокированием квартир, имеющих два световых фронта, могут размещаться широтно и меридионально.

Блокированные рядовые дома рационально группировать вдоль линии застройки, предусматривая соответствующую их ориентацию при трассировке уличной сети. При трассировке улицы в направлении "север-юг" с широтным размещением домов с блокировкой по южному фасаду организация солнечного энергоснабжения возможна с активными системами с размещением коллекторов на южных скатах кровель, ориентированных перпендикулярно направлению улицы. При трассировке улицы в направлении "запад-восток" квартиры, ориентированные широтно, имеют южный фасад и могут иметь солнечное энергоснабжение с помощью как пассивных, так и активных систем (рис.3.3.1.3).

 

Рисунок 3.3.1.3. Проект группы блокированных домов в Филадельфии, США [7]:

а - южный фасад со стеной Тромба; б – разрез.

 

Террасные блокированные дома размещаются на рельефе; они могут группироваться вдоль или поперек склона. В домах, размещенных вдоль южного склона, могут быть осуществлены все варианты активных и пассивных систем.

Многоэтажные многоквартирные жилые дома

К зданиям этого типа относят жилые дома со входом в квартиры из общего коммуникационного узла. По объемно-планировочному решению могут быть секционными, коридорными, галерейными и смешанного типа (коридорно-секционные, секционно-галерейные и т.п.).

Секционные дома, состоящие из жилых секций (рядовые, торцовые), могут быть точечные и многосекционные. При широтном размещении секций квартиры, выходящие основным фронтом на север, должны иметь дополнительную ориентацию не менее одной комнаты на юг или торцовой секции на восток-запад. Меридиональное решение секции дает возможность проектировать малые квартиры с односторонней восточной или западной ориентацией.

В секционных жилых домах при широтном решении секции ограничивается количество квартир, так как в связи с наличием основного северного фронта необходима ориентация жилой комнаты на юг или восток-запад (в торцовой секции). Меридиональное расположение секций дает возможность размещения малых квартир с односторонней восточной или западной ориентацией.

Одним из современных решений многоквартирных многоэтажных домов секционного типа является концепция так называемых ширококорпусных жилых домов (ШКД), предложенная Булгаковым С.Н. [8]. Принципиальное их отличие от домов традиционных типовых серий состоит в увеличении ширины корпуса здания до 18-20 м с соблюдением всех норм естественной освещенности, инсоляции, воздухообмена. Это позволяет сократить площадь вертикальных ограждений, увеличить площадь квартир на один лестнично-лифтовый узел, снизить стоимость эксплуатационных затрат за счет снижения тепловых потерь на 20-35% (рис.3.3.1.4).