6510

общеизвестно, что здания равного объема и одинакового конструктивного решения при разных размерах ширины, длины и высоты могут иметь разные площади наружной теплоотдающей поверхности, а следовательно, и неодинаковую величину теплопотерь. Определяющим условием с точки зрения величины теплопотерь будет являться компактность здания, которая в конечном итоге зависит от конфигурации объемной формы (куб, шар, конус, пирамида, параллелепипед и т.д.), линейных параметров архитектурной формы (длина, ширина, высота).

Минимальная теплопотеря через наружные ограждения, при прочих равных условиях, у зданий круглых и квадратных в плане; сферических, кубических и цилиндрических или прямоугольных в плане с широким корпусом.

Сравнительной оценкой компактности того или иного здания будет являться коэффициент компактности.

При выборе формы и размеров здания предпочтение отдаётся объемнопланировочным решениям с минимальным значением коэффициента компактности, представляющим собой отношение площади поверхности наружной оболочки здания к заключённому в ней отапливаемому объёму.

kedes=Aesum/Vh

где Aesum - общая площадь наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и цокольное перекрытие, м2 ;

Vh - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания, мз .

Из множества прямоугольных зданий равного объёма наиболее компактно и имеет наименьшее значение коэффициента компактности здания кубической формы, причём с возрастанием объёма значение kedes уменьшается.

Согласно п.3.5.1 [13] расчетный показатель компактности здания kedes для жилых зданий (домов), как правило, не должен превышать следующих значений:

-0,25 для зданий 16 этажей и выше;

-0,29 для зданий от 10 до 15 этажей включительно;

-0,32 для зданий от 6 до 9 этажей включительно;

-0,36 для З-этажных зданий;

-0,43 для 4-этажных зданий;

41

-0,54 для З-этажных зданий;

-0,61; 0,54; 0,46 для двух-, трех- и четырехэтажных блокированных и секционных домов соответственно;

-0,9 для двухэтажных и одноэтажных домов с мансардой;

-1,1 для одноэтажных домов.

Имеются данные по относительному изменению энергопотребления здания в зависимости от формы.

Рис. 2.5 Относительное изменение энергопотребления здания в зависимости от формы.

При рассмотрении графика видно как изменяются теплопотери относительно длины и высоты здания. Наиболее удачным с точки зрения уменьшения теплопотерь является здание с соотношением его длины и высоты 1:4

Рассмотрим, как изменяется этот коэффициент у зданий круглой, квадратной и прямоугольной формы в плане в зависимости от их высоты.

На графиках (рис 2.13-2.15) представлены кривые характеризующие изменения коэффициента компактности наиболее распространенных зданий шириной 12, 18 и 24 м при их длине 12, 18, 24 и 120 м, а также круглых зданий эквивалентных по размерам в плане здания со стороной квадрата 12, 18 и 24м.

Анализ представленных графиков позволяет констатировать следующее. С увеличением высоты здания коэффициент компактности уменьшается. С возрастанием высоты здания с 3-х до 30 м он уменьшается у здания шириной 12 м в

42

2,5 - 3,4 раза, у зданий шириной 18 м — в 3-4 раза, а у зданий шириной 24 м — в 3,6-4,5 раза. При этом зданий круглых в плане, эквивалентных по размерам квадратным 12х12 м; 18х18 м и 24х24 м снижение коэффициента компактности составляет соответственно 40,70 и 90%.

Круглые здания характеризуются наиболее низким коэффициентом компактности, а наиболее высокий коэффициент компактности квадратных зданий, его величина по сравнению с прямоугольными выше в среднем на 20-25%. [12]

Большей компактности объемно-планировочного решения можно достичь, используя принцип блокирования зданий.

Таким образом, наибольший эффект достигается при блокировании двух объектов (17%). Эффект постепенно уменьшается: при присоединении третьего объекта — 5% ( всего 22%), четвертого — 3% ( всего 25%), и т.д. Наибольшее уменьшение площади наружного ограждения может достигнуть 33%. Однако, объекты могут блокироваться не только по горизонтали один за другим, но и по вертикали — один над другим. Изменение площади наружного ограждения в сблокированных таким образом объектах по отношению к площади отдельных объектов показано на , кривая 2. В этом случае достигается еще более значительный эффект, чем при блокировании по горизонтали. Из сравнения кривых 1 и 2 на. Видно, что самым выгодным решением является блокирование четырех объектов друг за другом (по горизонтали) и друг над другом (по вертикали), чем только блокировка объектов по горизонтали. В первом случае уменьшение площади по отношению к площади отдельных объектов 0,667 (т.е. около 33%), во втором случае

— 0,75 ( т.е. 25%).

