Пособие Энергосберегающие здания Милашечкина О.Н., Ежова И.К. (2006)


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
2




О.Н.

Милашечкина, И.К.

Ежова








ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЗДАНИЯ


Учебное пособие





3

2006





Министерство образования Российской Федерации


Федеральное агентство по образованию


Саратовский государственный технический университет





О.Н.

Милашечкина, И.К.

Ежова









ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЗДАНИЯ



Учебное пособие

по спецкурсу для студентов

специальности 290100





























4













Саратов 2006

ВВЕДЕНИЕ



Совсем недавно энергобеспечение зданий за счет солнечной энергии
в России считалось экономически невыгодным, тогда как за рубежом: в
Канаде, Финляндии, США, Японии, Австралии, Израиле
,

Греции и многих
других странах такие дома давно уже существовали. В связи с постоянным
ростом стоимости энергоносителей в России постепенно стал расти
интере
с к вопросам энергосбережения и использования

возобновляемых

источников энергии, среди которых одн
им из основных является
солнечная энергия.

Работы
в этом направлении велись в

том числе в
Ассоциации производителей

энергоэффективных окон (АПРОК) и
в

Московском г
осударственном строительном

университете (МГСУ).

На ос
новании этих исследований,

архи
текто
ром
Захаровой Т
.В. была
разработана программа «
Солнечный дом» и запроектирован
архитектурный проект «Сол
-
1», в котором реализован концептуальный
подход к вопросам формирования комфортной, экологически чистой
среды обитания при максимальном использовании ак
тивных и пассивных
систем энергосбережения, а грамотные архитектурно
-
конструктивные и
планировочные решения создают эффект энергоресурсосбережения и
позволяют сэкономить от 30 до 80% энергии по сравнению с
традиционными решениями.

«Солнечный дом»



это опт
имальное комплексное сочетание
архитектурно
-
планировочных и инженерных решений для создания
комфортной среды обитания современного человека. Этот дом
предполагает не перекраивание природы под свои нужды,
а

максимальное

врастание

человека

в окружающую среду
, установление гармонии между
ними, использование современных материалов и технологий, инженерных
систем позволяет отказаться от многих традиционных подходов к
строительству. Совершенно бессмысленно из
-
за недостаточной
теплоизоляции здания отапливать за св
ой счет окружающее пространство
или сжигать высококалорийное и дорогое топливо в огромных
количествах, когда необходимую энергию можно извлечь из протекающей
рядом реки или моря, из земли и даже из ветра и Солнца. Весь вопрос в
том, сколько это будет стоит
ь. И мы хотим, чтобы наш дом, созданный из
экологически чистых материалов и использующий при эксплуатации самое
современное инженерное оборудование, обходился при строительстве и
эксплуатации дешевле, чем дом традиционной конструкции.


5

Архитектурно
-
планиров
очн
ы
е и конструктивн
ы
е решения для
к
аждого такого дома индивидуальны
. По мнению экспертов в области
строительства и архитектуры в недалеком будущем наши здания должны
будут стать более энергоэффективными и приспособленными к
окружающей среде. При этом комф
орт, эстетические качества и
экономичность таких зданий будут более высокими. Для отопления,
охлаждения и освещения таких зданий будут использовать минимум
природных ресурсов.

Такие здания должны стать не только источником
экономии средств, но и предметом
моды.

В 1993 г. в Москве был создан Научно
-
исследовательский и
проектный центр «Энергоэффективные здания» являющийся структурным
подразделением фирмы «Сол». Основной функцией этого центра являлись
исследования в области экономии энергии, инсоляции, солнцез
ащиты и
производства энергоэкономического остекления, стеклопакетов,
солнцезащитных устройств, тепловых солнечных коллекторов,
фотоэлектрических элементов, тепловых насосов и другого оборудования
зданий. Кроме того, задачей центра являлась разработка новых

типов
зданий использующих для теплоснабжения и охлаждения возобновляемые
источники энергии. Центр занимается, также вопросами экономии энергии
для освещения, в том числе


автоматическим регулированием
искусственного освещения.

Опыт проектирования и строи
тельства зданий с системами
солнечного теплоснабжения в нашей стране не велик: проектирование
индивидуальных домов с пассивными гелиосистемами, используя стены
тромба, гравийные теплоаккумуляторы
,

а зимние сады и ряд т
аких
элементов конструкций

здания, как

атриумы, веранды, теплицы

служат
средством привлечения заказчиков. Такие элементы пассивного
использования солнечной энергии, как зимние сады и встроенные теплицы
показали свою высокую эффективность для энергосбережения. Кроме
того, эти элементы повышают
комфорт и уют дома, позволяют снежной
российской зимой наслаждаться окружением естественной зелени.
Правильно запроектированные теплицы обеспечивают в центральных
районах России значительную экономию топлива.

Пассивные гелиосистемы могут быть эффективны ка
к в
индивидуальных, таки многоэтажных домах. Методы расчета таких систем
зависят от формы и объема здания, местных климатических условий,
инсоляции и других факторов.

Активные системы солнечного тепло и холодоснабжения зданий
дороже пассивных гелиосистем,

но они и более эффективны, с их
помощью возможно также приготовление горячей воды. Наряду с
плоскими солнечными коллекторами в гелиозданиях могут применяться и
концентрирующие системы. Это удорожает строительство и эксплуатацию
6

зданий, но дает в ряде случ
аев большую эффективность. Выбор типа
системы солнечного обеспечения и гелиотехнического оборудования в
каждом конкретном случае индивидуален.


Одним из путей снижения затрат топлива является использование
возобновляемых источников энергии особенно нетради
ционного типа,
которые ранее либо совсем не использовались, либо использовались в
очень ограниченных масштабах. Это солнечная энергия, энергия
биомассы, гидротермальная, приливная и многие источники
низкопотенциального тепла природного и искусственного про
исхождения.

Несмотря на то, что Россия обладает существенными запасами
ископаемых топлив и является одним из крупнейших поставщиков
природного газа и нефти на мировой рынок, от этого проблема
рационального использования энергоресурсов в нашей стране не тер
яет
своего значения. Потенциальные запасы угля, природного газа, нефти у
нас действительно велики, но прирост добычи в дальнейшем будет
осуществляться в основном за счет освоения новых месторождений в
отдаленных и труднодоступных районах. Это требует очень

больших
капиталовложений на добычу и транспортировку топлива, что вызывает
его существенное удорожание.

Возобновляемые и нетрадиционные виды энергии привлекают
внимание также и относительно высокой экологической чистотой по
сравнению с традиционными, т.к
. экологическая обстановка в России одна
из самых тяжелых.

Применение возобновляемых источников энергии, особенно
солнечной, является обоснованной для объектов, оторванных от
централизованных электроснабжения, таких как ряд небольших поселков в
районе озер
а Байкал и на севере Иркутской области, Красноярского края, в
Саха
-
Як
утии
.

В Саратовской области использование возобновляемых источников
энергии при проектировании зданий, особенно использование энергии
ветра и солнца является, несомненно, перспективным на
правление. При
применении солнечной энергии для теплоснабжения зданий в нашем
регионе необходимо обеспечить долговременное аккумулирование, а
также использовать дополнительный источник энергии


дублер
(например, ветер или традиционные виды энергии) на вре
мя
недостаточной солнечной активности.

Проектирование энергосберегающих и энергоактивных зданий
является в настоящий момент одной из наиболее перспективных областей
развития архитектуры, как в жилом строительстве, так и в общественных и
промышленных здания
х и сооружениях.

Здания подобного типа позволяют значительно снизить затраты на
энергообеспечение, т.е. уже сегодня, несмотря на высокую стоимость

7

специального оборудования, являются экономически рентабельными. В
дальнейшем цены на оборудование будут снижа
ться, следовательно,
интерес к подобным зданиям будет постепенно возрастать.



1.
ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ


1.1.

Общие сведения


Солнечная энергия, а также солнечное излучение, аккумулированное
в виде тепла в окружающей среде, явля
ются одним из дополнительных
энергетических источников.

В жилище солнечная энергия может быть использована для систем
отопления, горячего водоснабжения и охлаждения зданий.

Системы солнечного энергообеспечения подразделяются на
«пассивные»
,

где роль элемен
тов системы обогревания играют
конструкции здания; «активные» состоящие из коллекторов, тепловых
насосов и тепловых аккумуляторов; и смешанные (интегральные).

Пассивная система солнечного отопления


система отопления,
основанная на применении архитектурны
х и конструктивных решений для
повышения степени использования солнечной радиации и (или) снижения
тепловых потерь здания без применения гелиотехнического оборудования.

Системы с прямым солнечным обогревом.
Наиболее существенной
частью таких систем являетс
я правильно ориентированный
гелиоприемник, например, окно.

Внутри комнаты должны быть темные, хорошо поглощающие
солнечный свет поверхности
,

обладающие высокой теплоемкостью для
аккумулирования поглощенной теплоты.

В некоторых вариантах пассивных систем на

определенном
расстоянии от окна устанавливают низкую перегородку (высотой не более
1 м), которая частично берет на себя роль гелиоприемника и теплового
аккумулятора.

В других случаях для улавливания солнечной радиации используют
верхний ряд окон. Теплота
поглощается и накапливается
противоположной стеной.

Система «массивная стена».
Эту систему часто называют по
именам ее создателей стеной Тромба
-
Мишеля. Обычно это толстая стена
(каменная
,

бетонная или кирпичная) с темной поглощающей
поверхностью, защищенна
я снаружи одним или двумя слоями стекла.
Около уровня пола и потолка расположены отверстия (продухи) для входа
и выхода воздуха. Радиация поглощается поверхностью стены, она
8

нагревается и, в свою очередь, нагревает воздух в прослойке между стеной
и стеклом
. Воздух расширяется, становится легче, и начинается
термосифонная циркуляция, в результате которой теплый воздух попадает
в комнату через верхние продухи и, нагревая комнату, сам охлаждается и
через продух около уровня пола снова поступает к гелиоприемник
у после
чего цикл повторяется.

Системы с инсолируемым объемом.
Наиболее широко используемый
вариант этой системы


оранжерея. Ее можно рассматривать как
видоизмененный вариант системы «массивная стена» где обычное
расстояние между стеклом и стеной, равное
100
-
120 мм, увеличено до 2 м.
Это помещение можно использовать как оранжерею


для выращивания
растений, но оно служит также и источником теплоты для комнаты,
расположенной за ней, за счет либо конвекции, либо замедленной
теплопередачи через стену.

Система

типа «водонаполненная стена».
Из всех наиболее
распространенных материалов вода имеет самую высокую теплоемкость.
Поэтому ее целесообразно использовать в качестве теплоаккумулирующей
среды.

Вода в различных формах контейнеров часто используется в
система
х, сходных с системой типа «массивная стена». Между водяными
контейнерами (бочки или стальные трубы) оставляются промежутки,
пропускающие некоторое количество солнечного света и теплоты
непосредственно в комнату.

Термический диод.
Его можно рассматривать к
ак вариант системы
типа «водонаполненная стена». Он состоит из двух контейнеров с водой,
разделенных слоем теплоизоляции и сообщенных друг с другом только
одним трубчатым каналом вверху и одним внизу. Термодиод образует
стеновую панель шириной 900 мм, высо
той 2,4 м и общей толщиной около
400 мм. Наружная часть панели такая же тонкая, как гелиоприемник
обычного плоского солнечного коллектора. Она может быть покрыта
одинарным или двойным остеклением (как в системе «массивная стена»),
но в теплых климатических

районах можно обойтись без остекления. Если
в воду добавить антифриз, то остекление необязательно и в условиях более
холодного климата.

Вода в наружной панели, нагреваясь за счет солнечной радиации,
поднимается вверх и проходит во внутренний контейнер чер
ез верхний
сообщающий их канал. Внутренний контейнер имеет толщину примерно
250 мм. Более холодная вода будет выходить из него в гелиоприемный
контейнер через нижний соединительный канал. Таким образом, здесь
происходит термосифонная циркуляция.

Система
типа «водоналивная крыша».
В одноэтажных домах
поверхностью, наиболее открытой для излучения (солнечной радиации и

9

теплового излучения в атмосферу) является крыша. Поэтому логич
но
использовать эту поверхность

как для поступления солнечной теплоты, так
и дл
я отдачи избыточной теплоты в ночное небо.

В этой системе стальной настил покрытия образует потолок над
помещениями здания. Наполненные водой баллоны из зачерненного
пластика расположены поверх металлического настила. Они обеспечивают
слой воды толщиной в
среднем 220 мм. Для защиты баллонов с водой
предусмотрены теплоизолированные трансформируемые экраны
скользящего типа.

