Исследование проблем взаимодействия человека и естественной среды на примере экожилья

Обогрев экодома

Необходимо использовать систему обогрева, которая не требует много топлива. Это можно сделать за счет накопления летней энергии, ее сохранения и последующего использования зимой. При этом система теплообеспечения должна быть дешевой, простой при изготовлении и надежной в эксплуатации. В качестве основного источника энергии для обогрева экодома необходимо использовать солнце и незначительное количество растительного топлива (солома, дерево, биогаз) для приготовления пищи и в критических ситуациях. Кроме того, в некоторых местах можно использовать геотермальные источники. Единственный источник энергии, который есть везде - это солнце. Таким образом, основными теплогенераторами для экодома являются воздушные и водяные солнечные коллекторы и эффективные печи медленного горения с каталитическим дожигом горючих газов. Так как экодом - это относительно небольшое здание, распределять тепло по экодому можно с помощью естественной конвекции и лучистого обогрева. В настоящее время солнечная система обогрева не в состоянии обеспечить полностью отопление дома весь отопительный период. Поэтому для подогрева экодома используются дополнительные печи на растительном топливе. Самые лучшие - это дровяные печи медленного горения с каталитическим дожигом горючих газов. Низкие теплопотери экодома позволяют использовать печи малой мощности. Подобные печи имеют коэффициент полезного действия 55-75%. Они оборудуются воздуховодами, обеспечивающими подачу теплого воздуха в разные помещения для их быстрого нагрева. Эти печи легко совместить с суточным водяным аккумулятором, в котором можно дополнительно снять остаточное тепло дымовых газов. Эта печь может выполнять дополнительную функцию газогенератора и получающийся горючий газ можно отводить и использовать для приготовления пищи или выработки электроэнергии. [11; 53]

Жидкостный солнечный коллектор

Водяной солнечный коллектор - главный элемент системы солнечного нагрева воды. В отличие от воздушного, коллектор на жидком теплоносителе имеет замкнутую систему, которая включает коллектор и теплообменник. По этой системе циркулирует незамерзающая и не выделяющая при нагревании накипь жидкость. Теплообменник размещается в нижней части бака-аккумулятора. Жидкостной солнечный коллектор может использоваться тогда, когда тепловыделения больше теплопотерь. В условиях сурового климата это предъявляет повышенные требования к теплозащите водяного солнечного коллектора. Более удобна с точки зрения произвольного ее размещения водогрейная система с принудительной циркуляцией. Составными частями солнечной установки для подогрева воды с принудительной циркуляцией являются плоский коллектор, бак-аккумулятор, трубопроводы, насос и система управления. Эта система предусматривает автоматическое регулирование. Каждый раз, когда температура воды в верхней части коллектора становится выше температуры воды на дне бака-аккумулятора на заранее заданное число градусов, включается насос. Вода прокачивается по системе до тех пор, пока температура не выровняется в баке и коллекторе за счет нагрева или не снизится уровень солнечного излучения. При проектировании необходимо предусмотреть, чтобы летом эта система работала в автономном режиме, но в то же самое время водогрейная система должна являться составной частью отопительной системы экодома. [7; 152]

Аккумулирование тепла

Тепловые аккумуляторы подразделяются на суточные и сезонные. Кроме многофункционального активного суточного водяного аккумулятора на практике используются пассивные аккумуляторы тепла из материалов с высокой теплоемкостью, например, кирпич или грунтоблоки, из которых построена печь, массив внутренней части ограждающих конструкций, межкомнатные перегородки, гравий, засыпанный в специальные контейнеры, грунт под домом. За счет теплопроводности такие аккумуляторы быстро теряют энергию. Их используют для увеличения тепловой инерции дома. Это выгодно, когда они выполняют функции конструктивного элемента дома, при простой конструкции и недорогом устройстве.

Перспективным направлением представляется использование грунтовых аккумуляторов. При их устройстве непосредственно под домом они могут предотвратить теплопотери здания через стены и пол фундамента, кроме того, они могут его непосредственно обогревать. Допустимые характеристики грунтовых аккумуляторов определяются и лимитируются инженерно-геологическими условиями в месте строительства. Так. например, известно, что глину нельзя нагревать выше 25-40 градусов. Таким образом, грунтовые аккумуляторы должны быть низкотемпературными. Тепло из них можно извлекать по мере надобности как напрямую, так и с помощью тепловых насосов. При их конструировании необходимо выбирать решения, которые бы учитывали местные геологические и гидрологические условия и не нарушали бы их чрезмерно. Грунтовые теплоаккумуляторы можно отнести к классу не только сезонных, но и многолетних, так как в них можно накапливать энергию в течении многих лет. Зарядку их можно производить во время летних избытков солнечной энергии. [7; 163]

Если рассматривать суточный водяной аккумулятор тепла, то он является активным элементом тепловой системы экодома. Он устанавливается внутри дома, в том числе может быть встроен в одну из межкомнатных перегородок. Аккумулятор представляет собой полую стену, в которой размещены баки, заполненные водой. Через эти баки проходят дымовые трубы от каталитической печи медленного горения, которые подогревают воду в баках. Источниками нагрева водяного аккумулятора кроме каталитической печи медленного горения, могут быть использованы система воздушного солнечного отопления и система солнечного подогрева воды. Внешняя теплоизоляция аккумулятора - деревянная, кирпичная или из газобетона, - служит для понижения температуры обогревающей поверхности примерно до 40 ^оС. Теплоизоляция обеспечивает медленное остывание бака-аккумулятора с тем, чтобы температура в комнате поддерживалась в приемлемом диапазоне температур.

