Энергосберегающие и энергоактивные здания

-градостроительное обеспечение региона проектируемого энергоактивного здания, свободного от размещения на нем других однотипных с проектируемым энергоактивных зданий, использующих тот же источник энергии, т.е. выделение примыкающей к зданию внешней площадки достаточной для размещения питающего здание внешнего гидро- или геотермального коллектора; например, для энергоснабжения одноэтажного коттеджа на широте С-Петербурга за счет теплоты, извлекаемой из грунта посредством коллектора в виде змеевика из труб, заложенных на глубине около 1 м, необходим участок площадью 0,2 - 0,5 га.

Рис. 16. Конструктивные решения знаний с гидротермальными коллекторами а, б - открытого типа; в - закрытого типа

Рис. 17. Здания с геотермальным коллектором в виде обрамляющей насыпи с различными системами аккумулирования и отвода теплоты: а - со стационарной или сезонной теплоизоляцией массива насыпи; б и в то же, с системой воздушных прослоек и дополнительно организованным солнечным подогревом массива; г и д -насыпь (или выемка) с откосами, обращенными к зданию, с улучшенным светотехническим режимом нижних этажей и возможностью сезонного перекрывания пространства между насыпью и зданием; 1 - теплоизоляция; 2 - воздушная прослойка; 3 - коллектор солнечной энергии и селективно прозрачная стационарная или трансформируемая защита; 4 - трансформируемое остекление

6.7 Заглубленные жилища

6.7.1 Проблема сохранения энергии

Одним из главных аспектов архитектурного проектирования и строительства заглубленных жилищ следует назвать экономию энергии, которая может быть получена в таком типе зданий. Существуют два пути сохранения энергии, непосредственно влияющих на выбор конфигурации заглубленного здания - компактность планировки и максимально возможный объем обсыпки здания.

Потери тепла и, следовательно, количество потребляемой зданием энергии есть функция площади поверхности, через которую происходят потери тепла. У здания с большой площадью поверхности потери тепла будут больше, чем у здания с меньшей площадью поверхности, при одинаковых прочих условиях. Очевидно, что здания с одинаковой площадью пола могут иметь различную общую поверхность в зависимости от конфигурации в плане. Максимальный объем здания при минимальной площади поверхности стен можно получить, если здание будет круглым в плане. Так как конструкции круглой формы не всегда удобны в строительстве, то наиболее приемлемой и достаточно компактной формой следует считать квадратную или прямоугольную.

Если сравнивать одноэтажные и двухэтажные здания одинаковой площади, двухэтажные здания имеют значительно меньшую общую поверхность, чем одноэтажные. Чем более протяженным и менее компактным проектируется здание, тем больше будут потери тепла. Этот принцип остается верным и для заглубленного здания. Поскольку земля летом холоднее, чем само здание, тепло из него переходит в землю, и это явление следует использовать как способ охлаждения. В этом случае здание с большей поверхностью будет иметь преимущество с точки зрения его охлаждения.

Второй важный фактор сохранения энергии, который влияет на проектирование здания, - объем обсыпки стен и кровли сооружения. От этого параметра зависит количество сэкономленной энергии, поэтому определение объема обсыпки становится одним из главных аспектов проектирования.

Для максимального сохранения энергии идеальным решением было бы полностью закрытое, максимально заглубленное помещение. Естественно, такое решение неприемлемо как с точки зрения условий внутренней среды помещения, так и с точки зрения положений строительного законодательства. Оконные проемы, внутренние дворики, световые фонари и другие подобные элементы, которые улучшают условия среды обитания, могут быть решены без значительного уменьшения размера экономии энергии, которую обеспечивает заглубление здания, а в некоторых случаях могут увеличить эту экономию.

6.7.2 Примеры заглубленных жилищ

Рассмотрим 2-этажный суперизолированный дом в холодном климате штата Миннесота. Здание имеет трапециевидную в плане форму с широким фасадом, обращенным на юг. Остальные фасады находятся в земле т.к. участок поднимается к северу. Элементами пассивного солнечного отопления служат витражи и оранжерея южного фасада с тройным остеклением проемов, массивные бетонные стены и кирпичные полы. Вход в дом - с промежуточного уровня. Вдоль северной стены расположены нежилые помещения. Для уменьшения энергопотребления использован дифференцированный режим эксплуатации помещений. На 1-ом этаже располагаются гостиная, кухня, столовая, которые требуют наибольшего отопления в дневное время на 2-м этаже - спальни, пик потребления тепла в которых приходится на вечернее и ночное время. Теплопоступление регулируется системой клапанов и вентканалов. Для горячего водоснабжения имеются водяные коллекторы. Вертикальная вентиляция организована через двухсветную оранжерею и фонарь верхнего света. Плоскость остекления защищена от летнего перегрева специальным навесом (рис. 18).

На плоских участках используется земляная подсыпка, имитирующая заглубление в грунт.

Обычно принято считать, что проектирование и строительство обвалованных и заглубленных домов - очень сложное и дорогостоящее мероприятие. Позволить себе подобное могут, как правило, достаточно состоятельные люди. Не во всем и не всегда подобное утверждение верно. Электрик из Армингтона (Иллинойс, США) Энди Девис построил свой первый обвалованный дом Davis Cave в 1975 г. (во время энергетического кризиса 1970-х годов). Девис считал, что заглубленное здание может быть весьма эффективно с энергетической точки зрения и весьма удобно для жилья. Дом который Энди построил со своей семьей, обошелся лишь в $15000 (включая стоимость отделки и оборудования).