Определение общей архитектурно - планировочной концепции здания.

Выделяется несколько типов исходных архитектурно-планировочных решений: точечный, линейный, террасный и т.п.

Уменьшение теплопотерь точечных домов достигается созданием компактных (близких к квадрату) планировочных решений, увеличением их размеров в плане (о чем говорилось выше).

В настоящее время чаще всего в проектировании применяется блоксекционный метод проектирования жилых зданий. В этой связи интересны работы

43

кандидата архитектуры И.В.Черешнева (Волгоградский ГАСУ), который исследовал типы архитектурных форм, полученных при блокировке восьми равных по объему блоков (3х3х3) для зданий меридионального и широтного типов.

Наибольшая тепловая эффективность по объемно-планировочному решению группы жилых домов точечной, линейной, периметральной и сетчатой схем застройки может быть достигнута за счет включения в ее состав совокупности элементов (блок-квартир, блок-секций или блок-элементов) с различными видами блокировки. Целесообразно применение домов с объемно-планировочными решениями, предусматривающими максимальное увеличение площади этажа и компактность объема здания. Для застройки рекомендуются:

∙трех-, четырехэтажные точечные дома из четырех - восьми блоков (квартиры в нескольких уровнях);

∙трех-‚ пятиэтажные односекционные дома с четырьмя – шестью квартирами на этаже (прямоугольной конфигурации);

∙четырех; пятиэтажные дома комбинированной планировочной структуры (с террасным расположением Г-образных блоков квартир) строчной, линейной, линейно-разветвленной, сдвоенной застройки.

Целесообразно применение домов с объемно-планировочными решениями, отличающимися увеличенной глубиной корпуса. Среди домов такого типа рекомендуются:

∙трех-, четырехэтажные блокированные дома из прямоугольных блоков большой( более 10м) протяженности двусторонней ориентации;

∙трех-, четырехэтажные блок-секции;

∙четырех-шестиквартирные меридиональной ориентации с центральноразмещенной лестничной клеткой;

∙трехпятиэтажные дома комбинированной планировочной структуры, секционно-галерейные (коридорные) секционно-блокированные или галерейноблокированные, в том числе и с атриумными квартирами в первом этаже.

К числу мероприятий, обусловливающих общую архитектурнопланировочную концепцию здания следует также отнести:

44

∙надстройку мансардного этажа на существующих зданиях с ограждающими конструкциями повышенной теплозащиты, исключая тем самым сверхнормативные потери тепла через покрытия реконструируемых зданий;

∙устройство теплого чердака или использование чердачного пространства для установки оборудования, утилизирующего теплый вытяжной воздух; [Подолян, А.Л. Дис.канд.т.н.]

∙использование подземного пространства (подземная урбанизация) для размещения стоянок автомашин, складских и_ вспомогательных помещений с использованием естественной теплоты земли или искусственных источников подогрева воздуха до положительной температуры;

∙относительное увеличение объемов заглубленной части зданий, так как массив грунта, окружающий подвальное помещение или подземный этаж, обладает значительной теплоаккумулирующей способностью и тепловой инерцией;

∙обваловку части здания с северной стороны.

Метод определения внутренней планировки здания

Выбор внутренней планировки энергоэффективного здания производят руководствуясь принципом теплового зонирования.

согласно данному принципу помещения, в которых возможны низкие температуры, окружают постройками, где требуется наличие более высоких температур, а источники тепла и теплые помещения располагаются во внутренней части дома.

Принцип теплового зонирования осуществляется также в двухуровневой квартире: тепло из помещений нижнего этажа (передних, залов, кухни) вместе с теплым воздухом перетекает в помещения второго этажа.

При проектировании энергоэффективного здания ключевой задачей становится обеспечение наибольшей компактности и, как следствие стремление к уширению корпуса здания. Для повышения тепловой эффективности здания рекомендуется увеличение ширины корпуса зданий за счет увеличения глубины комнат и кухонь и размещения лифтов в глубине корпуса домов. Это влечет за

45

собой непременное увеличение пределов общих площадей квартир на 5-7%‚ что способствует улучшению санитарно-гигиенических условий.

Проведенные сопоставления и оценка планировочных возможностей конструктивных систем здания и приемов решения квартир позволяют утверждать, что дома с поперечными несущими стенами, расположенными в плане секции с большими или малыми продольными шагами (с поквартирным размещением в пределах 7,2—6 м и с покомнатным при сочетании следующих пар величин 4,2-3 или 4,5-3 м), оказываются оптимальными для изменения‚ ширины корпуса в сторону увеличения и для формирования разнообразных типов квартир.