Система хладообеспечения

Встроенный в стену зимний холодильник

В течение зимнего периода, когда внешняя температура имеет устойчивое отрицательное значение, нет необходимости пользоваться обычным электрическим холодильником. Для этого в стену кухни встраивается шкаф, в котором можно обеспечить необходимую температуру, с помощью вентиляции охлаждаемого объема наружным воздухом. В холодильной камере можно установить терморегулятор, а можно регулировать температуру изменением вентилирующего отверстия, соединяющего камеру с внешней средой. Общее тепловое сопротивление дверцы холодильника надо обеспечить не меньшее, чем для окон. В конструкции холодильника легко предусмотреть смену внутреннего покрытия, возможность размораживания и другие эксплуатационные удобства. [ 13; 55]

Вентиляция

Чтобы обеспечить энергоэффективность экодома, его делают герметичным. Из-за этого естественная инфильтрация воздуха в экодоме ниже, поэтому чтобы обеспечить хорошее качество воздуха в экодоме очень важно его хорошо вентилировать. Высокая теплоизоляция экодома приводит к тому, что главные теплопотери в экодоме связаны с вентиляцией. Создание хорошей системы вентиляции переплетается с проблемой тепло- и пароизоляции. Для создания комфортных условий нужна полная замена воздуха в помещении с определенной скоростью.

Для создания движения воздуха фронтом с малой скоростью от одной стены (чистый воздух) к другой (отработанный воздух), без перемешивания применяется вытеснительная схема. В такой системе достигается полное удаление отработанного воздуха при однократной замене. Вытеснительная схема вентиляции осуществляется при воздухопроницаемых стенах. Воздухопроницаемость стен обеспечивается либо специальными пористыми материалами, либо распределенной системой мелких вентиляционных отверстий равномерно распределенных по поверхности стен.

Вытеснительную схему, применяемую для экодома в целом, необходимо дополнить традиционной схемой с контролируемым притоком и оттоком воздуха для кухни, ванной комнаты и туалета, причем вытяжку надо устраивать через туалет. В случае принудительной вентиляции необходимо применять сбалансированную систему. Естественная вентиляция приводит к большим потерям тепловой энергии в отопительный период и не пригодна для энергоэффективных зданий. Чтобы иметь возможность отобрать тепло у уходящего воздуха, его надо пропустить через тепло (влаго) обменник. т.е. выпускать принудительно через одно отверстие. Если передавать это тепло приточному воздуху, то его необходимо пропускать через тот же теплообменник в обратном направлении. Для вентиляции экодома можно использовать естественную, принудительную системы или их комбинацию.

Рекуперация тепла в системе вентиляции.

При высокой теплоизоляции экодома главным источником тепловых потерь является проветривание. Поэтому на выходе вентиляционной системы, чтобы понизить потери энергии, необходимо ставить теплообменник, в котором тепло воздуха удаляемого из дома передается свежему воздуху, поступающему снаружи. Такие системы позволяют вернуть 50-70 % тепла в дом. [11; 71]

Кратность воздухообмена.

Интенсивность вентиляции обычно измеряют кратностью воздухообмена в помещении в час. Минимальные нормы на вентиляцию устанавливаются исходя из эмпирических закономерностей, согласно которым при уменьшении кратности вентиляции растет число легочных и других заболеваний. При кратности 0.1 -- 0.2 об. час фиксируется высокая заболеваемость, при кратностях больших 0.6 -- 0.8 их влияние на заболеваемость перестает явно сказываться. Это и определяет вентиляционные нормы, которые устанавливаются на этом уровне, или несколько выше, с запасом.

Вентиляционные нормы.

В разных странах установлены различные нормативы на минимальную кратность воздухообмена в жилых помещениях. По СНиП 2.08.01-89 "Жилые здания" кратность воздухообмена должна быть не менее 3 м3 час на 1м2 площади жилых помещений. При высоте потолков 3 м это соответствует однократному обмену воздуха в помещении -- 1 об. час. В других помещениях: кухне, санузлах, передней -- кратность воздухообмена должна быть в два-три раза выше. Оптимальная величина вентиляции должна зависеть от объема приходящегося на одного человека, от количества людей в помещении, от степени их физической активности и т.д.

Удаление пыли и очистка воздуха

Составной частью системы вентиляции и кондиционирования воздуха является встроенный пылесос барботажного типа, в котором фильтрация воздуха осуществляется через водяную пену. Пылесос используется по прямому назначению - удалению пыли с поверхностей пола, мебели, ковров и одежды, а также для очистки воздуха в помещениях от пыли и кондиционирования воздуха в помещениях с использованием различных добавок (дезинфицирующих, ароматизирующих, лечебных). С системой пылеудаления совмещена система озонирования или ультрафиолетовой обработки воздуха (слабая ионизация для повышения качества воздуха и сильная ионизация - для дезинфекции помещений).

Система водоснабжения

В экодоме предусмотрено использование водосберегающих приборов, сбор дождевой воды и повторное использование очищенной воды для технических нужд, зависимость от внешнего источника водоснабжения уменьшается на две трети и в несколько раз уменьшается расход воды на канализацию.

Система сбора и накопления дождевой воды.

Главная задача при проектировании экодома состоит не только в мероприятиях по сокращению расхода воды, но и не использовании чистой питьевой воды для технических нужд. Необходимо собирать и рационально использовать всю воду. В экодоме предусмотрена система сбора и накапливания дождевой и талой воды. Для этого, со всех поверхностей экодома и прилегающего участка с твердым покрытием по специальным водотокам вода собирается в накопительный резервуар или небольшой пруд.

Объем сбора дождевой воды для обеспечения потребностей жителей дома зависит от количества ливней в области, размера области сбора, размера области хранения и потребностей. Основные компоненты системы сбора дождевой воды обычно включают в себя крышу, желоба, водосточные трубы, трубопроводы, системы фильтрации, системы хранении (цистерны) и системы распределения. На входе воды в трубы нужны сетчатые ограждения, чтобы листья и мусор не попали в бак, а также устройства отклонения первого грязного потока воды во время ливня препятствующее ему войти в цистерну. Баки могут быть выполнены из железобетона, стали, пластмасс. Для предотвращения роста водорослей при действии солнечного света нужны непрозрачные материалы. В условиях чистой природной среды дождевая вода может быть пригодна для питья и мытья.