Система работает следующим образом. Зимой в дневное время щиты
сдвинуты к торцу здания и, таким образом, солнце нагревает воду. С
заходом

солнца экраны возвращают в исходное положение, чтобы
сохранить теплоту. Металлический потолок выполняет функцию
теплового излучателя. Таким образом, теплота, накопленная в воде,
обогревает помещения. Летом экраны в ночное время сдвинуты к торцу, и
вода ох
лаждается за с
ч
ет отдачи теплоты в ночное небо. В дневное время
экраны закрыты. Металлический потолок обеспечивает радиационное и
конвективное охлаждение помещений (рис. 1).

Активная система солнечного теплоснабжения (горячего
водоснабжения отопления обесп
ечения технологических нужд)


система,
содержащая гелиотехническое и обычное теплотехническое оборудование
и предназначенное для обеспечения теплоснабжения здания (рис. 2).

Все гелиоздания можно классифицировать по следующим
признакам:

1)
по степени тран
сформируемости и энергоактивности
(нетрансформируемые здания со стационарно ориентированным
коллектором, мобильные здания со следящим коллектором, стационарные
с трансформируемой защитой, стационарные с концентрированной
подачей солнечной энергии на плоски
й коллектор, стационарные со
следящим солнечным коллектором);

2)
по расположению солнечных коллекторов в системе наружных
ограждающих конструкций (на скатных и плоских покрытиях, наружных
стенах, ограждениях лоджий, соляриев
,

в оконных проемах, зенитных
фо
нарях, на цоколе и ниже
,

в окрестностях здания);

3)
по типу отопительной системы (с воздушным отоплением и
охлаждением; с водяным, со смешанным).

В энергоактивных зданиях аккумулирование солнечной энергии
может происходить различными способами (вода
,

камен
ь, контей
неры с
тугоплавкими солями
) и это влияет на эффективность гелиосистемы,
стоимость гелиотехнического оборудования и всего здания. Наиболее
эффективным для длительного аккумулирования солнечной энергии в
10

гелиосистемах является применение аккумулятор
ов с фазовыми
переходами (тугоплавкие соли).

В период с минимальной солнечной активностью необходимо
использование вспомогательных источников энергии (дублеров).
Дополнительной энергией может служить, в первую очередь, энергия
ветра, а также традиционные в
иды энергии.

При сравнении различных вариантов энергоактивных зданий с
экономической точки зрения преимуществами будут обладать такие
здания, при проектировании которых соблюден принцип
полифункциональности (совмещении части ограждающих конструкций с
колле
ктором).

Перспективным направлением в проектировании солнечных здан
ий
должно стать сочетание много
функциональной активной системы с
простейшими видами систем и использованием определенного объема
дома под зимний сад.

В интегральных системах совмещен принци
п действия пассивных и
активных систем. Например, в здании с «массивными» стенами на скатной
крыше расположены плоские солнечные коллекторы или в многоэтажном
здании, на крыше которого находится остекленный объем с зимним садом
ограждения балконов решены в

виде коллекторов.



Основная система Вариант Смешанная система


11



Рис. 1
.

Технические решения пассивных систем

12




Рис. 2
.

Энергоактивные конструкции зданий, совмещенные с

коллектором солнечной энергии


13

1.2.

Конструктивные решения


Солнечный коллектор



это специальный теплообменник, в котором
энергия солнечного излучения преобразуется в тепло. Существуют десятки
вариантов их конструкций, но принцип их устройства одинаков. Обычно
это плоская металлическая панель, в которой имеются ка
налы для
жидкости. Поверхность этой панели, обращенная к Солнцу,


черная, для
лучшего прогрева. Эта панель устанавливается в корпус, выполненный в
виде плоской рамы. Для снижения тепловых потерь под панелью
устанавливается теплоизоляция, а сверху она защи
щена специальным
стеклом.

Жидкость (вода или специальный теплоноситель), проходящая через
коллектор нагревается солнечным излучением, а затем это тепло
используется для нагрева водопроводной воды или отопления.
Температура нагрева жидкости зависит от многи
х факторов: плотности и
долготы солнечного излучения, эффективности конструкции коллектора,
расхода жидкости через него, температуры ок
ружающего воздуха.

Следует
отметить, что современные коллекторы позволяют получать на выходе из
них достаточно высокие те
мпературы теплоносителя, приближающиеся к
100
0
С и даже выше (рис. 3).






Рис. 3
.

Устройство плоского солнечного коллектора


14

Сравнительно недавно на рынке появились солнечные коллекторы
другого вида: они представляют собой батарею стеклянных труб. Внутри

каждой из них в вакууме располагается двойная концентрическая трубка
(рис. 4). По ее центральному каналу в конструкцию поступает из
распределительного коллектора (он также двойной, совмещающий
функции прямого и обратного) холодный теплоноситель. Возвращая
сь по
среднему каналу, теплоноситель получает «захваченное» (механизм


примерно такой же, что и в плоском коллекторе) в вакуумной трубке
солнечное тепло и уносит его в систему отопления или горячего
водоснабжения объекта. Кроме показанного, есть коллектор
ы на основе
вакуумных трубок, где для улавливания солнечной радиации применены
контактирующие с тепловой трубкой пластины, покрытие по всей длине
специальным слоем полупроводника. Это позволяет преобразовать в те
пло
солнечную радиацию
.






Рис. 4
.

Принци
п работы коллектора с вакуумной трубкой


Среднее за год значение суммарной солнечной радиации на широте
50
0
, которое выделяется за сутки на 20 м
2

горизонтальной поверхности,
составляет 50…60 кВт
.
ч. Это соответствует затратам энергии на отопление
дома площа
дью 60 м
2
. Для условий эксплуатации сезонно заселенного
жилья наиболее пригодной является воздушная система теплоснабжения.
Воздух нагревается в солнечном коллекторе и по воздухопроводам
подается в помещения. Удобство применения воздушного теплоносителя
по

сравнению с жидкостным очевидны: нет опасности, что система
замерзнет; нет необходимости в трубах и кранах; простота и дешевизна.
Недостаток


невысокая теплоемкость воздуха.

Конструктивно коллектор представляет собой ряд застекленных
вертикальных коробко
в, внутренняя поверхность которых затемнена

15

матовой краской, которая не дает запаха при нагревании. Ширина короба
около 60 см.

Относительно расположения солнечного коллектора на доме
преимущество отдается вертикальному варианту. Он наиболее простой в
стро
ительстве и дальнейшем обслуживании. В сравнении с наклонным
коллектором (например, который занимает часть крыши), не нужно
уплотнение от воды, отпадает проблема снеговой нагрузки, с
вертикального стекла легко смыть пыль. Плоский коллектор, кроме
прямой с
олнечной радиации воспринимает рассеянную и отраженную
радиацию: в пасмурную погоду, при легкой облачности, словом, в тех
условиях, которые мы часто имеем. Плоский коллектор не создает
высокопотенциальной теплоты, но для конвекционного отопления этого и
не

нужно, здесь достаточно иметь низкопотенциальную теплоту.
Солнечный коллектор располагается на фасаде, ориентированном на юг
(допустимое отклонение до 30
0

восточнее или на запад). Неравномерность
солнечной радиации в продолжение дня, а также желание обогр
евать дом
ночью и в пасмурный день диктует необходимость иметь тепловой
аккумулятор. Днем он накапливает тепловую энергию, а ночью отдает. Для
работы с воздушным коллектором наиболее рациональным считается
гравийно
-
галечный аккумулятор. Он дешевый
,

простой

в производстве.
Гравийное засыпание можно разместить в теплоизолированной
углубленной цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в
аккумулятор с помощью вентилятора. Для дома площадью 60 м
2
, объем
аккумулятора составляет от 3 до 6 м
3

и определяется к
ачеством
выполнения элементов гелиосистемы, теплоизоляцией, а также режимом
солнечной радиации в конкретной местности.

Система солнечного теплоснабжения дома работает в четырех
режимах: отопление и аккумулирование тепловой энергии; отопление от
аккумулятор
а; аккумулирование тепловой энергии; отопление от
коллектора. В

холодные солнечные дни нагретый в коллекторе воздух

поднимается и через отверстия в потолке поступает в помещения.
Циркуляция воздуха идет за счет естественной конвекции. В ясные теплые
дни го
рячий воздух забирается из верхней зоны коллектора и с помощью
вентилятора прокачивается через гравий, заряжая тепловой аккумулятор.
Для ночного отопления и на случай пасмурной погоды воздух из
помещения прогоняется через аккумулятор и возвращается в комна
ты
подогретым. Опыт эксплуатации показывает, что сезонная экономия
топлива за счет использования солнечно
й энергии достигает 60%
.





16



Рис. 5
.

Строительный гелиокомплекс
Н.Н.Селиванова (СССР), образованный из



группы зданий, которые концентри
рованно отражают солнечную

энергию на единый
коллектор


1.3.

Гелиотехнические требования к проектированию

солнечных зданий


Гелиотехнические требования к градостроительному
проектированию энергоактивных зданий сводятся к следующему:

1)
при выборе площадки и ко
нкретной привязке к ней
гелиоэнергоактивного здания нужно принять такую удаленность
последнего от других объектов, чтобы обеспечить незатеняемость всего
здания или, по крайней мере, приемных элементов его гелиоустановки
другими зданиями, инженерными сооруж
ениями или окрестными
рельефными образованиями (круглогодично или в период работы
гелиоустановки);

2)
гелиоэнергоактивное здание или сооружение может быть
размещено автономно или привязано к системе других зданий,
расположенных вместе с ним на открытой гор
изонтальной площадке

(рис 5)
, на солнечном склоне естественного или искусственного
рельефного образования либо у его подножья. Кроме того, на склоне
рельефного образования могут быть выполнены или размещены
отражатели, усиливающие солнечную облученность

энергоактивного
здания. В комплексных решениях возможно частичное или полное
введение энергоактивного здания (сооружения) в солнечный склон
рельефного образования;

3)
выбор конкретной схемы привязки здания зависит от
необходимой степени энергозамещения, о
пределяемый дефицитом энергии
или экономическими обоснованиями. Одновременно должен быть решен

17

вопрос о выборе типа гелиоустановки для проектируемого здания и
необходимой площади коллектора.

Выбор ориентации отдельного дома, размещаемого на обширной
терри
тории, может быть относительно свободным. В условиях пригорода
фасад здания обычно располагается параллельно направлению улицы.
Когда коллектор является одним из скатов непрерывной двухскатной
крыши, улица должна располагаться в направлении восток
-
запад. Е
сли же
дома обращены к улице фронтонами, то она должна иметь направление
юг
-
север. В этом случае нижняя часть каждого обращенного к югу ската
может быть затенена. При ступенчатом расположении зданий можно
независимо от направления улицы использовать крыши
-
коллекторы. Для
уменьшения затенения в утренние часы наклонный коллектор следует
немного повернуть к востоку от направления на юг. Ту часть крыши,
которая будет затеняться, можно оставить свободной. Оптимальной
ориентацией коллектора является южная, но отк
лонение от южного
направления на 10
0

к
востоку или западу не оказывает

заметного влияния
на количество воспринятой энергии. Оптимальный угол наклона
коллектора солнечного здания лежит между углом, равным широте
местности, и горизонталью, причем его значен
ие определяется долей
диффузной с
оставляющей в падающей радиации
, а также зависит от
назначения коллектора. Ориентировочно угол наклона коллектора равен
широте местности +10
0
-
15
0
. Площадь коллектора определяется
индивидуально по расчету (приблизительно рав
на 50% площади пола
отапливаемых помещений).


1.4.

Архитектурная композиция гелиозданий


Использование гелиоэнергетики при проектировании жилых
образований приводит не только к технологическим изменениям в их
структуре. Изменяется и характер застройки, появляют
ся новые типы
сооружений. Это прежде всего сама гелиоустановка, мощные объемы
аккумуляторов, огромные остекленные плоскости коллекторов,
отражатели, и прочие элементы, создающие новый облик
урбанизированной среды.

Первые солнечные дома по внешнему виду мал
о 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 че
тко определяющие его
типологическую принадлежность. В 1959 г. был построен первый из серии
жилых домов архитектора Томасона, использующих водяные

коллекторы

открытого

типа


запатентованные

им


как


система


«Солярис».


Огромная


плоскость




коллекторов занимала здесь весь


юж
ный скат и наклонную стену дома (рис.
6).


В

50
-
е

годы

были


построены

первые




солнечные
дома в Европе.


В

1956 г. архитектор

Куртис


построил

собственный

дом

в
Рикмансуорте (Англия), коллектором в котором

служил витраж


южной
стены

(рис.7)
. В


1961 г. в Уоллеси была

осуществлена

пристройка к
зданию школы Св. Георг
а, которая считается, одним из л
учших



сооружений


гелио
архитектуры в


Европе.