Такая конструктивно-планировочная структура отличается от традиционной с узким корпусом тем, что внутренние поперечные стены соединяются не с одной продольной стеной, а с двумя стенами, расстояние между которыми принимается 1,8-2,1 м, что создает внутри здания продольное ядро жесткости. Планировочные размеры ширины корпуса по обе стороны от продольных стен, зависящие от размеров (глубины) жилых помещений и кухонь (в пределах 5‚4-6 м), и ширина ядра жесткости и будут определять общую ширину дома, являющуюся следствием рационального решения планировочной структуры и программы проектирования жилища.

Суммарная ширина корпуса без эркеров на основе предлагаемой структуры жилого здания составит с толщиной наружных стен 14-15 м.

Такой размер входит в диапазон оптимального ущирения здания (с 11 до 14 м), когда, по данным НИИСФ и ЦНИИЭП жилища, наиболее значительно экономится тепло (3-4% на каждый метр уширения). Пространство между двумя продольными стенами может быть целесообразно использовано не только в виде общего коммуникационного коридора (в секциях повышенной этажности в качестве противопожарной защиты квартирных входов от задымления) или как шлюзкоридор перед 2-4 квартирами, но и заполнено планировочными элементами жилищ, не требующих естественного освещения.

Таким образом, метод определения внутренней планировки здания объединяет в себе принцип теплового зонирования, использования «буферных зон», выбора планировки, предусматривающей уширение корпуса.

46

Архитектурная композиция энергоэффективных зданий

Первые солнечные дома по внешнему виду мало отличались от традиционных жилых зданий. Панели коллекторов либо имитировали большой витраж остекления либо размещались на скате кровли. Однако в процессе развития гелиоархитектуры основным элементом жилого дома становятся структуры коллекторов, сразу четко определяющие его типологическую принадлежность. В 1959 г. был построен первый из серии жилых домов архитектора Томасона, использующих водяные

солнечные дома в Европе.

Рис.2.6 Жилой дом арх. Томасона

Следующим новым этапом явится переход от проектирования изолированных солнечных домов к гелиопоселкам и гелиокомплексам с централизованным получением и распределением тепла. случае формирование структуры начинается от отдельных ячеек – помещений или блоков, каждый из которых конструктивно формируется в экологически оптимальном варианте по комплексу обеспечения санитарных норм ориентации и максимального использования энергии внешней среды и сбросов при условии минимизации затрат на автоматизацию систем жизнеобеспечения.

Поиск оптимальных архитектурно-композиционных решений выявил ряд основополагающих принципов формообразования:

47

∙повышение компактности объемных форм зданий с целью снижения удельной площади поверхности теплоотдачи;

∙обеспечение объемно-пространственной трансформативности здания как средства адаптации к меняющимся воздействиям внешней среды;

∙включение (предусмотренные возможности включения) в объемнопространственную структуру здания элементов, обеспечивающих приток и эффективное использование энергии внешней среды;

∙придание конструкциям здания дополнительных функций (введение дополнительных конструктивных элементов), обеспечивающих эффективное регулируемое распределение внешних и внутренних энергетических потоков в процессе.

2.2.3. Принципы использования энергосберегающих инженерных решений

Согласно классификации ООН к новым и возобновляемым источникам энергии относятся, в основном, энергия солнца, ветра, биомассы различного происхождения, приливов и отливов, разности теплового градиента верхних и нижних слоев воды в океанах, а также геотермальная и гидравлическая энергия. К первичным природным нетрадиционным источникам энергии относятся солнечная радиация, энергия ветра, теплота воздуха, вод (в том числе подземных термальных), геотермальная (грунта земли). Вторичными источниками энергии могут служить биомасса естественных й перерабатываемых отходов (теплота сжигаемого мусора, бытовых отходов й производства, в том числе сельскохозяйственного), сбрасываемое тепло электро-атомных станций, промышленного и сельскохозяйственного производства.

Принцип использования солнечной энергии В настоящее время наибольшее практическое использование по сравнению с

другими нетрадиционными источниками получает солнечная энергий. Специалисты отмечают, что внедрение гелиосистем, а также ветроагрегатов наиболее эффективно в малоэтажной застройке, особенно в сельской местности, где теплоснабжение, в

48

основном, децентрализованное и отказ от недостаточно эффективных традиционных источников теплоты позволяет получить максимальную экономию топлива.

Существуют пассивные и активные системы использования солнечной энергии. Их классификация для малоэтажного жилища, согласно исследованиям профессора А.Н.Сахарова, приведена в таблице 2.7

Таблица 2 .7

Классификация пассивных и активных систем использования солнечной энергии для малоэтажного жилища