Электрообеспечение

Для снабжения экодомов необходимым теплом и электроэнергией предпочтительны возобновляемые источники энергии. Для получения возобновляемой энергии могут использоваться: солнечное излучение, ветер, течение рек и ручьев, низкотемпературная энергия земли, воды и воздуха, энергия биомассы, геотермальная энергия, приливы, волны, разность солености морской и речной воды, разность температур на поверхности и в глубине морей и т.д.

Солнечная электроустановка

Солнечные электрические установки используют солнечные элементы для выработки электричества при освещении их солнечным светом. В отличие от солнечных коллекторов они работают всегда, когда светит солнце. Солнечные батареи вырабатывают электричество даже в облачную погоду, хотя и в меньшем количестве. Солнечная электроустановка состоит из солнечных батарей, аккумуляторной батареи и преобразователя постоянного тока в переменный. Гелиоустановки обычно размещают на фасадах и крышах ориентированных на юг, юго-восток и юго-запад. Оптимальная ориентация зависит от климата, рельефа местности, характера затененности и других условий. В настоящее время серийно выпускаемые ФЭП на основе монокристаллического кремния имеют КПД 10-12%. В лабораториях созданы двухслойные фотоэлектрические преобразователи с КПД 35% и это не предел, поскольку возможно появление преобразователей, использующих красную часть спектра. Срок жизни солнечных элементов достигает несколько десятков лет, что вполне удовлетворительно для применения в доме. В последнее время получили развитие гибридные солнечные батареи, совмещающие в одном элементе свойства тепловых и электрических преобразователей солнечной энергии. Коэффицент полезного действия их довольно высок, в настоящее время он превышает 60%. Использование гибридных батарей позволит более рационально использовать плошадь южного фасада и в т.ч. позволит оптимизировать конструкцию пристроенной теплицы. Общим недостатком солнечных устройств является нерегулярность поступления энергии и несовпадение этих поступлений с графиком основных потребностей в ней, в связи с чем они могут успешно применяться только в сочетании с другими электроисточниками и энергоаккумуляторами.

Светопроницаемые солнечные батареи.

Светопроницаемые солнечные батареи нового поколения, в которых 15 см квадратные ячейки солнечных батарей размещены с 4 см интервалами и зажаты между двумя слоями стекла. Интервал между ячейками солнечных батарей был оптимизирован, чтобы эффективно пропускать часть солнечного света для внутреннего освещения. Этот прозрачный тип солнечных батарей выполняет две функции: солнечных батарей и светопрозрачного ограждения.

Гибкие солнечные модули для крыш.

Установка поликристаллических кремниевых панелей на крыше устарела, считают в Global Solar. Компания предлагает новый вариант покрытия крыш - гибкие солнечные модули Global Solars PowerFlex BIPV. Эти батареи могут быть просто приклеены к крыше. Они в разы легче своих предшественников. Поскольку модули не требуют расстояния между стойками, они могут охватить большее пространство крыши и генерировать больше энергии. Global Solar планирует предложить солнечные полосы , которые сделаны из сочетания меди, индия, селена и галлия. Стоимость не будет отличаться от традиционных поликристаллических модулей.

Биопереработка ТБО

Рециклирование

При разделении бытовых отходов отделяется органическая часть и перерабатывается биологическими методами в компост, который используется на приусадебном участке (в прилегающем лесном участке, в огороде, саду). Не перерабатываемая на участке часть (стекло, пластмасса, металл и др.) разделяются, накапливаются жильцами, и сдаются в чистом состоянии для переработки и вторичного использования на специализированное предприятие экопоселка.

Переработка и утилизация бытовых стоков

В экодоме применяется автономная система переработки и утилизации стоков, использующая биоинтенсивные методы переработки органики, содержащейся в бытовых стоках. Система переработки стоков может основываться на переработке смешанных стоков или раздельной переработке из разных источников. Стоки, содержащие органику: кухонные, серые (ванная, стирка), черные (туалет) могут предварительно раздельно перерабатываться внутри дома и/или поступать в единую систему сбора и переработки на участке с последующим дренированием жидкой части. Накапливающаяся твердая часть в виде биологического ила перерабатывается на участке по мере накопления, совместно с твердыми органическими отходами, методом компостирования.

Однокамерный безводный биотуалет непрерывного действия (Кливус-Мультрум)

Биотуалет Кливус-Мультрум предназначен для непрерывной переработки всех органических отходов жизнедеятельности семьи (пищевые отходы и отходы из туалета). Он представляет собой камеру объемом в несколько кубических метров, устанавливаемую в обогреваемом техническом подполье. Для этой системы важна аэрация, чтобы протекали процессы, характерные для компостирования, а не гниения, соблюдался влажностный режим, а температура поддерживалась в диапазоне 20-40 ^оС. Системой аэрации и вытяжки, устроенна таким образом, чтобы вытяжка осуществлялась на коньке дома, а во все остальные отверстия воздух всасывается. Камера разделена на три отсека, содержимое перемешается с течением времени под действием силы тяжести в нижний, откуда периодически, раз в один- два года, изымается уже в виде готового удобрения. В массе отходов идет обычный, но интенсифицированный соответствующим устройством камер процесс компостирования. За время полного цикла переработки, которое составляет 1-2 года, все органические отходы, попавшие в КМ, уменьшаются в объеме в 20 раз и превращаются в гумус, который представляет собой ценное концентрированное удобрение, удовлетворяющее санитарным нормам и готовое к внесению в почву. В год на человека образуется порядка 30 кг гумуса. Безопасность продукта и всего устройства засвидетельствована Шведским министерством здравоохранения на основании многолетнего опыта эксплуатации сотен установок. В КМ можно сбрасывать фекальные отходы, кухонные отходы через отдельный вход в кухне, осадок из стокоочистной установки, в ограниченном количестве бумагу и растительные отходы. Тем самым он становится более чем биотуалетом, а именно, домашним биореактором.