Основным

нако
пителем энергии здесь

была


М
ассивная


южная стена здания,

облицован
-


ная стеклами

и


работающая

по принципу


«стены


Тромба».


Аккумулятором

служили


бетонные

перекрытия и кирпичные


стены с



из
оляцией.

Здание


отапливалось


только за





счет


солнечной

энергии.

Дополнительное
тепло

поступало от

находящихся внутри людей,
электрического света,
бытовых приборов. За 20 с лишним лет эк
сплуатации в условиях Англии в
здании обеспеч
ивалась температура помещений:

18
-
24
0
С, зимой
16
-
2
0
0
С.

Во Франции первые солнечные дома были построены в Одейло в
Пиренеях в 1962 г. по проекту профессора Ф.

Тромба на основе
разработанного им технологического
решения

(рис.8)
. За счет солнца
удовлетворялось 65% энергетических потребностей здания. По этой же
системе в 1968 г. архитектор Мишель построил группу солнечных домов
там же в Одейло и в 1972 г.


пятикомнатный жилой дом на

Северо
-
Востоке Франции (рис.

9)
.





Рис. 8
.

Жилой дом в Одейло




Рис. 9
.

Жилой дом в Шовенси
-
ле
-
шат
о





1
6




Рис.6 Жилой дом арх. Томасона


Рис.7 Жилой дом арх. Куртиса


19


Интерес к практическому использованию солнечной энергии резко
повысился в 70
-
е года в связи с повышением стоимости традиционных
видов топлива. В США количество функционирующи
х солнечных домов
возросло с двенадцати в 1972 году до более чем тысячи в 1977 году. К
настоящему времени их число достигает нескольких тысяч. Это не только
малоэтажные, но и многоэтажные жилые дома, административные,
общественные и производственные здания
. Разрабатываются новые
модификации уже известных солнечных систем. Обогатились
пространственные решения жилых домов. Для получения энергии в жилых
домах пытаются использовать также и солнечные батареи. Так, в жилом
доме Делаварского университета, построе
нного по проекту М.

Телкес в
1973 г., помимо плоских коллекторов на кровле установлены солнечные
батареи, обеспе
чивающие здания электроэнергией

(рис. 10).



Рис. 10
.

Жилой дом Делаварского университета


Таким образом, можно считать, что период поисков и
экспериментальных разработок в области архитектуры солнечного жилища
уже пройден. Следующим новым этапом явится переход от
проектирования изолированных солнечных домов к гелиопоселкам и
гелиокомплексам с централизованным получением и распределением
тепла.

Формообразование здания может производиться, как правило, по
двум схемам:

В первом случае принимается базовый вариант, задаваемый
технологическими требованиями или по желанию заказчика. В
дальнейшем разрабатываются его разновидности с целью улучшения
эконо
мических показателей, в том числе снижения капитальных затрат.

Во втором случае формирование структуры начинается от отдельных
ячеек


помещений или блоков, каждый из которых конструктивно
формируется в экологически оптимальном варианте по комплексу
обеспе
чения санитарных норм ориентации и максимального
использования энергии внешней среды и сбросов при условии
20

минимизации затрат на автоматизацию систем жизнеобеспечения. Затем
эти ячейки формируются в единую структуру (также по принципам
минимализации затрат
), что обеспечивается выполнением расчетов
экономических и энергетических балансов по каждому месяцу или даже по
отдельным дням года. В результате формирование архитектурно
-
планировочной структуры задается экономическими соображениями и
отличается от тради
ционных не только экономической целесообразностью,
соответствием избранному строительному материалу и климату данной
местности, но и оригинальной нетрадиционной свежестью архитектурного
решения.

Процесс совершенствования гелиотехнических объектов
сдерживае
тся незначительными масштабами их строительства, что почти
повсеместно обусловлено индивидуальным подходом к проектированию
каждой постройки. Эту проблему могла бы разрешить типизация крупных
конструктивных элементов здания или создание отдельных модульных

блоков.

Концепция использования модульных объемных блоков при
возведении гелиоактивных зданий, разработанная Ю.

Журовичем, дает
неплохую возможность преодоления этого препятствия. Блоки,
используемые при возведении гелиоактивных зданий, подразделяются на
несколько видов:



расположенный ниже нулевой отметки блок аккумулятора;



поэтажные санитарно
-
технические блоки;



основные энергообразующие блоки, включающие в себя
солнечные коллекторы и схожее по функции оборудование;



блок вставка, регулирующий высоту отметк
и верха.


Все габариты блоков унифицированы, что позволяет сократить до
минимума проблемы компоновки блоков и образования из них объемов
здания.

Но подобные решения все же мало подходят для многоэтажного
строительства, так как возможностей энергообразующих

блоков не хватает
для охвата потребности в тепле всего жилого объема, который, при такой
же площади крыши, как и у средне
-

и мало этажных зданий, превышает
объемы последних в несколько раз. Отчасти эту проблему можно решить
устроив фасад с уступами, на к
оторых можно расположить
энергообразующее оборудование.

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




повышение компактности объемных форм зданий с целью
снижения удельной площади поверхности

теплоотдачи;


21



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



включение (предусмотренные возможности включения) в
объемно
-
пространственную структуру здания элементов,
обеспечива
ющих 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
.


1.5.

Отечественный опыт применения солнечных систем


Пока что в нашей стране имеется сравнительно ограниченный опыт
применения систем солнечного теплоснабжения с использованием
солнечных коллекторов, хотя работы по их созданию велись дово
льно
давно на основе государственных программ

(рис.11)
. К сожалению, при
низкой стоимости энергоносителей, конечные потребители не были
заинтересованы в дополнительных затратах на новое нетрадиционное
оборудование, а об экологии никто всерьез не задумывалс
я. Солнечные
коллекторы не производились, их пытались «внедрять», принимая
программы и постановления, но небольшие партии коллекторов делались



Рис. 11
.

Внутренний двор гелиокомплекса


22

из дешевых подручных материалов, и срок службы таких коллекторов был

намного меньше их срока окупаемости.

Тем не менее, неплохо работали отдельные системы и в Украине
,

Грузии и в Средней Азии и
в
некоторых других районах. Именно в этих
наиболее солнечных районах и велись ранее основные работы по
гелиосистемам, а применение

их в России было достаточно ограничено.

Гелиосистемы в России


это, в основном, системы горячего
водоснабжения, и большинство и
х

сосредоточено в Краснодарском крае,
хотя имеются несколько опытных установок и в других южных регионах
России, вплоть до Заба
йкалья. Системы разрабатывались, как правило, для
применения на крупных объектах, например для горячего водоснабжения
больниц, пансионатов или санаториев, и имеют площадь солнечных
коллекторов в десятки и сотни квадратных метров.
Часть объектов
использует
импортные коллекторы. Применение отечественных
разработок в этой области ограничено недостаточным производством
современных и высокоэффективных солнечных коллекторов. Так,
например, в Сочи за последние годы созданы и работают системы
солнечного горячего во
доснабжения пансионата «Шексна», использующие
полностью импортное оборудование, а в системах санатория
«Лазаревское» и в Одесской областной больнице применены
отечественные солнечные коллекторы (рис. 12).







Рис. 12
.

Клинический корпус Одесской облас
тной больницы



23



Рис. 13
.

Одноквартирный жилой дом серии «М» с системой солнечного горячего
водоснабжения и отопления (полигон «Солнце»)




а)

б)

Рис. 14
.

Группи
ровка зданий и сооружений в строитель
ны
е гелиокомплексы,
повышающие энергетическую эффективность зданий в поле солнечной радиации

а
-

подвижное опирание на ствол башни маяка или другого осесимметричного объекта
двух обитаемых энергоактивных объемных

блоков с возможностью их вращения в
режиме слежения за солнцем и дополнительного снабжения солнечной энергией от
поворотных экранов
-
отражателей (СССР);
б


дополнительное снабжение коллектора
автономного здания солнечной энергией от направленно отражающи
х экранов
регулируемо укрепленных на стволе радиорелейной мачты или другой высотной опоры
инженерного сооружения (СССР);
1


коллектор;
2



отражатель;
3



высотное
сооружение;
4



мобильный энергоактивный блок

24

В 1980
-
х


1990
-
х годах были построены экспе
риментальные
солнечные дома в Армении,

Дагестане (рис.13),

где примен
ялись тепловые
коллекторы, строительные гелиокомплексы (рис.14), объекты типа
«солнечной деревни» в Краснодарском крае с применением
фотоэлектрических преобразователей, общественные здани
я в Ялте
(рис. 15) с применением

солнечных коллекторов, установленных на
крыше и многие другие объекты.




Рис. 15.
Общественное здание

в Ялте с применением


солнечных
коллекторов установленных на крыше


В настоящее время в России веду
тс
я исследования в области
гелиоа
рхитектуры и осуществляется строительство солнечных зданий.
Особенно большой вклад в развитие нового перспективного направления


применения солнечной энергии при проектировании зданий внесли ученые
Селиванов Н.Р., Сахаров А.
Н., Табунщиков Ю.А., специалисты
Московского архитектурного института и ЦНИИЭП инженерного
оборудования (г. Москва), а также ученые и архитекторы Новосибирска,
разработавшие программу «Экодом в Сибири».

Несмотря на то, что проблема применения экологически
чистых
источников энергии при проектировании зданий в России является
несомненно актуальной, опыт по созданию «солнечных домов»
недостаточно востребован а темпы признания и внедрения новых объектов
в стройиндустрию являются чрезвычайно низкими.


25

1.6.

Зарубежный
опыт разработки гелиозданий


Во многих зарубежных странах при проектировании зданий широко
используются возобновляемые источники энергии, в первую очередь
солнечная энергия. Серьезное внимание уделяется установкам солнечного
горячего водоснабжения (наиболе
е популярны солнечные водонагреватели
в Израиле, Австралии, Японии, Турции и Греции), а также применению
«пассивных» и «активных» систем теплоснабжения гелиозданий.
Значительно меньше

развиты системы фотоэлектрического
преобразования солнечной энергии. Это

связано с сохраняющейся до сих
пор высокой стоимостью оборудования. Они применяются только в
ограниченных случаях, когда получение электроэнергии другими
способами невозможно или обходится еще дороже.

Достаточно динамично развивается применение солнечной
энергии в
Германии. Принятие специальных программ по экологии и
энергосбережению, оказание существенной государственной поддержки
этому направлению привело к тому, что счет построенных систем и
установок ежегодно идет на сотни тысяч квадратных метров. С уч
етом
экономии энергии при эксплуатации создаются новые проекты зданий,
целенаправленно и комплексно реализующие основную идею


комфортное жи
лье в экологически чистой среде

без затраты своих средств
на ее обогрев. Помимо домов с автономными системами солне
чного
теплоснабжения, в Германии проектируются также и солнечные поселки
(рис.
16
).







Рис. 16
.

Поселок в Германии



26

В США солнечные установки находят широкое применение в
системах отопления и охлаждения зданий, получении горячей и
опреснении морской в
оды, сушении материалов и сельскохозяйственных
продуктов.

Первые солнечные здания в США появились еще в 50
-
х годах
прошлого века. Большую роль в развитии нового направления в
архитектуре сыграли работы Массачусетского технологического института
(проекты со
лнечных зданий МТИ
-
I
, МТИ
-
II
, исследования посвященные
проблемам аккумулирования солнечной энергии и многое другое.

Использование систем солнечного отопления и охлаждения в
существующих зданиях является одной из первоочередных зада
ч в США.
П
ереоборудование

старых
зданий
может осуществляться на различных
уровнях технологической сложности денежных и энергетических расходов
и практического подхода.

В первых гелиозданиях солнечные коллекторы устанавливались на
крышах существующих зданий традиционной архитектуры
. В
последующие годы главным направлением стало проектирование и
строительство гелиозданий с оригинальными архитектурными решениями
и с расположением солнечных коллекторов в структуре дома (в несущих
конструкциях наклонной или плоской крыши, в стене
,

в огр
аждениях
балконов и лоджий).

В настоящее время специалистами США выделяются несколько
типов жилых домов (по уровню использования ресурсов окружающей
среды):

1) энергетически эффективный дом, теплопотери которого сведены к
минимуму за счет выбора оптимально
го объемно
-
планировочного решения
и усиленной теплоизоляции;

2) энергетически эффективный дом с усиленным поглощением
солнечной

радиации, но без устройств, для аккумулирования полученного
тепла;

3) дом с минимальными энергопотерями, который имеет
специальн
ые системы поглощения распределения и аккумулирования
тепла (солнечный дом).