Рис. 18. Заглубленный в склон суперизолированный дом:

а - общий вид; б - план 1-го этажа; в - план 2- го этажа;

1 - столовая; 2 - кухня; 3 - оранжерея; 4 - гостиная;

6 - спальня; 6 - гардеробная; 7 - подсобные помещения;

8 - фонарь верхнего света

Основная часть здания (прямоугольная секция добавлена позже) решена в виде восьмигранника для уменьшения длины свободностоящих стен. Внутренняя часть выполнена из монолитного железобетона; толщина покрытия 300 мм, задней и боковой стен 200 мм, передней и единственной открытой стены 300 мм .

Одним из редких образцов экологического жилища выступает полузаглубленный особняк близ города Альдранс в Австрии. Он построен по проекту архитектора Хорста Герберта Парсона из Инсбрука для друга - художника (рис. 19).

Дом разделен на три функциональные зоны. За главным входом с парадной лестницей на первом, нижнем уровне разместился выставочный зал. За ним возвышается свод оранжереи, служащей световой шахтой, воздухообменником и теплонакопителем. В толще горы устроены три этажа жилых помещений. Их высокое качество с точки зрения условий жизни обеспечено хорошей вентиляцией, естественной освещенностью и визуальной связью с внешним миром через остекленный объем оранжереи. С другой стороны, это - хоть высокоцивилизованные, но «пещеры», создающие ощущение надежной защищенности (рис. 20).

Поначалу дом задумывался как обычное, большей частью надземное террасное сооружение развернутое поперек склона. После дискуссий об экономичности и экологичности жилища он в конечном виде стал примером «альтернативного» строительства на горном склоне с минимальной площадью застройки, существенной экономией на отоплении и охлаждении, а также выразительным внешним обликом.

Стабильная температура среды, окружающей стены дома равная 8 градусам тепла на глубине 1,5 метра от поверхности земли, обеспечила комфортный микроклимат в любое время года и в любую погоду. Теплоизоляция подземной оболочки обеспечена восемью сантиметрами эффективного пенобетона.

Кроме физической комфортности, особняк-землянка предлагает основанный на неординарном решении (врезка вооружения в глубь тела горы) визуальный комфорт: дом представляет собой череду пространств разной степени раскрытия во вне, разной масштабности объемов, разной насыщенности визуальными впечатлениями. В здании можно пережить широкую гамму ощущений - от чувства погребенности, свойственного бомбоубежищу, до парения над землей .

Рис. 19. Интерьер

Рис. 20. Главный фасад

Заключение

Наиболее перспективным классом современных архитектурных объектов следует признать энергоактивные здания и комплексы, при этом объективная тенденция к полному замещению в энергобалансе зданий традиционных источников энергии альтернативными с учетом длительных (до 100 лет) сроков эксплуатации большинства капитальных зданий требует проектных решений, которые обеспечивали бы возможность наращивания энергоактивности зданий с течением времени, т.е. возможность поэтапной модернизации энергетической структуры объекта от состояния энергоэкономичности к использованию энергии природной среды пассивными, а затем и активными средствами. Экономически наиболее эффективными, а значит, пригодными к широкомасштабному использованию в массовом строительстве являются сегодня пассивные средства использования энергии природной среды, а также ветроэнергетические установки малой и средней мощности (для получения электроэнергии) и тепловые насосы, позволяющие утилизировать низкопотенциальную энергию различных сред (воздуха, грунта, водоемов и т.п.) в целях отопления и горячего водоснабжения; при этом наилучшие экономические результаты дает комбинированное использование пассивных и активных энергосистем. В современных условиях при выборе средств использования энергии природной среды решающее значение приобретают их потребительские качества - стоимость и простота эксплуатации. Наиболее прогрессивной архитектурной концепцией, опыт реализации которой демонстрирует возможность комплексного и притом высококачественного решения широкого круга экономических, экологических и социокультурных проблем, можно признать концепцию биоклиматической архитектуры.

Однако, следует отметить, что объективная необходимость полной замены традиционных энергоносителей в ближайшие 50 лет в условиях господствующей ориентации на среднюю энергоактивность новых зданий и их все еще небольшое количество в общем объеме обусловливает рост актуальности проблемы индустриализации производства энергии от возобновляемых природных источников, в частности, интеграцией в единые производственные комплексы технических систем, ориентированных на использование и традиционных, и альтернативных источников энергии.

Список использованной литературы

1. Т. А. Маркус, Э. Н. Моррис. «Здания, климат, энергия» Пер. с англ. под ред. Н. В. Кобышевой, Е. Г. Малявиной. - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1985. - 544 с.

2. «Энергоактивные здания» Н. П. Селиванов, А. И. Мелуа, С. В. Зоколей и др.; Под ред. Э. В. Сарнацкого и Н. П. Селиванова. - М.: Стройиздат, 1988. - 376 с.

3. www.engenegr.ru Электронный журнал энергосервисной компании «Экологической системы» №1, январь 2004г, Бумаженко О.В.

4. О.Н. Милашечкина, И.К. Ежова «Энергосберегающие здания», учебн пособие, по спецкурсу для студентов, Саратов, 2006

5. www.membrana.ru Электронный журнал о новых идеях и технологиях.

6. http://www.domouprav.ru Электронный журнал о тезнологиях энергосбережения.

1. Размещено на www.allbest.ru