За счет выделения тепловой энергии при биохимических процессах, он может дополнительно обогревать дом. В отдельных случаях удавалось добиться достаточно интенсивной естественной вентиляции в КМ с тем, чтобы не использовать вытяжные вентиляторы. Однако, в серийных образцах вытяжной двухрежимный вентилятор присутствует. При пользовании туалетом (крышка пьедестала поднята) вентиляция усиливается, чем предотвращается поступление запахов в помещения. К недостаткам можно отнести то, что для его эффективной работы требуется поддерживать достаточно стабильные условия. [11; 73]

1.4 Ландшафтная экология

Растения питают душу, а не только легкие. Улучшая качество воздуха за счет выброса в него кислорода, регулирования влажности, ионного равновесия, поглощения пыли и запахов, растения смягчают воздействие жестких материалов и форм, резкость светотени и звуковой среды. Вьющиеся растения не только смягчают жесткость углов, придают отталкивающей поверхности ощущение свойскости, но и обогащают фактуру стен и арочных проемов, а также поглощают уличные шумы.

Озеленение способствует гуманизации отношения к природе окружения и к растительности. В период экологизации деятельности человека и перехода к устойчивому развитию состояние природы окружения является, безусловно, критерием экологизации общественного сознания. Отношение к природе ярко свидетельствует об уровне экологического воспитания и образования, о гуманности людей, понимании ими величайшей ценности природы. исключительной ценности зеленых насаждений, почвы и их охраны, защиты, восстановления, поддержания разнообразия, здоровья, красоты постепенно должно вырасти в своеобразный культ зелени. Зеленые насаждения могут регулировать нагрев почвы, они абсорбируют дневное тепло и отдают его в более холодные ночные часы. Учитывая различную пропускающую, отражающую и поглощаюшую способность различных пород деревьев и кустарников, можно подобрать нужный комфортный тепловой режим. Положительную роль в увлажнении воздуха могут играть вертикальное озеленение стен и кровли-газоны. Для вертикального озеленения стен зданий и поверхностей инженерных сооружений традиционно используются вьющиеся растения. В районах с теплым климатом применяют более широкий набор вьющихся растений, в том числе и цветущих, тогда как на территориях с холодной зимой число растений ограничено. Так, например, на юге широко используются глициния, виноград, роза, тогда как для средней полосы Российской Федерации наиболее стойким является дикий виноград (девичий), Который хорошо выдерживает морозы, не требует полива, так и имеет глубокую корневую систему.

Вертикальное озеленение

Вертикальное озеленение наружных стен зданий издавна используется жителями во многих районах с теплым климатом без специальных архитектурных проработок, при этом применяется Простое укоренение растений в грунте вокруг здания, что не требует специального полива. Крепление растений к стенам осуществляется с помощью простых крюков. Уход за таким озеленением заключается в обрезании ненужных побегов и креплении новых Побегов в целях формирования более привлекательной структуры Озеленения и удалении опавшей листвы. В зависимости от густоты ветвей такое озеленение может выглядеть как переплетение отдельных ветвей на фасаде или как сплошная завеса из плотного слоя листьев. В зимний период, после опадания листьев, многочисленные пересекающиеся ветви украшают плоский фасад.

Растения, закрепленные на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях, улучшают состав воздуха и воды, очищают воздух и воду от загрязнений, улучшают микроклимат, создают биомассу, обеспечивают существование микроорганизмов, создают звуко- и теплозащиту, улучшают внешний вид сооружений, его визуальное восприятие. [4; 194]

Вертикальное озеленение наружных стен зданий широко используется для улучшения визуального восприятия всего здания, шумогашения, небольшого повышения теплозащитных характеристик стен, улучшения состава воздуха, устройства стационарных скворечников и привлечения мелких птиц, иногда - для производства продукции. В ходе совершенствования вертикального озеленения зданий были исследованы и получили развитие различные формы этого озеленения: озеленение наружных стен с укоренением растений в естественном грунте под зданием, озеленение наружных стен с укоренением в специальных грунтовых ящиках, озеленение с укоренением в грунтозаполненных стенах, имеющих внутренние полости, заполненные почвенно-растительным грунтом. Как показывает практика озеленение фасадов может увеличить термическое сопротиление стен на 5 -- 30%.

Пристроенная теплица

Такая теплица способна выполнять множество полезных функций: дополнительно утеплять дом, улавливать солнечную энергию, быть местом отдыха, детских игр и т.д. Тщательно сконструированная теплица способна служить круглый год, в т.ч. и для выращивания растений. Для создания во всех отношениях эффективных теплиц еще требуется решить ряд технических проблем. В частности, для ликвидации ультрафиолетового голода, который растения могут испытывать под стеклом, в особенности в холодный период, нужно создание достаточно экономичных ультрафиолетовых светильников. Зимой растения надо тем или иным способом защищать от радиационного холода, возникающего из-за большой площади относительно холодных светопрозрачных ограждений. Летом в теплицу может поступать чрезмерно много тепла и света. Обычно в этих случаях прибегают к проветриванию и затенению. В энергоэффективном доме логичнее было бы переключать поток поступаюшей энергии в сезонные аккумуляторы. Для этого целесообразно было бы затенять теплицу теми или иными приемниками солнечного излучения. Как гелиоприемное устройство теплица проигрывает специальным солнечным панелям в энергетической эффективности. Таким образом, теплица конкурирует с солнечными панелями за площадь обращенных в южную полусферу фасадов здания, и ее размеры и форма должны определяться путем нахождения энергетического компромисса. По оценкам финских специалистов для того, чтобы полностью использовать возможности своей пристроенной теплицы, трудолюбивая семья должна использовать на работы в среднем 1-2 часа в неделю. В то же время, как показывает практика эксплуатации даже простейших теплиц в такой северной стране, как Финляндия, теплица способна обеспечить большую часть овощного и зеленого рациона семьи.