Соответственно рекомендациям специалистов к первому типу
относятся все вновь спроектированные дома, так как этого требует
экологический подход к проектированию жилой среды. Дома в
торого типа
эффективно функционируют во всех районах США, хотя и требуют
некоторого увеличения стоимости строительства. Дома третьего типа
целесообразно строить в благоприятных климатических условиях так, как
применяемые в них технологические устройства зн
ач
ительно удорожают
строительство (рис. 17).


27


Рис. 17.


Солнечный дом в Бедфорде


Солнечный дом в Бедфорде (Нью
-
Хемпшир, США) с солнечным
коллектором «
Trombe

Wall
» и изоляцией «
Beadwall
» был построен по
проекту, разработанному научно
-
исследовательской и
проектной фирмой
«
Total

Environment

Action
,
Inc
.» с г
лавной конторой в г. Гаррисвилл


(
рис. 18
).


Рис. 18

Солнечный дом в Бедфорде (Нью
-
Хемпшир, США):
а



поперечный
разрез по южной стене: 1


прозрачная стена с шариками изоляции;
б



режим
о
топления (работа коллектора в режиме накопления тепла);
в



режим охлаждения
(работа коллектора в режиме вентиляции);
г



вид на южный фасад и план: 1


гараж; 2


кухня; 2


столовая; 4


ванная; 5


спальня; 6


жилая комната; 7


солнечный
водонагревате
ль, расположенный в центре стены;
д



вид с восточный стороны;
е



вид
с западной стороны.

а)

б)

в)

г
)

д
)


е
)

3
3

3
3

3
3

28

Бетонные стены дома обвалованы землей с западной, северной и
восточной сторон, а изоляция размещена между бетоном и грунтом. Пол
бетонный. Весь южный фасад


комбина
ция окон и солнечных
коллекторов. Вспомогательные источники энергии


две дровяных печи.

Солнечные коллекторы представляют собой бетонные стены
толщиной 300 мм, открытые для солнечных лучей в течение дня и
защищенные от потерь тепла во внешнюю среду ночью
изоляцией
«
Beadwall
». Воздух циркулирует между бетоном и изоляцией. Солнечное
тепло поступает также через окна и накапливается в бетонных стенах и
полу. Для уменьшения потерь тепла ночью окна закрываются
изолирующими ставнями. Вода для бытовых нужд предвар
ительно
подогревается циркулируя по трубам в бетонной стене коллектора, прежде
чем поступит в солнечный водонагреватель.


Солнечный дом Гарольда Хэя


Одним из примеров использования пассивного солнечного
отопления является дом в Атаскадеро (Калифорния), по
строенный
по
проекту Гарольда Хэя (рис. 19
).


Внешний вид дома




Рис. 1
9.

Skytherm

House



одноэтажное здание площадью 115 м
2
.
Солнечный коллектор этого дома расположен горизонтально. На плоской
сейсмостойкой крыше размерами 16
11
м из профилированного
стального листа уложены 4 черных пластиковых мата, наполненные водой,
над которыми скользят по направляющи
м 12 панелей подвижной изоляции
(рис. 20, 21).



29

Маты имеют следующие размеры:




длина


11, 6 м;



ширина


2, 4 м;



толщина


0,25
м.



Пластиковый солнечный коллектор,


наполненный водой, на крыше




Рис. 20


Они содержат 26, 5 м
3

непроточной воды, что эквивалентно
примерно теплоемкости слоя бетона толщиной 400 мм, а масса равна массе
100 мм бетонной плиты. Днем маты с водой открыты

для нагрева
солнечными лучами. На ночь маты для предотвращения их охлаждения
ночным воздухом закрываются изолирующими панелями, которые
надвигаются при помощи алюминиевых зубчатых направляющих, поэтому
тепло передается в основном вниз, нагревая металличес
кий потолок дома.


Подвижные изолирующие
ставни

в

отодвинутом положении



Рис. 21

30


Раздвижные
«ставни»

изолированы 50 мм слоем пенополиуретана.
Двигатель мощностью 180 вт реагирует на сигнал термостата и, работая
всего две минуты утром и вечером, передви
гает изоляционные панели по
рейкам. Они перемещаются из положения поверх матов с водой на крыше
в положение над гаражом или внутренним двориком, складываясь по
секциям в три слоя. Их можно передвигать и вручную. Летом
осуществляется обратная операция: днем

изолирующие ставни закрывают
маты, защищая их от солнца, а на ночь они откатываются назад, и черные
маты излучают тепло в прохладный ночной воздух с тем, чтобы дне
м
охлаждать помещение
(рис. 22)
.






Рис. 22.
Различные режимы эксплуатации дома Г.Хэя

с естественным отоплением и



охлаждением: а


отопление зимой; б


охлаждение летом; 1


подвижные



изолирующие ставни; 2


ме
таллический потолок; 3


здание





В доме предусмотрено электрическое отопление, но оно еще никогда
не
использовалось.

Описанная система естественного кондиционирования воздуха
может устанавливаться, эксплуатироваться и ремонтироваться
сравнительно неквалифицированными людьми. Она не требует
компрессоров, конденсаторов, специальных материалов. Естественное
кондиционирование воздуха обеспечивает мягкий комфорт без шумового
фона, сквозняков.



е)

е)

а

б


31

2.

ВЕТРОЭНЕРГОАКТИВНЫЕ ЗДАНИЯ


2.1.

Принципы проектирования ветроэнергоактивных зданий




Рис.
23.

Здания с размещенными на них ветроколесами


Ветер традиционно учитывают в гра
достроительном, архитектурном
и теплотехническом аспектах проектирования зданий. Расчетными
факторами являются скорость и распределение направлений ветра


роза
ветров. С учетом ветра решаются следующие основные вопросы
градостроительного проектирования: в
заимное расположение
промышленных зон и селитебных территорий с точки зрения уменьшения
загрязненности воздушного бассейна промышленными выбросами в
атмосферу, а также оптимизация аэродинамического режима
микрорайонов городов и промышленных объектов. В арх
итектурном и
теплотехническом проектировании

ветер учитывается как фактор
аэродинамического давления через расчетную ветровую нагрузку на
конструкции
,

а также при разработке систем аэрации зданий и проведении
расчетов воздухопроницаемости и вентиляции огра
ждающих конструкций.
При этом кинетическая энергия ветра, преобразующаяся при
взаимодействии с неподвижными конструкциями здания в фактор
давления (положительного или отрицательного), а также порождающая
инфильтрацию, в том числе холодного воздуха, в помещ
ения и
обусловленные этим повышенные теплопоте
ри зданий в отопительном
сезоне, е
стественно, рассматривается специалистами как негативный
природно
-
климатический фактор.

Попытки использовать энергию ветра для оптимизации
энергетического баланса зданий и экон
омии энергии других

источников,

предпринимавшиеся в разных странах,
с
водятся к размещению в
окрестностях здания или на его конструкциях известных ветродвигателей
одноцелевого назначения (рис.
23
) и не имеют прямого отношения к
архитектурно
-
строительному пр
оектированию зданий.

32

Наша задача заключается в выработке представления о
ветроэнергоактивном здании как объекте жилого, промышленного
сельскохозяйственного или иного назначения, конструкции которого
н
аделены дополнительной функцией

улавливать и преобразовы
вать
энергию ветра в другие полезные виды энергии


электрическую,
тепловую, механическую. Одновременно необходимо определить
основные приемы и дать исходные рекомендации по проектированию
ветроэнергоактивных зданий на основе принципа полифункциональности.

Для выработки таких представлений необходимо учитывать следующее:

ветер как возобновляемый источник энергии, взаимодействуя со
зданиями, представляет собой производную от солнечной энергии,
выраженную в виде адвективного перемещения в приземном слое
воз
душных масс, наделенных кинетической и тепловой энергией;

энергетическое воздействие ветра на здание характеризуется
интенсивностью и направленностью, а также периодическими или
апериодическим
и

изменениями этих величин;

здание или комплекс зданий, в сво
ю очередь, деформируют
воздушные потоки, дополнительно турбулизируют их, внося локальные
изменения в направление и местную интенсивность потоков, порождаемых
ветром.

Практическое использование энергии ветра зданиями возможно
путем усиления локального возде
йствия конструкций на воздушный поток
и отбора энергии подвижными трансформируемыми элементами здания
или его инженерного оборудования. Отсюда вытекают следующие
принципы проектирования ветроэнергоактивных зданий.

Принцип первый: ветроэнергоактивное здани
е должно быть
снабжено подвижно укрепленными эелментами полифункционального
назначения с возможностью их трансформации в элементы ветроколеса.

Принцип второй: ветроэнергоактивное здание может быть снабжено
защитными конструктивными элементами гюлифункциона
льного
назначения, форма и пространственная ориентация которых обеспечивают
деформирование потоков ветра и их местную интенсификацию в зоне
активной работы элементов ветроколеса.

Принцип третий: часть ветроэнергоактивного здания может быть
спроектирована в

форме, удобной для размещения около или вокруг нее
двигателя ветро
-
энергоустановки, состоящего преимущественно из
элементов полифункционального типа.

Принцип четвертый: ветроэнергоактивное здание может быть
спроектировано в форме, обеспечивающей улавливан
ие ветра и
концентрированную подачу воздушных потоков к элементам ветроколеса
или системы ветроколес (лепестковое расположение секций зданий с
образованием концентратора, в узкой части которого расположено

33

ветроприемное устройство; то же, с дополнительным
образованием
диффузора из элементов здания).

Принцип пятый: здание используется в качестве опоры или как одна
из опор для крепления ветроустановки, запроектированной на основе
принципа полифункциональности.

Принцип шестой: элементы ветроустановки ветроэнер
гоактивных
зданий могут быть функционально совмещены с элементами
энергетических систем, рассчитанных на другие возобновляемые
источники, например на солнечную энергию.

Дальнейшее повышение эффективности использования энергии
ветра зданиями может быть обес
печено различными градостроительными
приемами.

1. На основании изучения статистических метеоданных, характера
рельефа, степени открытости площадки и, если это необходимо,
экспериментальных данных, например результатов продувки в
аэродинамической трубе, выя
вляют зоны наибольшей обеспеченности
энергией ветра на территории микрорайона или города, в пределах которой
может быть привязано проектируемое энергоактивное здание. Привязку
здания осуществляют в зоне, наиболее обеспеченной энергией ветра, на
расстоянии
от других объектов, исключающем возможность
аэродинамического затенения его энергоактивных систем, и ориентируют
его с учетом розы ветров, если эффективность работы его ветроустановки
зависит от направления ветра.

2. Изучают природно
-
экономические факторы
целесообразности
оптимизации рельефа местности с целью организации аэродинамических
русел и использования их для снабжения ветроустановок зданий
концентрированными потоками ветровой энергии.

3. Если намечается одновременное или последовательное
строительст
во нескольких зданий, из которых одно или более относятся к
ветроэнергоактивным, рассматривают возможности их взаимного
расположения, усиливающего общий аэродинамический эффект,
направленный на концентрацию энергии и интенсификацию подачи
воздушных потоков

к ветроустановке или системе ветроустановок зданий,
образующих в совокупности строительный ветроэнергоактивный
комплекс.

В качестве ветроэнергоактивных конструкций могут быть
использованы покрытия, стены, преимущественно в верхней части здания
защитные эл
ементы светопроемов (зенитных фонарей), конструкции
экранов и надстроек.

Трансформацию элементов здания в ветроактивную установку
осуществляют по одной из следующих схем:

34

с вертикальной осью (в рабочем положении) ветроколеса
индифферентного к направлению в
етра;

то же, с ветроколесом, зависящим от направления ветра и
наделенным системой изменения его ориентации (по ветру);

то же без системы ориентации и с обеспечением наиболее
эффективной работы только при господствующем направлении ветра;

горизонтальной или

наклонной осью ветроколеса или турбины,
эффективность работы которых может зависеть или не зависеть от
направления ветра.

Первый (простейший) принцип проектирования
ветроэнергоактивных зданий, основанный на трансформации
полифункциональных элементов ограж
дающих конструкций в элементы
ветроколеса, реализуют посредством следующих приемов.

1. Используют для этих целей поворотные створки защиты
светопроемов (преимущественно на покрытии), вентиляционных шахт или
локальных надстроек другого назначения.

2. Придаю
т защитным створкам до определенной степени
аэродинамическую форму, например, деформируя их по типу ротора
Савониуса и снабжая вертикальной или горизонтальной осью вращ
ения и
прикрепляют к ограждению:

а) вертикальную ось одним из концов через промежуточный

шарнир,
обеспечивающий возможность складывания оси в определенной плоскости
под углом, достаточным для наложения створки
-
ротора на защищаемую
конструкцию светопроема здания;

б) горизонтальную ось шарнирно за один или оба конца с
возможностью параллельных
возвратно
-
поступательных смещений в
направлении от ограждения или к нему в диапазоне, достаточном для
обеспечения в одном из экстремумов беспрепятственного вращения
створки как элемента ветроколеса, и наоборот, плотного примыкания
створки к защищаемой конс
трукции в другом крайнем положении оси
(рис. 24
).

3. Подсоединяют к оси ротора генератор для преобразования
механической энергии вращения, например, в электрическую и, сообщают
его с энергосистемой здания. Такую же совокупность приемов применяют
при разраб
отке других схем ветроэнергоактивных конструкций
аналогичного назначения.

Второй принцип повышения эффективности работы
трансформируемого ветроколеса путем подачи к нему дополнительных
масс воздуха реализуется следующим образом.

1. Один из защитных элемент
ов с развитой площадью, например,
теневой навес над эксплуатируемым покрытием здания, проектируется
полифункциональным и ему придается форма воздухозаборного

35

устройства
(рис. 25
)



нагнетающего (концентратора) либо комплексного
нагнетающе
-
разреживающего (
концентратор + диффузор).

2. В зоне минимального миделя прослойки между экраном и
покрытием размещают, частично или полностью перекрывая щель,
систему ветроколес с вертикальной осью, ориентированной поперек
перекрываемой щели, или устанавливают ветротурби
ну с горизонтальной
осью.

3. На оси ветроустановки размещают генератор энергии, например,
электрической или тепловой, и сообщают его с энергосистемой здания.

Третий принцип совмещения части здания с ветроустановкой
реализуют следующими приемами архитектурн
ого и конструктивного
проектирования.

1. Исходя из энергетических потребностей здания и удельных
ветроэнергетических ресурсов, выбирают часть здания для превращения ее
в ветроэнергоактивную.

2. Придают выбранной части здания необходимую
аэродинамическую ф
орму, например, вертикального цилиндра или
близкого к нему многогранника, вокруг которого соосно с ним

размещают
ветротурбину.








Рис. 24
.

Ветроэнергоактивные элементы зданий
:
а,

б



группа зенитных фонарей
с защитными створкам
и, трансформируемыми в лопасти ветроколеса;
в


зенитный
фонарь с поворотным экраном, трансформируемым в ротор Савониуса; г


то же, с
вертикальной осью и полопастной трансформацией каждого полуротора (лопасти
опущены и закрывают светопроемы фонарей, распо
ложенные в шахматном порядке;
лопасти установлены в режиме вращения, светопроемы открыты для солнечных лучей);
1


экран, лопасть; 2


зенитный фонарь; 1


ось ветроколеса



б)

б)

а

б

в

г


а

а

36






Рис. 2
5

Конструктивные схемы ветроэнергоактивных зданий с солнеза
щитным
экраном, трансформированным в концентратор и диффузор ветрового потока
:
а



крыша с односкатным экраном, выполненная в виде концентратора ветровой
энергии;
б



то же, с продленным экраном, образующим с подветренной стеной малый
дифф
узор; в


покрытие с двускатным экраном с улучшенными аэродинамическими
качес
твами концентратора и диффузора

в
етра; г, д


здание с комплексными
аэродинамическими и солнезащитными экранами; 1


экран; 1


ветроколеса
(турбина); 3


концентратор воздушного

потока; 4
-

диффузор










а


б

в

г

д

а

а

ддд

1
3

2
3

1
3


37



Рис. 2
6
.

Гипотетические решения ветроэнергоактивных зданий,
обеспечивающих улавливание и концентрированную подачу

воздушных потоков к ветроколесу
:
а



здание с концентратором ветра;

б



г



вариантные решения здания с

концентратором и диффузором;





Рис. 27.

Энергоактивное здание с опертым на него ветроколесом и крышей
специальной аэронамической формы

а

б

в

г

38




Рис. 2
8.

Здание с комплексной ветро
-
гелиоустановкой полифункционального типа



3. Ветротурбину проектируют в пол
ифункциональном исполнении,
для чего лопасти выполняют, например, шарнирно прикрепленными вдоль
их внутренней вертикальной кромки с возможностью разворота до касания
со смежной лопастью и образования, таким образом, внешнего защитного
кожуха
,

снижающего те
плопотери здания или регулирующего инсоляцию
и выполняющего другие защитные функции.


Приемы, реализующие четвертый, пятый и шестой принципы
проектирования ветроэнергоактивных зданий, показаны соответственно на
(рис. 2
6
-
2
8
).

Рассмотренные выше примеры, илл
юстрирующие приемы
проектирования ветроэнергоактивных зданий, даны с целью показать пути
подхода к инженерным решениям проблемы использования энергии ветра
и включения ее в энергобаланс здания. При этом представляется
естественным, что каждый из перечислен
ных принципов может быть
развит в направление проектирования соответствующих типов зданий с
разработкой ряда н
овых оригинальных решений ветро
установок,
совмещенных с конструкциями зданий. А общий эффект использования
энергии ветра может быть повышен путем
мультипликации и
комбинированного применения на одном объекте или комплексе зданий
жжжж


39

изложенных выше приемов проектирования различных ветро
-

и других
энергоактивных систем.


2.2.

Примеры ветроэнергетических установок


Принцип действия всех ветродвигателей один: п
од напором ветра
вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через
систему передач валу генератора, вырабатывающего электроэнергию,
водяному насосу. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больший
воздушный поток оно захватывает и тем больше э
нергии вырабатывает
агрегат. Принципиальная простота дает здесь исключительный простор
для конструкторского творчества, но только неопытному взгляду
ветроагрегат представляется простой конструкцией. Традиционная
компоновка ветряков


с горизонтальной осью
вращения


неплохое
решение для агрегатов малых размеров и мощностей. Когда же размахи
лопастей выросли, такая компоновка оказалась неэффективной, так как на
разной высоте ветер дует в разные стороны. В этом случае не только не
удается оптимально ориентиро
вать агрегат по ветру, но и возникает
опасность разрушения лопастей. Кроме того, концы лопастей крупной
установки, двигаясь с большой скоростью, создают шум. Однако главное
препятствие на пути использовании энергии ветра все же экономическая


мощность агр
егата остается небольшой и доля затрат на его эксплуатацию
оказывается значительной. В итоге себестоимость энергии не позволяет
ветрякам с горизонтальной осью оказывать реальную конкуренцию
традиционным источникам энергии. По прогнозам фирмы Боинг (США)
н
а текущее столетие


длина лопастей крыльчатых ветродвигателей не
превысит 60 метров, что позволит создать ветроагрегаты традиционной
компоновки мощностью 7 МВт.

Типы ветродвигателей.

Большинство типов ветродвигателей
известны так давно, что история умалч
ивает имена их изобретателей. Они
делятся на две группы:

ветродвигатели с г
оризонтальной осью вращения (кры
льчатые)

(рис. 29,
б
-
д
)
.

ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные:
лопастные
(рис. 29
а
)

и ортогональные
(рис. 2
9

е
).

Типы крыльча
тых ветродвигателей отличаются тол
ько количеством
лопастей
(рис. 30
)
.

Кры
льчатые.

Для крыльчатых ветродвигателей наибольшая
эффективность которых достигается при действии потока воздуха
перпендикулярно к плоскости вращения лопастей
-
крыльев, требуется
устр
ойство автоматического поворота оси вращения. С этой целью
применяют крыло
-
стабилизатор. Карусельные ветродвигатели обладают
40

тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра не
изменяя своего положения. Коэффициент использования энергии ве
тра у
крыльчатых ветродвигателей намного выше чем у карусельных. В то же
время у карусельных


намного больше момент вращения. Он максимален
для карусельных лопастных агрегатов при нулевой относительной
скорости ветра. Распространение крыльчатых ветроагрег
атов объясняется
величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться
с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость
вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна
количеству крыльев, поэтому агрегаты с количе
ством лопастей больше
трех практически не используются.

Карусельные.

Различие в аэродинамике дает карусельным
установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При
увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего
скорость
вращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели
тихоходны и это позволяет использовать простые электрические схемы,
например с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при
случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее
т
ребование


использование многополюсного генератора работающего на
малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а
использование мультипликаторов (мультипликатор [лат.
Multiplicator

умножающий]


повышающий редуктор) не эффективно из
-
за низкого
КПД последних. Еще более важным преимуществом карусельной
конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить
за тем «откуда дует ветер», что весьма существенно для приземных
рыскающих потоков. Ветродвигатели подобного типа с
троятся в США,
Японии, Англии, ФРГ, Канаде. Карусельный лопастный ветродвигатель
наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает
максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое
саморегулирование максимальной скорости вращения в
процессе работы.
С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает
вращающий момент вплоть до полной остановки.

Ортогональные.

Ортогональные ветроагрегаты, как полагают
специалисты, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед
ветропо
клонниками ортогональных конструкций стоят определенные
трудности. Среди них, в частности проблема запуска. В ортогональных
установках используется тот же профиль крыла, что и в дозвуковом
самолете. Самолет, прежде чем «опереться» на подъемную силу крыла,
должен разбежаться. Так же обстоит дело и в случае с ортогональной
установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию


раскрутить и
довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она
сама перейдет из режима двигателя в режим генератора. От
бор мощности

41

начинается при скорости ветра около 5 м/с а номинальная мощность
достигается при скорости 14…16 м/с. Предварительные расчеты
ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до
20000 кВт. В реал
ьной установ
к
е

мощностью 2000 кВ
т диаметр кольца, по
которому движутся крылья составит около 80 метров. У мощного
ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми


взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор
отдельным преобразователем, можно просуммироват
ь выходную
мощность, вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается
надежность и живучесть ветроустановки.

Реально работающие ветроагрегаты обнаружили ряд отрицательных
явлений. Например, распространение ветрогенераторов может затруднить
прием теле
передач и создавать мощные звуковые колебания. Появление
экспериментального ветродвигателя на Оркнейских островах (Англия) в
1986 году вызвало многочисленные жалобы от телезрителей ближайших
населенных пунктов. В итоге около ветростанции был построен
телев
изионный ретранслятор. Лопасти крыльчатой ветряной турбины были
выполнены из стеклопластика, который не отражает и не поглощает
радиоволны. Помехи создавал стальной каркас лопастей и имеющиеся на
них металлические полоски, предназначенные для отвода ударов

молний.
Они отражали и рассеивали ультракоротковолновый сигнал. Отраженный
сигнал смешивался с прямым, идущим от передатчика, и создавал на
экранах помехи. Построенная в 1980 году в городке Бун (США)
ветроэлектростанция, дающая 2 тысячи киловатт, действов
ала безотказно,
но вызывала нарекания жителей городка. Во время работы ветряка в окнах
дребезжали стекла, и звенела посуда на полках. Было установлено, что
шестидесятиметровый винт при определенной скорости вращения издавал
инфразвук. Он не ощущается челов
еческим ухом, но вызывает
низкочастотные колебания предметов и небезопасен для человека. После
доработки лопастей от инфразвуковых колебаний удалось избавиться.

Ветродвигатели могут не только вырабатывать энергию.
Способность привлекать внимание вращением

без расходования энергии
используется для рекламы. Наиболее простой


однолопастный
карусельный ветродвигатель представляет собой прямоугольную
пластинку с отогнутыми краями. Закрепленный на стене он начинает
вращаться даже при незначительном ветре. На бо
льшой площади крыльев
карусельный трех
-
четырех лопастный ветродвигатель может вращать
рекламные плакаты и небольшой генератор. Запасенная в аккумуляторе
электроэнергия может освещать крылья с рекламой в ночное время, а в
безветренную погоду и вращать их.


42

Ветроэнергетические установки (
рис. 31
-
35
) достигли сегодня
уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями
ветра могут конкурировать с традиционными источниками
электроснабжения.

Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра
в
механическую работу, в подавляющем большинстве случаев используются
лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по
направлению ветра. Намного реже применяются устройства с
вертикальным валом. Кинетическая энергия, переносимая потоком ветра в

единицу времени через площадь в 1м
2

(удельная мощность потока),
пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому установка ВЭУ
оказывается целесообразной только в местах, где среднегодовые скорости
ветра достаточно велики. Ветровое колесо, размещенное в свобо
дном
потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в
мощность на его валу 16 : 27 = 0,59 (критерий Бетца) мощности потока
воздуха, проходящего через площадь сечения, ометаемого ветровым
колесом. Этот коэффициент можно назвать теоретическ
им КПД
идеального ветрового колеса. В действительности КПД ниже и достигает
для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что
ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может
иметь мощность на валу в лучшем случае 85

кВт.

Наибольшее распространение из установок, подсоединяемых к сети,
сегодня получили ветроэнергетические установки (ВЭУ) с единичной
мощностью от 100 до 500 кВт.