По мнению многих, садоводство в разумных пределах является одной из основных нормальных потребностей человека, благотворно влияющим на его физическое и психическое здоровье. Следует ожидать, что оно станет неотъемлемой частью стиля жизни в экодоме. [13; 42]

дом экологический архитектура энергия

1.5 Строительные материалы

В проектах экодомов основной упор сделан на использование местных строительных материалов, продукции, не требующей больших затрат энергии на производство и не оказывающей вредного воздействия на человека. Естественные материалы "естественны" для человеческого окружения. Они помогают нам осознать связанность с истоками собственной культуры. Важной чертой традиционных строительных материалов следует признать их сыгранность с масштабом человеческого тела, а чтобы "вписаться", материал должен соответствовать именно этому месту, а не любому иному.

Биопозитивные

К полностью экологичным (биопозитивным) можно отнести строительные материалы из возобновимых природных ресурсов, не оказывающие негативного действия на человека (и даже оказывающих позитивное влияние на здоровье человека), не загрязняющие природную среду при их изготовлении, требующие минимальных затрат энергии в процессе изготовления, полностью рециклируемые или разлагающиеся после выполнения функций подобно материалам живой природы. Древесина и ее производные -- это наиболее массовый биопозитивный строительный материал, позволяющий получать легкие, прочные, несгораемые, не гниющие конструкции (с помощью специальной обработки). Стены, выполненные из дерева, "дышат" и обеспечивают внутри помещений благоприятный микроклимат. Поэтому можно считать дерево одним из наиболее перспективных биопозитивных строительных материалов.

В понятие биопозитивности строительных материалов входит и невозможность выделения вредных веществ в период эксплуатации.

Вторыми по экологичности являются строительные материалы и изделия из имеющейся в большом количестве глины.

Природные строительные материалы

В строительной индустрии натуральные материалы занимают особое место. Они берутся непосредственно из окружающей среды и имеют минимальное влияние на здоровье человека. Такие материалы могут быть использованы для строительства экологических домов.

Помимо положительного воздействия на эмоциональное самочувствие человека натуральные строительные материалы обладают ценными в домостроении свойствами. Внутри дома, построенного из натуральных материалов, всегда оптимальные климатические показатели по влажности и естественной вентиляции, при этом дома имеют хорошую теплоизоляцию. К тому же, натуральные материалы обладают особой эстетикой.

Строительная древесина

В России лес является наиболее доступным строительным материалом. Древесина естественного происхождения, это определяет экологическую чистоту зданий, созданных из дерева. Правильно обработанная древесина может служить отличным композитным материалом для изготовления конструкций, выполняющих свои несущие функции. Дерево ко всему прочему отличный теплоизолятор. В деревянном домостроительстве широко распространена технология клееного бруса. Она считается экологически безопасной, дома из клееного бруса также выдерживают климатический баланс внутри помещений.

Глина

Этот материал сравнительно легко добывается и открывает практически неограниченные просторы для архитектурных экспериментов с внешним и внутренним пространством. У глины есть несколько замечательных свойств:

- Дешевизна -- это распространенный в природе материал;

- Глина обладает консервирующими свойствами. Если дерево контактирует с цементом -- оно разрушается, если с глиной -- сохраняется.

- Если здание из глины разобрать, то её можно использовать повторно после размачивания.

- При смешивании глины с соломой получается довольно прочный строительный материал -- саман. Саманное строительство экологических домов широко развито в Европе, все проекты индивидуальны, имеют неповторимую эстетическую притягательность. Саманные дома не выдерживают большой влажности, поэтому существует комплекс мероприятий по защите фасадов от дождей и ливней. Также глину можно добавлять в цементный раствор для кладки кирпичей, чтобы улучшить его пластичность. Глина с песком используется при кладке печей. Трамбованная глина практически не пропускает воду и используется для глиняных замков при строительстве и обустройстве прудов.

Земля

Земляное домостроительство широко развито в Европе. В Германии существует отрасль по производству строительных материалов из лёсса. Лёсс - это осадочная горная порода, представляющая собой смесь из глины, суглинка и песка. Из него создают строительные блоки, возводят монолитные стены (речь не идет о несущих конструкциях), делают полы. Прессованная земля отличается очень высокой прочностью, стены и полы из осадочных грунтовых пород являются пожароустойчивыми.

Солома

Возведение стен из соломы- это возрождение давно известного и забытого метода, бескаркасные жилые дома строились из соломы в далеком прошлом. В настоящее время стены домов делают чаще всего из соломенных блоков с деревянным каркасом. Блоки из сухой соломы изготовляют в прессах весом до 25-40 кг, чтобы укладывать их вручную. Стены штукатурят по сетке снаружи и внутри для защиты, придания эстетичного вида, повышения прочности. Недостатком соломенных стен является их малая прочность и возможность осадки, поэтому лучше использовать каркасные решения.

Солома - это легкий, дешевый качественный теплоизолятор. Прессованная солома, покрытая штукатуркой или перемешанная с глиной, имеет высокую огнестойкость. Практика показала, что из соломы, в комбинации с деревом и глиной, можно достаточно просто построить тёплый и долговечный экологический дом. Как подтверждение тому - разобранные столетние соломенные дома, в которых солома за всё время существования дома совершенно не испортилась. Прессованная солома, которая более чем в 1000 раз дешевле кирпича, легкие стены, которые не требуют мощного бетонного фундамента, существенно более низкие трудозатраты и многое другое. Соломенные дома позволяют вдвое сэкономить на отоплении и кондиционировании. Наконец, это экологически чистые дома, из природных материалов, использующие самый безопасный, эффективный и самый дешевый естественный утеплитель и звукоизолятор - солому.