Наряду с этим создаются ВЭУ и с существенно большей единичной
мощностью. В 1978 г. в США бы
ла создана первая экспериментальная
ВЭУ мегаваттного класса с расчетной мощностью 2 МВт. Вслед за этим в
1979
-
1982 гг. в США были сооружены и испытаны 5 ВЭУ с единичной
мощностью 2,5 МВт. Самая большая к тому времени ВЭУ (Гровиан)
мощностью 3 МВт была соор
ужена в Германии в 1984 г., но, к сожалению,
она проработала лишь несколько сот часов. Построенные несколько позже
в Швеции ВЭУ
WTS
-
3 и
WTS
-
4 мощностью соответственно 5 и 4 МВт
были установлены в Швеции и США и проработали первая 20, а вторая

10 тыс. ч.

В Канаде ведутся работы по созданию крупных ветровых установок
с вертикальным валом (ротор Дарье). Одна такая установка мощностью 4
МВт проходит испытания с 1987 г. Всего за 1987
-
1993 гг. в мире было
сооружено около 25 ВЭУ мегаваттного класса. Расчетная ск
орость ветра
для больших ВЭУ обычно принимается на уровне 11
-
15 м/с. Вообще, как
правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую скорость ветра
он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости ветра
большую часть времени ВЭУ вырабатывает м
еньшую мощность.

43

Считается, что если среднегодовая скорость ветра в данном месте не менее
5
-
7 м/с, а эквивалентное число часов в году, при котором вырабатывается
номинальная мощность не менее 2000
,

то такое место благоприятно для
установки крупной ВЭУ и да
же ветровой фермы.

Автономные установки к
иловат
тного класса предназначенные для
энергоснабжения сравнительно мелких потребителей могут применяться и
в районах с меньшими среднегодовыми скоростями ветра.

Сегодня в некоторых промышленно развитых странах уста
новленная
мощность ВЭУ достигает заметных значения. Так, в США установлено
более 1,5 млн. кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3% потребляемой
страной энергии; велика установленная мощность ВЭУ в Швеции,
Нидерландах, Великобритании и Германии. По мере сов
ершенствования
оборудования ВЭУ и увеличения объема их выпуска стоимость ВЭУ, а
значит, и стоимость производимой ими энергии снижаются.




Рис. 2
9
.

Типы ветродвигателей




Рис.
30
.

Традиционный крыльчатый ветродвигатель


а

б

в

г

д

е





Рис. 31. В
одяно
й насос, приводимый в действие ветром
:

1


шатун; 2


деревянная направляющая тяга насоса;

3

шаровой шарнир; 4


насос двойного действия;

5


невозвратные клапана; 6


подача воды; 7


всасывание























Рис.
33
.
Ветроустановка в Мурманске


Рис.
34
. Автономная ветродизельная









электростанция


Рис.32. С
олнечная станция: 1


параболическое
зеркало; 2

фокус; 3


плоские зеркала с

гидравлической системой управления




42

а


45





Рис.
35
. Ветроэнергетические установки


46

3.
ЗДАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРО



И ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ


3.1. Архитектурные и конструктивные приемы проектирования



зданий
с использованием
гидротермальной

и
геотермальной
энергии


Гидротермальная и геотермальная энергия как возобновляемые виды
энергии существенно отличаются от солнечной и ветровой по физической
сущности и важнейшим параметрам: это низкопотенциальная тепловая
энергия, накопле
нная в естественном аккумуляторе высокой
энергоемкости, характеризующаяся повышенной стабильностью
энтальпии и температуры, изменения которых имеют слабо выраженный
сезонный и суточный ход, уменьшающийся с глубиной, отсчитываемой от
дневной поверхности.

Об
щая для данных источников принципиальная схема
использования возобновляемой энергии включает: узел подачи или отбора
энергии внешнего источника с непосредственным подводом теплоносителя
к конструкциям здания в одноконтурных вариантах теплообмена или
включа
ющий теплообменник в двухконтурных вариантах при повышенной
загрязненности или агрессивности теплоносителя в естественном
аккумуляторе (грунтовая вода на химическом предприятии,
производственные стоки); систему каналов для подачи теплоносителя в
здание или

его рециркуляции между аккумулятором и потребителем; насос
для принудительной регулируемой циркуляции теплоносителя в системе;
теплообменники системы термостатирования здания, имеющие развитую
площадь и обычно совмещаемые с ограждающими конструкциями здан
ия.

Кроме того, дополнительно могут быть установлены блок тепловых
насосов и резервный аккумулятор энергии, например, теплоизолированная
емкость с нагретой водой для системы горячего водоснабжения здания.

К градостроительным приемам проектирования энергоак
тивных
зданий с использованием гидро
-

и геотермальной энергии относятся:

выбор места строительства энергоактивного здания исходя из
энергетической оценки площадки, включая вариантное сравнение
обеспеченности возобновляемой энергией соответствующего вида,
доступности и простоты извлечения энергии, сравнение исходных
теплотехнических параметров теплонасыщенной субстанции и возможного
теплоносителя, например, геотермальных вод; основной критерий
предпочтительности того или иного варианта


минимум приведенны
х
затрат на единицу энергии получаемой от возобновляемого источника;

градостроительное обеспечение региона проектируемого
энергоактивного здания, свободного от размещения на нем других

47

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,
из
влекаемой из грунта посредством коллектора в виде змеевика из труб,
заложенных на глубине около 1 м, необходим участок площадью 0,2


0,5
га.

В пределах приведенной выше общей схемы проектирование
энергоактивных зданий с использованием гидро
-

и геотермальн
ой энергии
имеет особенности, специфические для каждого вида энергии. Рассмотрим
их отдельно.


3.2. Конструктивные приемы проектирования

гидроэнергоактивных зданий


Вода как источник энергии может применяться в системах
термостатирования производственных и

других зданий с отдачей или
отбором тепловой энергии в зависимости от ее дефицита или избытка в
тепловом балансе здания. При этом возможны следующие варианты
гидроэнергоснабжения здания: напорный поток сбросных вод ТЭЦ,
промышленных объектов или вод, пода
ваемых из реки (например,
частичный отвод горного водостока), с теплообменом, осуществляемым
при открытом настильном перетекании струй по поверхности конструкций
зданий; то же, с частичным или полным пропуском потоков
гидротеплоносителя в полостях ограждаю
щих конструкций здания или
комплекса зданий; напорная подача воды через трубчатые
теплообменники, размещенные в ограждениях здания и подключенные к
водопроводу; то же, с забором воды из водонасыщенного слоя грунта или
водоема в окрестностях здания.

В ситуа
циях когда вода из источника гидротермальной энергии не
может быть непосредственно подана в теплообменные системы здания
ввиду ее непригодности по тем или иным причинам для отбора тепловой
энергии в слое воды или водосодержащем слое аккумулятора размещают
вторичный контур с замкнутой циркуляцией в нем жидкостного или
воздушного теплоносителя. К аналогичному конструктивному приему
прибегают в тех случаях когда в отопительном сезоне отбор теплоты
намечается производить в режиме фазовых превращений, т.е. замор
аживая
воду в грунте или в водоеме в зоне размещения каналов теплообменника.

Принцип полифункциональности при проектировании
энергоактивных зданий гидротермального типа реализуют, совмещая
48

водозаборные конструкции теплообменные и циркуляционные каналы с
ко
нструкциями здания.

Для вариантов, когда теплосодержащая масса статически
сосредоточена в водонасыщенном слое или водоеме и по высотным
отметкам соотносится с конструкциями нулевого цикла здания, элементы
гидроэнергоактивной системы совмещают с фундаментом
, используя
приемы проектирования, применяемые в гидротехническом строительстве,
и применяя такие технические решения элементов фундамента, как
гидролоток и водоприемный колодец.

Альтернативный технический прием заключается в выполнении
фундамента гидроэне
ргоактивного здания в виде резервуара, конструкция
которого аналогична конструкции фильтров грубой и тонкой очистки,
применяемых системе водозаборных сооружений. При этом в связи с
новой теплотехнической функцией известной конструкции, применяемой
по новом
у назначению, ограждения резервуара могут быть
теплоизолированы, а как несущие элементы фундамента они должны быть
запроектированы под эксплуатационные нагрузки от опертого на них
здания.

При относительно глубоком залегании грунтовых вод, используемых
для
гидроэнергоснабжения здания возможен другой конструктивный
прием полифункционального использования конструкций фундаментов в
виде полых тепло обменных свай, аналогичный используемому при
строительстве на вечномерзлых грунтах.

В вариантных решениях, предусм
атривающих подачу воды в виде
струй перетекающих поверху здания, теплообменник совмещают с
наружной поверхностью омываемых струями воды конструкций


покрытия, стен, светопроемов. Обычно теплообменником в таких
решениях фактически является непосредственно
омываемый водой слой
ограждения. При этом важнейшей практическое задачей представляется
надлежащее обеспечение повышенной гидроизоляции; конструкций. Этот
же фактор следует учитывать при обеспечении эксплуатационных качеств
всех типов конструкций с гидроко
ллекторам, совмещенных с
ограждающими конструкциями зданий.

Рассмотрим приемы проектирования энергоактивных ограждений с
гидроколлекторами. Гидроколлектором энергоактивного ограждения
целесообразно называть совмещенное с ограждением теплотехническое
устрой
ство, включающее теплообменник для низкопотенциального
жидкостного теплоносителя, предназначенный для термостатирования
ограждения (обогрева или охлаждения).

Гидроколлекторы, предназначенные для непреобразованного
низкопотенциального теплоносителя, размеща
ют в полости ограждения в
любой части по толщине сечения ограждения, в том числе в подэкранной.

49

Возможны гидроколлекторы открытого, полуоткрытого и закрытого типа
(рис.
36
-
43
). Гидроколлекторы открытого и полуоткрытого типа,
примененные в качестве самостоя
тельного ограждения или заполнения
проема в ограждении, при наличии сквозных отверстий или щелей в
коллекторе, сообщающих внутренний воздух помещения с наружным
могут дополнительно выполнять функции частичного кондиционирования
воздуха. Такими же свойствам
и обладают несквозные гидроколлекторы с
частично открытым переливом воды, осуществляемым по поверхностям
элементов, обращенным в сторону помещения и сообщенным с ним.

Гидротермальные коллекторы в общем случае могут применяться в
здания
х

в системах с энерге
тическим дублером или д
оводчиком
теплотехнических пара
метров теплоносителя либо непосредственно
внутренней среды в помещения
х

до уровня, обеспечивающего
необходимый экологический комфорт.

Гидротермальные коллекторы закрытого типа с улучшенным
потенциалом т
еплоносителя и температурой, достаточной для требуемого
обогрева или охлаждения помещений, выполняют совмещенными со
слоями ограждения, обращенными в сторону помещения, в виде
внут
ренней облицовки стены, покрытия

(перекрытия) либо в виде глухого
экрана или

с подэкранной прослойкой, сообщенной с помещением.

Такие гидроколлекторы конструктивно и функционально совпадают
с техническими решениями отопительных и охла
ждающих устройств
панельно
-
радиа
ционного или радиаторного типа. Их конструктивной
особенностью явл
яется повышенная площадь поверхности
,

что
обусловлено необходимостью обеспечит
ь

достаточный нагрев помещения
при относительно невысоких температурах поверхности коллектора в
режиме отопления, а также необходимостью исключит
ь

выпадение
конденсата на поверхн
ости ограждения
-
коллектора в режиме охлаждения
помещения. Для удовлетворения этих требований коллектор, как правило,
занимает всю площадь стены, покрытия (перекрытия) или проема
светотехнического или вентиляционного назначения.

Элементы гидроэнергоактивных

систем здания, соприкасающиеся с
водой или находящиеся в зоне повышенного увлажнения, выполняют из
водостойких водонепроницаемых, преимущественно некорродирующих
или надежно защищенных от коррозии материалов
:

алюминия,
шлакоситалла, пластмасс
,

эмалированн
ой стали. Теплообменные элементы
двухконтурной системы, непосредственно соприкасающиеся с агрессивной
средой (химически активные производственные стоки, геотермальные
воды с высокой минерализацией), должны быть выполнены из химически
стойких материалов (не
ржавеющая сталь, теплопроводные пластмассы)
либо надежно защищены от прямого контакта с агрессивным агентом.


50




Рис. 36
. Конструктивные решения знаний с гидротермальными коллекторами

а,

б


открытого типа;

в


закрытого типа


а

б

в


51


Рис. 37
. Гидроколлектор
ы полуоткрытого типа:

а


в конструкции стены,

совмещенной с коллектором солнечной энергии;
б
-

в виде

солнцезащитного экрана у стены здания;

1


гидроколлектор;

2


стена; 3
-
селективно

прозрачная защита; 4
-

водоприемник



Рис. 3
8
. Коллектор
закрытог
о типа для пер
-


Рис. 39
. Коллектор закрытого типа для

вого контура системы отопления зданий
:


о
топления и охлаждения зданий:

а

-

схематический разрез здания;
б
,
в



ва
-


1


наружная обшивка; 2


теплоизоля
-

рианты поперечного сечения стенового ог
-


ция;

3


внутренняя обшивка
-
теплооб
-

раждения (фрагменты); 1


внутренняя об
-


менник; 4


канал для циркуляции во
-

шивка; 2


теплоизоляция; 3


наружная


ды; 5


питающий трубопровод; 6


во
-

обшивка


теплообменник; 4


канал для


дораздаточная труба; 7
-

отводящая

циркуляции воды; 5


водозабор; 6


водо
-


труба

раздаточная труба; 7


отводящая труба;

8


водоносный слой грунта; 9


защитный

экран

а

б

в

в
)

52


Рис. 40
.
Коллектор открытого типа с каскадным переливом воды для защиты от перегрева

стеновых ограждени
й
а
-
вертикальный разрез;
б
-
горизонтальный разрез по воздуховодному

каналу; 1

обшивка стены; 2
-
теплоизоляция; 3
-
экран; 4
-
продольная пластина;5
-
воздуховодный канал; 6
-
полое ребро; 7
-
проем в экране; 8
-
водораздаточная труба



Рис. 42
.
Коллектор открытого тип
а с каскад
-

ным переливом воды для защиты от перегрева

стеновых конструкций 1

обшивка стены;

2


теплоизоляция; 3

экран; 4


продольная

пластина; 5


водораздаточная труба; 6

проемы

в экране

Рис. 41
. Водяная завеса для защиты

от перегрева открытых помещений
1
-
водраздаточная

труба; 2

водяная
завеса;

3


водосборный лоток




в)

в)

а

б


53




Рис. 43
.

Коллектор открытого типа для защиты от перегрева

кровельных ограждений

1


пластина орошаемого экрана; 2


вентилируемая воздушная прослойка; 3


зазор; 4


наклонное ребро для крепления пластин экрана; 5


наклонное покрытие с рулонной
кровлей; 6


водораздаточная труба



3.3. Архитектурно
-
строительные

приемы проектирования

зда
ний работающих с использованием геотермальной энергии


Принимая во внимание сочетание теплотехнических и физико
-
механических свойств верхнего слоя литосферы как возобновляемого
источника геотермальной энергии, можно сформулироват
ь следующие
общие приемы проектирования энергоактивных зданий геотермального
типа.

1. Массив грунта в основании ли окрестностях здания может быть
подключен к системе тепло
-

и холодоснабжения здания через
размещенный в нем теплообменник, выполненный в виде
системы труб
или иных каналов с жидкостным или воздушным теплоносителем.

2. В массив грунта для улучшения его тепломассообменных свойств
может быть вмонтирован массив щебня или галечника с повышенной
воздухе
-

и водопроницаемостью, выполненный в виде единог
о блока,
например, при обратной засыпке котлована либо в виде аналогично
заполненной системы траншей.

3. Массив грунта, используемый как аккумулятор и источник
возобновляемой энергии, может быть теплоизолирован, по крайней мере, в
верхней части в зоне, пр
имыкающей к зданию с внешней стороны или
расположенной з
а его наружным контуром (рис. 44
). Теплоизоляция может
быть выполнена стационарной или трансформируемой, например, в виде
съемных щитов.

ппппп

54

4. В целях повышения теплоэнергоемкости массива грунта
последни
й может быть гидроизолирован и после этого искусственно
насыщен водой. Такое решение применяют, когда выбранный массив
расположен в неводоносных фильтрующих слоях, состоящих из
крупнообломочных пород, крупного песка.

5. Для обеспечения возможности повышени
я энергетического
потенциала массива грунта его гидроизолируют и теплоизолируют путем
комбинированного использования геотермальной энергии в сочетании с
другими видами возобновляемой энергии
,

преимущественно солнечной, и
дополнительно проводят следующие ме
роприятия:

снабжают массив системой теплообменных каналов, регулируемо
сообщенных с энергоактивным зд
анием, коллекторами

солнечной энергии
или атмосферой; выбор того или иного варианта комбинированного
энергоснабжения должен быть предварительно обоснован
технико
-
экономической оценкой сравнительной эффективности типов систем с
учетом конкретных особенностей данного объекта и природно
-
климатических факторов, после чего принимают решение об
использовании в качестве теплоносителя воздуха или воды;

подключают к
аналы к системе принудительной циркуляции
теплоносителя
(
блок насосов, если теплоноситель


вода, или блок
вентиляторов, если теплоноситель


воздух);

для воздушного теплоносителя в сочетании с неводонасыщенным
массивом грунта применяют открыто сообщенные
с ним конструкции
теплообменных каналов (перфорированные трубы или заполненные
щебнем траншеи);

для воздушного теплоносителя и водонасыщенного массива грунта
принимают меры, предотвращающие заполнение теплообменных каналов
водой и нарушение их нормального
функционирования (сплошная
герметизация стенок каналов и стыковых соединений
,

если давление
теплоносителя в канале меньше давления воды в теплоаккумулирующем
массиве, и избирательная перфорация система щелей или открытая снизу
полость горизонтального канал
а, если давление теплоносителя в нем
превышает давление извне, по крайней мере, в период активной работы
системы);

для жидкостного теплоносителя применяют обратный набор
конструктивных мер: в неводонасыщенном или водонасыщенном, но
химически агрессивном ма
ссиве грунта применяют систему труб,
образующих закрытый автономный теплообменный контур, а в
водонасыщенном и неагрессивном массиве может быть применена система
перфорированных труб или незамкнутых каналов иного типа.


55

6. Массив грунта может быть конструкт
ивно выполнен в виде
насыпи с откосами, обрамляющей час
ть или все стены здания (рис. 45
),
при этом:

насыпь может примыкать к наружным стенам на часть или всю
высоту, а откос обращен наружу; стена должна быть снабжена
повышенной гидроизоляцией в зоне контак
та с насыпным грунтом;

насыпь может быть отделена от защищаемой стены воздушной
прослойкой посредством промежуточного экрана, воспринимающего
давление грунта;

прослойка может быть продолжена в основании насыпи, в виде
системы регулируемо сообщенных с ней г
оризонтальных или наклонных
воздушных каналов для сезонной циркуляция воздуха; это делается с
целью повышения энтальпии грунта в насыпи и оптимизации
энергетического режима защищаемого здание в летний и зимний периоды
эксплуатации;


внешний откос насыпи мо
жет быть снабжен укрепляющим его и
стабилизирующим форму слоем растительности (кустарники или
многолетние травы) либо облицован плитными элементами, в том числе
допускающими увеличение его наклона до значений, превышающих угол
естественного откоса;

на внеш
нем откосе, обращенном в сторону, интенсивно облучаемую
солнцем, могут быть размещены сезонные или стационарные
круглогодичного действия устройства для улавливания солнечной энергии
и повышения энтальпии массива грунта, выполненные, например, в виде
просте
йших коллекторов типа «горячий ящик» (укрепленная с
образованием под ней воздушной прослойки и рециркуляцией нагретого
воздуха пленка с улучшенными селективными свойствами одностороннего
пропускания лучистой энергии), либо в массив может быть дополнительно

вмонтирован трубчатый теплообменник;

насыпь может быть выполнена автономной и обращена откосом к
защищаемой стене с конструктивным оформлением откоса по одному из
вариантов, изложенных выше, либо облицовка откоса может быть
снабжена отражателями, усиливаю
щими солнечную энергоблученность
ограждений здания;

пространство между насыпью и зданием, например, верхней
кромкой соответствующей наружной стены здания, может быть сезонно (в
отопительный период) перекрыто светопрозрачным или непрозрачным
элементом (вант
овая мембрана, сборно
-
разборный тент,
трансформируемая воздухоопорная оболочка), снижающим тепловые
потери здания;

56

в системе строительного комплекса включающего параллельно
распложенные корпуса, например, производственных зданий, насыпь
между ними может бы
ть выполнена двухоткосной.

7. При ограниченной территории или иной необходимости
экономить внешн
ю
ю площадь массив грунта может быть выполнен в виде
энергоемкого грунто
-
заполненного экрана повышенной толщины либо
конструктивно введен в ограждение. При этом
в качестве заполнителя
могут быть использованы песок, галечник щебень, ракушечник или другие
местные материалы. Если же в район строительства имеется торф, в том
числе низких сортов, или торфосодержащий грунт, то их можно
использовать в качестве засыпки.

В

связи с этим необходимо отметить, что при определенном сроке
эксплуатации сооружения применение торфа непосредственно в
конструкциях ограждения как фактора энергетической защиты,
увеличивающего термическое сопротивление и снижающего теплопотери
здания, ст
ановится экономически более выгодным, чем сжигание его в
топках с целью теплоснабжения того же здания. Это утверждение в полной
мере справедливо также для всех видов бурого и каменного угля а в
равной степени и для пустой породы образующей терриконы, а так
же для
шлаков из отвалов которые могут быть использованы без переработки.







Рис. 44
.

Здание с геотермальным коллектором,
дополненным

коллектором солнечной энергии





5
7

4.

ЗАГЛУБЛЕННЫЕ ЖИЛИЩА


4.1. Проблема сохранения энергии



Одним из главных аспектов арх
итектурного 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


к
омпактность 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 п
отери 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 прямоуголь
ную.

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
пр
инцип 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 преимущест
во 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 с
тановится 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 п
омещения, так и с точки зрения положений
строительного законодательства. Оконные проемы, внутренние дворики,
световые фонари и другие подобные элементы, которые улучшают условия
58

среды обитания, могут быть решены без

значительного уменьшения
размера эконом
ии энергии, которую обеспечивает заглубление здания, а в
некоторых случаях могут увеличить эту экономию.





Рис.
45
.

Здания с геотермальным коллектором в виде обрамляющей насыпи с
различными системами аккумулирования и отвода теплоты
:
а


со стацион
арной 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 ниж
них 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 остекл
ение



4.2. Выбор архитектурных решений


При выборе основных решений важно учитывать требования тех
людей, которые будут находиться в здании с последующей реализацией
этих требований, в том объеме, который будет спроектирован и
осуществлен. Так как основны
е, функциональные потребности
большинства семей одинаковы, основные решения большинства ломов для
одной семьи будут также одинаковы. Благодаря общим требованиям к
домам с учетом снижения финансовых затрат и стремления к унификации,
а

б

в

г

д


59

эти здания находят широк
ий спрос. Естественно, заглубленный дом
подчиняется тем же правилам проектирования и законам рынка, что и
надземный, и должен быть решен таки же образом, чтобы отвечать всем
требованиям и выполнять те же функции, которые владелец предъявляет к
надземному д
ому. Однако заглубленный дом имеет ряд особенностей,
которые обусловливают особенности проектирования. Например, при
строительстве частично или полностью заглубленного дома нельзя
использовать параметры цокольного этажа аналогичной площади из
-
за
того, что
увеличение глубины для такого здания намного удорожает
строительство и непрактично.

Типичный цокольный этаж в обычном доме выполняет ряд функций,
которые должны быть признаны необходимыми и предусмотрены в
основных решениях любого заглубленного дома. Ед
в
а
ли эти помещения
потребуют большего пространства, чем под них отводится в типичном
цокольном этаже. Весьма вероятно, что новые более эффективные методы
организации и использования пространства позволят совместить эти
функции, характерные для цокольного эта
жа с функциями всего здания в
целом.

Одна из функций привлекает особое внимание при разработке
основных решений


это организация пространства для механического
оборудования. Потребности в мощности отопительного и охлаждающего
оборудования для заглубленног
о здания значительно меньше, чем для
обычного здания тех же размеров. Но это не означает, что физические
размеры оборудования могут быть уменьшены столь же значительно.
Желательно для уменьшения шума и обеспечения безопасности,
механическое оборудование ра
сполагать в отдельном помещении. Только
одно механическое оборудование займет площадь около 5,6 м
2
, если
принять что сюда входят: установка для умягчения воды, солнечная
установка для горячего водоснабжения, газовая или электрическая,
кондиционер или устан
овка для осушки воздуха, смонтированные под
потолком трубопроводы, регулирующая аппаратура, смонтированная на
стенах.