1.6 Технология строительства

Строительство из грунтовых материалов.

Землебитные стены исключительно прочны и долговечны. Они дают небольшую усадку, мало набухают от сырости, почти не образуют трещин и имеют небольшой коэффициент теплопроводности. Их возводят в жилых домах высотой не свыше двух этажей. Самое главное - умело подобрать компоненты и приготовить из них землебит. С древнейших времён, особенно в безлесных районах, жильё и другие постройки возводили из грунта путём набивки его в опалубку или из грунтоблоков. предварительно изготовленных в форме трамбованием или пластическим формованием. Строительство из грунта было широко распространено в Европе. Строительство из грунта имеет ряд достоинств:

• Дешевизна. Она обуславливается тем. что материал имеется везде под руками (и под ногами): почти всякая земля, за исключением чистого песка, годна для работы. В 50-е годы Институт строительной техники Академии архитектуры СССР указывал, что применение грунтоблоков для стен одноэтажных зданий сокращает транспортные расходы в 3-4 раза, топлива 10-15 раз. Трудозатраты на изготовление материала и укладку его в стены снижаются примерно в 1.5 раза. Капиталовложений требуется в 5-10 раз меньше по сравнению со стенами из обжигового кирпича.

• Пожаробезопасность. Постройки из земли не только не горят, но от действия огня становятся еще крепче.

• Гигиеничность. Постройки из земли сухи и комфортны для проживания.

• Малая теплопроводность. Здания из земли теплее кирпичных. Для поддержания нормальной комнатной температуры в них требуется израсходовать топлива меньше, чем при аналогичных условиях в каменных и деревянных зданиях.

• Экобезопасность. Использование земли для строительства способствует сбережению леса, снижению энергозатрат для изготовления и транспортировки стройматериалов.

В период бурного развития сборного железобетона (с 1954 по 1985 годы) из массового строительства практически были вытеснены все другие материалы, включая и такие, казалось бы, традиционные, как кирпич, дерево, уже не говоря о грунте.

В настоящее время, создан ручной электрифицированный инструмент, пригодный для уплотнения грунтомасс. бетонных смесей и других строительных маловлажных смесей, что теперь позволит каждому имеющему земельный участок изготовлять большинство деталей для дома непосредственно на месте строительства, а для стен использовать грунт. Теперь изготавливать материалы для строительства можно всем, стоимость получаемого на месте грунтоблока - 10 коп.

Быстровозводимая архитектура. Каркасное строительство.

Строительство тяжелых каменных стен - это дань устаревшей традиции, и не оправдывает себя, потому что стены теперь должны защищать, главным образом, от неблагоприятных погодных условий, а не от оружия. Лучше сконструировать более легкие и тонкие стены, используя эффективный утеплитель. Важно, чтобы стены было легко строить, и чтобы они мало весили, так как дом строится не там. где производятся строительные материалы - их еще нужно привезти. Для более легких строительных материалов и транспортные расходы меньше. Но обязательно при этом чтобы у дома была хорошая теплоизоляция. Дом из камня, кирпича, бетона по сравнению с каркасным домом в 5-7 раз тяжелее. Как правило, в настоящее время наилучшим решением будет дом с деревянным каркасом с использованием минеральных или натуральных негорючих утеплителей. Каркас прекрасно сочетается с утеплителем из прессованной соломы. Дерево, заключенное в негорючий утеплительный материал или штукатурку, также становитсяь достаточно пожаробезопасным. Один мужчина и помощник-подросток легко собирали такой дом за несколько дней. Применение ручных механизмов снижало стоимость монтажа на 40%. Мнение о высокой пожароопасности деревянных каркасных домов не соответствует действительности. Пожары обычно начинаются внутри помещения. Горит внутренняя обстановка независимо от материала стен. Испытания, проведенные в США, показали, что соломенные стены с деревянным каркасом, покрытые толстым слоем глиняной штукатурки, имеют огнестойкость выше, чем металлоконструкции. Если при строительстве выдержаны требования к пиломатериалам, конструкция надежно защищает деревянные детали от увлажнения, то дома с деревянным каркасом могут стоять столетия, что и видно на многочисленных примерах в Европе и России. Тем самым дерево оказывается многократно долговечнее, например, железобетона. Дерево может разрушаться насекомыми и микроорганизмами. Но ни те, ни другие не живут в сухом закрытом дереве. Правильная же конструкция каркасного дома и направлена на то, чтобы обеспечить эти условия. Влага может попадать в стены либо в результате протечек, либо благодаря конденсации.

1.7 Архитектурные параметры экологичного жилища

Экологичное жилище должно обеспечивать за счет размеров и числа помещений, тесно связанных с числом жильцов, персонализацию жизненного пространства в квартире и здании как его приспособление к материальному и духовному совершенствованию личности, поддержку самовыражения (индивидуализации) личности. Размеры жилища и числа помещений должны обеспечивать возможность материального и духовного самовыражения личности. Интересна проблема персонализации жизненного пространства в архитектуре как его приспособления к материальному и духовному совершенствованию личности, как самовыражение (индивидуализация) личности. С этой точки зрения жизненно необходимо предоставление человеку обоснованного жизненного пространства, не только поддерживающего материальное и духовное совершенствование личности, но и приспосабливаемого именно для конкретной личности.

В связи с этим интересны нормируемые требования к жилым домам, зависящие от климата территории Российской Федерации. Нормы устанавливают зависимость между типом погоды и режимами эксплуатации жилищ: чем более сурова погода, тем более высоки требования к климатозащитным функциям архитектуры. На основе описанных положений можно предложить архитектурные параметры экологичного жилища начиная от его размеров, материалов и вплоть до сенсорной среды. Существующие параметры жилища, регламентируемые различными нормами, иногда недостаточно обоснованы с экологической точки зрения. [4; 213]

Экологическое жилище - это жилище с гибкой планировкой, без жесткого ограничения площади, числа и размеров комнат традиционных квартир, переустраиваемое во времени в соответствии с пожеланиями жителей и новыми технологиями. Жилища с гибкой планировкой должны стать пространствами, удовлетворяющими потребностей жителей, которые сами будут приспосабливать их к своим потребностям. Они смогут менять площади, встроенные элементы (и даже размеры оконных проемов для регулирования освещенности. В таком жилище необходимо иметь два уровня пола: более высокий - для помещений, предназначенных для отдыха и сна, пониженный - для общих и других помещений.

В энергосберегающих зданиях используют следующие решения:

* нагретый в гелиоколлекторах на кровле воздух поступает на обогрев здания через воздушные вертикальные каналы в стенах;

* стены здания дополнительно утеплены, в качестве утеплителя используется бумажная вата или вата из отходов ткани (позволяет утилизировать отходы и дает возможность получить экологичную изоляцию);

* в нижних этажах устраивается теплица, защищенная гнутой светопрозрачной пластмассой; высота теплицы -- 1; 1,5 или 2 этажа;

* специальная система зеркальных отражателей и зеркальных потолков служит для направления солнечного света в глубь помещения;

* специальные меры (козырьки, озеленение и т.п.) служат для защиты помещений от сильной летней инсоляции и для освещения в зимнее время;

* предусматривается хорошая защита от ветра и сквозняков. После утилизации всей энергии и при идеальном проектировании энергосберегающего дома, как показывает опыт, не потребуется дополнительной энергии в течение всего года для отопления здания.

Параметры экологичности проекта и здания

1. Защита озонового слоя -- создание полного перечня воздействий, вызывающих снижение озона; осторожность и внимание к выбору оборудования, чтобы минимизировать выпуск хладагентов и т.д.; создание условий для восстановления слоя озона; минимизация выпуска опасных для слоя озона веществ.

2. Воздействия использования энергии в здании на среду -- сокращение эмиссии тепличных газов; сокращение эмиссии местных загрязнителей; сокращение электроэнергии, используемой в здании; сокращение пиковой электроэнергии; проектирование наружных стен; сокращение затрат на кондиционирование и системы вентиляции; система управления энергией; система освещения; система поставки горячей воды.

3. Качество внутренней среды -- контроль влажности, минимизация использования минерального волокна, уменьшение эмиссии ядовитых газов, изоляция потенциальных источников загрязнения, обеспечение и поддержание требуемой вентиляции, расположение и проектирование забора воздуха для системы вентиляции, обеспечение лучшего качества освещения, обеспечение лучших акустических качеств.

4. Сохранение ресурсов -- длительное использование существующих элементов здания и ландшафта, сохранение древесины, особенно тропических пород, эффективный контроль и использование воды, сохранение воды в пределах здания, рециркуляция воды.

5. Территория и транспорт -- восстановление участка, очистка локальной грунтовой воды, улучшение доступа пешеходов к системам общественного транспорта, всепогодные типы укрытий для общественного использования, улучшение воздействия света и солнца, альтернативное решение автомобильной стоянки (общественная автомобильная стоянка), велосипедные стоянки.

1.8 Использование природных аналогий в архитектуре

Экологичным направлением развития архитектуры является использование параметров строения и функционирования живых систем при создании новых принципов функционирования зданий, новых материалов и форм. Экологичная архитектура -- это природоподобная архитектура.

В круг исследований по архитектурной и строительной бионике входят следующие вопросы: генеральные планы мест расселения, форма и красота природных конструкций, основные принципы строения природных конструкций, конструктивные системы в природе и их использование в архитектуре и строительстве (сжатые, растянутые и изгибаемые элементы, фундаменты, оболочки, структуры, мембраны, сетки), строение покровных тканей в природе, пассивные и активные природные материалы, биоморфность искусственных сооружений, органичная связь с ландшафтом, процедура роста природных конструкций и их разложения после выполнения функций и т.д.

Некоторые из природно- бионических принципов носят ценный характер для экологичной архитектуры. Например, гомеостаз, метаболизм, обратная связь и реакция на изменение внешних воздействий, саморазвитие и разложение после завершения срока жизни и т.д. Использование этих принципов в архитектуре позволит в будущем достичь состояния экологического равновесия технологическими средствами.

Наиболее полно природа выразила себя в конструировании пространственных конструкций (в живой природе нет плоских элементов). Изучение строения природных форм: раковины, черепа, оболочки яйца - показывает необычайную проработанность конструкций, функциональную обусловленность. Здесь и хорошее восприятие распределенных нагрузок, и перекрытие (торможение) трещин в целях недопущения разрушения ценного для живого организма материала, и минимизация расхода материалов. Оболочки в качестве покрытий зданий и сооружений природоподобны, они архитектурно выразительны, прочны, это жесткие и легкие конструкции. [4; 137-142]

В природе объект становится видимым, когда существует разница по яркости, цвету или фактуре между ним и фоном. Чем больше контраст между предметом и фоном, тем лучше качество видимости, при этом порогом зрительного восприятия является наименьшее значение контраста между предметом и фоном, начиная с которого предмет становится видимым.

1.9 Архитектурное разнообразие (подобие биоразнообразию)

Многое в визуальном настроении, сформировано цветом, фактурой, масштабностью и качеством взаимодействия видимых предметов. Опустошенность чувственного опыта не питательна для развития души, если качества среды, даже соответствующиепотребностям, должны еще приносить радость жизни и душевную бодрость, нам необходимо разнообразие, но не ровность без границ- температуры, освещенности, все того же вида перед окном, все тех же форм или последовательности движений в пространстве. Как только есть разнообразие, мы начинаем замечать, как одно ощущение соотносится с другими. Мы начинаем осознавать зоны их контакта. Чаще всего такой контакт заметен в мире видимого. Это очевидно, что необходимо стремление к разнообразию, подобному биоразнообразию в природе: разнообразию размеров, форм, деталей, цвета (с учетом природоподобия). Желательно соответствие размеров зданий размерам компонентов ландшафта,в первую очередь, деревьев) и тела человека.

Живая природа не подчиняется законам симметрии. Можно предположить, что здания и сооружения также не должны быть полностью симметричными. Большую роль в позитивности или, напротив, негативности визуального восприятия зданий и сооружений играют индивидуальные особенности людей. Известно, что некоторым архитекторам и обычным людям нравятся небоскребы, огромные площади, широкие проспекты с потоками автомобилей; это, видимо, одно из проявлений разнообразия. Поэтому в архитектуре, как и в природе, должно быть представлено разнообразие решений, "очаровательное разнообразие". Тогда визуальная среда будет приятна для глаз.

Экологичное проектирование должно быть направлено на создание комфортной, здоровой, красивой среды для человека. При решении этих задач может пригодиться использование существующего в природе биоразнообразия (обычно -- числа видов), богатство которого успешно поддерживает устойчивость природы и среды. Архитектурное разнообразие должно касаться всех объектов архитектуры - начиная от города, кварталов, отдельных здании и заканчивая их отделкой.

Экологическая архитектура должна поддерживать разнообразие воздействий. Например, в природе на кожу человека почти постоянно действует ветер переменной интенсивности; влажность воздуха в природе меняется; ступни человека ранее контактировали с землей и человек ощущал подошвами не гладкий пол или асфальт, а неровную; сотни тысяч лет человека окружали неплоские поверхности укрытий и первобытных домов, а в настоящее время -- плоскости; человек осязал экологичные поверхности - траву, почву, теплую кору деревьев, а в настоящее время -- чаще всего бетон, сталь, стекло, пластмассу; в течение суток на человека действовала меняющаяся температура окружающего воздуха, а в настоящее время она почти постоянна, и т.д. Все эти факторы можно учесть при архитектурном проектировании разнообразной окружающей среды в здании. При экологичном архитектурном проектировании с учетом разнообразия можно учитывать следующие положения. [4; 163--167]

1. Стремление к разнообразию архитектурно-ландшафтных сред, уходу от однотипных пейзажей. Присутствие всего разнообразия ландшафтов (рек, ручьев, лесов, полей, гор, крупных парков, небольших садов, множества территорий естественной и культурной природы, соединенных "коридорами"). Введение в ландшафты местных видов флоры и фауны и оригинальных растений -- интродуцентов.

2. В целях создания более привлекательного образа необходимо стремиться к разнообразию форм, этажности и размеров здания (подобно биоразнообразию в природе). Среди возможного разнообразия -- ограничение применения только плоскостных форм и введение криволинейных поверхностей, использование сочетаний криволинейных и плоских форм, разной этажности и размерности здания, природоподобие форм и размеров (в том числе соответствие размеров зданий величинам компонентов окружающих ландшафтов -- деревьев, холмов; соответствие габаритов помещений размерам тела человека).

Формы зданий и инженерных сооружений должны быть разнообразны. Основное направление -- применение наряду с параллелепипедами различных криволинейных объемов. Необходимо предусмотреть широкое использование всех форм оболочек -- от цилиндрических и призматических до гипаров и сложных составных оболочек. Одно из направлений разнообразия -- использование этнической архитектуры. Все инженерные сооружения нужно выполнять только из разнообразных криволинейных пространственных конструкций. Размеры зданий и их этажность должны быть разнообразны подобно разнообразию размеров компонентов естественного ландшафта -- кустов и деревьев, возвышенностей и гор.

Типы наружной отделки и цвет зданий должны быть разнообразны подобно разнообразию наружных покрытий в природе. С учетом восприятия цвета глазами человека должны подбираться цвета фасада здания и всех других искусственных поверхностей. Необходимо учитывать цветовой тон, насыщенность, яркость цвета. Наиболее приемлемы для глаза человека светлые теплые цвета: светло-зеленый, светло-коричневый, оранжевый, желтый и другие, а также часто встречающиеся природные цвета -- голубой, синий, розовый и др. Нужно также принимать во внимание характер воздействия цвета -- активные возбуждающие цвет (красный, оранжевый, желтый), успокаивающие (синий, голубой, фиолетовый) и нейтральный (зеленый -- цвет равновесия). Дня улучшения эмоционального восприятия рекомендуется применение хорошо воспринимаемых сочетаний цветов и последовательного контраста -- переноса взгляда с одного предмета на другой. Нужно учитывать гармонию контраста цветовых сочетаний по цветовому тону, насыщенности, яркости и гармонию сходства при плавном изменении цветовых характеристик.

С учетом разнообразия необходимо использовать растущие и адаптивные дома. Растущие и адаптивные здания меняют свой облик по мере их роста или при приспособлении к новым условиям эксплуатации.

3. Разнообразие фасадов зданий, окраски, формы и размеров окон, лоджий и балконов, архитектурных деталей и украшений. Формы фасадов могут быть плоскостные и криволинейные в разнообразных сочетаниях. Отделка фасада должна быть разнообразной по цветовому решению, художественному оформлению, не содержать одинаковых повторяющихся деталей. Рекомендуется разнообразие форм оконных проемов -- не только прямоугольные проемы, но и овальные, круглые, многоугольные, неправильной формы.

4. Разнообразие планировки, площадей комнат, типов покрытий пола, отделки стен, потолка. Внутренняя планировка должна меняться в течение жизни здания в соответствии с изменением потребностей и возможностей, в том числе с учетом персонализации жизненного пространства как его приспособления к материальному и духовному совершенствованию личности. Изменяемое человеком его жизненное пространство может рассматриваться как один из способов самовыражения (индивидуализации) личности. Поэтому внутренние планировки должны быть множественны и индивидуальны. Не должно быть понятия заданной на весь срок эксплуатации площади пространства. Должно быть гибкое жизненное пространство, которое приспособляется во множестве вариантов к потребностям жителей.