При выборе основных решений важно учитывать целесообразность
применения альтернативных механических систем, таких как солнечные
коллекторы
, кондиционирование воздуха с использованием льда и
рекуперация тепла из сточных вод. Системы солнечного отопления для
заглубленных зданий представляются весьма перспективными, поскольку
такие здания потребляют немного тепла и имеют хорошие тепловые
характ
еристики. При любом решении, предусматривающем применение
системы активного использования солнечной энергии, требуется
дополнительное пространство для установки оборудования и
накопительных емкостей. Вода и камень могут считаться лучшими
60

накопителями тепла
. Применение солнечных коллекторов оказывает
существенное влияние на ориентацию участка и выбор общего решения,
если коллекторы являются элементом конструкции здания.

Другим примером альтернативных механических систем,
оказывающих влияние на общие решения

и проектирование конструкции
здания, может быть система кондиционирования воздуха с использованием
больших масс льда, которая в настоящее время начинает получать все
большее распространение. Эта система предусматривает устройство около
здания подземного п
омещения, в котором зимой производится
замораживание большого количества льда, используемого летом для
охлаждения здания. При проектировании такой установки необходимо
учитывать потребность в дополнительном пространстве для оборудования,
а также взаиморасп
оложение дома и ледника.

Все альтернативные энергетические системы, которые могут быть
применены для заглубленных домов, оказывают влияние на проектные
решения, и нередко оно весьма значительно. По этой причине
всесторонняя, глубокая оценка таких систем пр
и выборе основных
решений позволит обоснованно включить их в проектное решение.

Поскольку к отоплению и охлаждению таких помещений, как гаражи
и склады, не предъявляются столь жесткие требования, как к отоплению и
охлаждению жилых помещений их целесообразн
о размещать на
поверхности земли по соседству с заглубленным домом. Некоторые
помещения, как например, веранда, также целесообразно располагать на
поверхности что создает лучшие условия их использования.

Следовательно, на стадии выбора решений важно помнит
ь, что
подземное жилище представляет собой совсем иной тип, чем наземное
здание, и некоторые помещения могут быть расположены на поверхности
без уменьшения энергетической эффективности заглубленного здания.

Существуют три основных типа планировочных решени
й, каждое из
которых имеет свои особенности: возвышающееся здание, здание с
внутренним двориком и сквозное. Разница между ними в основном
заключается в размерах и ориентации оконных проемов. У здания
возвышающегося типа все окна выходят на одну сторону, тр
и стены
засыпаны землей. В здании с внутренним двориком окна расположены по
периметру дворика, и все наружные стены находятся в земле. В зданиях
сквозного типа окна могут быть различного размера, их допускается
располагать в любом месте по периметру здания
. На практике возможны
различные варианты этих планировочных решений, например, в двух
уровнях или комбинация назем
ной постройки с подземной.





61

4.3. Выбор конструктивных решений и взаимосвязь



заглубленных здани
й

с поверхностью земли


Для любог
о здания конструктивные решения представляют собой
важнейшую часть проекта. Применительно к заглубленным зданиям это
тем более верно, поскольку нагрузки от засыпки на кровлю весьма
значительны. Конструктивные элементы воспринимающие эти нагрузки,
могут быт
ь подразделены на две группы: более удобные плоские кровли и
различные варианты менее удобных пространственных покрытий.

Плоские кровли представляют собой предварительно напряженные
железобетонные или монолитные железобетонные плиты, уложенные по
деревянны
м или стальным балкам. Все эти системы имеют общие
характеристики, которые позволяют выбрать наиболее простую и обычно
прямоугольную конфигурацию здания с плоской или скаткой кровлей.

Необходимость выдерживать большие, чем нормальные, нагрузки на
кровлю у
заглубленных зданий может привести к необычным
конструктивным решениям


сферическим и сводчатым конструкциям из
бетона или стали. Такие конструкции способны нести большую нагрузку, и
более эффективны, чем плоская кровля, хотя они могут ограничивать
планир
овку помещений. Эти конструкции в большей степени, чем
об
ычные, влияют на выбор размеров, ф
ормы здания и внутренних
пом
ещений. Кроме того, конструкции

в основ
е которых лежат купола или
арки

не очень хороши для устройства оконных проемов, уменьшающих
несущу
ю способность этих систем.

Например, если основной несущей конструкцией служит
большепролетная арка, то окна могут быть размещены только в торцах
здания, а планировка внутренних помещений
должна учитывать кривизну
крыши
. В этом случае наиболее удобной буде
т конструкция, допускающая
устройство второго этажа, либо состоящая из ряда примыкающих друг к
другу небольших помещений, что позволит сделать больше оконных
проемов.

Применение
стальных арочных элементов

может привести к
разработке очень интересных решен
ий возникающих в результате
стремления к максимально эффективному использованию обсыпки.
Однако следует отдавать себе отчет в том, что применение необычных
систем вызывает различные ограничения при проектировании и
ужесточает требования к конфигурации здан
ия.

В качестве примеров, иллюстрирующих различные аспекты
проектирования заглубленных зданий, приведены проектные решения,
главным образом, использующие обычные конструктивные элементы. С
этой точки зрения можно сказать, что подавляющее большинство
заглубл
енных индивидуальных домов

построено с применением обычных
62

конструктивных решений. Вместе с тем следует отметить, что все
проектные и энергетические соображения, касающиеся строительства
заглубленных зданий, рассмотрены с позиции использования любых
констр
уктивных систем, как обычной плоской кровли, так и
пространственных покрытий.

При планировке здания с внутренним двориком достигается большее
уединение, и воздействие окружающего ландшафта сказывается меньше,
чем у здания с видом на улицу.

Другой важный во
прос


взаимосвязь формы здания с поверхностью
земли. Форма здания, обусловленная требованиями обеспечения
безопасности, уединенности и использования внутреннего пространства,
предъявляемыми к зданию, может и не создавать единой гармонии с
ландшафтом. Напр
имер, на плоском ландшафте полузаглубленное и
полностью заглубленное здания выглядят по
-
разному. Земляные насыпи
вокруг полузаглубленного дома в большой степени создают зрительный
барьер для тех, кто находится снаружи, и могут быть использованы для
того, ч
тобы отделить внешнее пространст
во от здания. Кроме того,
возвыш
ение насыпей вокруг дома позволяет отводить поверхностный сток
с прилегающей территории, а также поднять пол здания над уровнем
грунтовых вод.

Еще один фактор, влияющий на общее решение,
-

это

расположение
гаража, входа и наземной жилой части по отношению к заглубленной
части здания. Наз
емная

часть в этом случае становится доминирующей в
визуальном отношении. Помещение, расположенное на крыше
заглубленного здания, следует рассматривать как допо
лнительное,
которого не
т у обычного

здани
я
; оно более доступно и изолировано при
входе в дом с прилегающей наземной территории.

Естественно, форму заглубленного здания и его назначение можно
изменять в зависимости от конкретных требований (здесь будут
расс
мотрены только общие соображения), но при этом важно учитывать
внешний вид здания и возможность образования замкнутого пространства,
так как эти параметры могут в значительной степени влиять на конкретные
проектные решения.

Важно учитывать два основных пар
аметра, связанных с
взаиморасположением здания и поверхности земли: вид из дома на
окружающий ландшафт и форму самого здания.

Если рельеф достаточно живописен, или если обитатели хотят иметь
больший зрительный контакт с окружающей средой, то в этом случае
полузаглубленное здание на склоне представляется более
предпочтительным, чем наземное здание на равнинном рельефе.
Зрительный контакт с окружающей средой еще больше у здания,
расположенного в склоне на падающем рельефе.


63

Есть и другие решения, которые позво
ляют не только разрешить
проблему совмещения широкого обзора из здания и заглубления его, но и
сэкономить значительное количество энергии. Одно из них


расположение здания в двух уровнях: минимум помещений, таких как
жилые комнаты и рабочие помещения, нах
одятся над землей, а остальные
помещения


под землей.


4.4. Некоторые особенности проектирования

заглубленных жилищ


Один из наиболее важных аспектов проекти
-

рования заглубленных зданий


решение пеше
-

ходных и транспортных подходов или тех путей,

по
которым можно попасть в дом. Проектирова
-

ние входа для заглубленных зданий имеет осо
-

бенно важное значение, поскольку у многих лю
-

дей спуск под землю вызывает отрицательные

эмоции, а правильно запроектированный вход

позволит избежать неприятн
ых ощущений. Вход

должен быть отчетливо виден снаружи, а внутри

Рис.46

хорошо

освещен, имет
ь
достаточные размеры;

лестница, ведущая в жилые помещения, не должна быть слишком длинной.
Наиболее прос
т
о может быть решен вход в здание возвышающего
ся типа;
вход может быть сделан на открытой стороне здания, предпочтительно,
ближе к центру, чтобы обеспечить наиболее эффективную циркуляцию.

Часто возникает необходимость устраивать дополнительный вход в
помещения, расположенные вдоль возвышающейся части

зданий. Он
может быть выполнен на одной из трех закрытых сторон здания


для
этого делается проход через земляную обсыпку. Однако такой вход, может
создать более сложную и длинную

циркуляцию внутри дома (рис. 46
).

Точно так же для здания с атриумной плани
ровкой наиболее
простым будет устройство входа непосредственно из внутреннего дворика,
но при таком решении вновь возникает осложнение


общий вход не
обеспечивает желаемой уединенности и обособленности. Для атриумной
планировки оптимальным решением может
быть устройство отдельного
входа сверху или сбоку через земляную обсыпку. При планировке с двумя
внутренними двориками один из них можно использовать для устройства
входа, а другой


как более обособленное пространство. В зданиях со
сквозной планировкой, в
ход делается такой же, как в о
бычных наземных
зданиях (рис. 47
).





разрез

64



Для всех типов заглубленных зданий вход


должен решаться весьма тщательно
,

чтобы обес
-



печить приятный переход с поверхности земли в


жилую часть дома. Вход в здание

обычно

проек
-


тируется с


транспортным

въезд
ом

и гаражом.


При проектировании

заглубленных

зданий


га
-


раж может быть решен как часть

здания,


либо


размеще
н на поверхности земли и


его

располо
-


жение

должно

быть


увязано с решением входа.


Подземный гараж лучше


вписывается


в

общее



решение здания,


однако

его


стоимость может


быть выше

стоимости


обычного

гаража.

Назем
-


ный


гараж,

поставленный на

открытой

стороне



возвышающегося

здания


может


затенять


его и


ухудшить обзор

из

помещения,

а

поставленный


на


противоположной

стороне


может

быть

сов
-


мещен

со


входом

и

создать


определенное зри
-


тельное впечатление


и,


кроме


того, может

раз
-


Рис.47

делить

общую

и


индивидуальную

части

дом
а.


Существует мнение, что заглубленные жилища неприемлемы для
больных людей. Оно основано на ошибочной предпосылке, что такие
здания находятся глубоко под землей и требуют устройства больших
лестниц для входа в жилое простран
ство. Многие примеры,
свидетельствуют о том, что вход в заглубленное здание может быть
устроен непосредственно с поверхности и не представляет каких
-
либо
затруднений для больных людей по сравнению с входом в обычное
наземное здание. Проектировщики должны з
нать, что лишь
незначительные изменения конструкции ступеней и входов могут сделать
заглубленные дома доступными и для больных людей.

Естественное освещение жилых помещений заглубленных зданий
имеет важное значение по двум причинам.


Во
-
первых, оно жела
тельно для любого здания из энергетических
соображений, так как проникающая в помещение солнечная радиация
представляет собой пассивную систему отопления за счет свободной
энергии солнца. Во
-
вторых, заглубленные жилища часто ошибочно
ассоциируются с темны
ми подвалами и поэтому весьма важно обеспечить
доступ солнечного света для создания светлого, и привлекательного для
жилья пространства. При проектировании необходимо принимать во
внимание положение солнца над горизонтом как в течение суток, так
и
в
течени
е года, чтобы правильно использовать возможности
естественного
освещения (р
ис. 48
).




65

Нависающие элементы (навесы)

могут применяться для того, чтобы

ограничить доступ солнечного света

в помещение летом

и в то же время

они не затеняют помещение зимой.

Для

затенения южной стороны

здания летом используются

решетки, створки которых на зиму

поворачиваются и таким образом,

обеспечивается доступ солнечно
го

света в помещение в зимнее время.

При проектировании здания с

окнами, расположенными по одной

стене, сл
едует учитывать, что помеще
-

ние может быть освещено в нужно
й

степени лишь на определенную глу
-

бину от этой стены. Обычно комната

глубиной

4,8 м может быть освещена

с одной стороны, но помещение

большего размера, которое
включает

еще, например, кухню и
столовую, может потребовать дополнительного
источника естественного света.

Существуют разные способы естественного освещения помещений,
удаленных от основных окон. Например, устраивают световые фонари,
наклонные кровли, не затеняющие помещение, или делаютс
я
дополнительные оконные проемы в обсыпке здания, если это необходимо.
Конечно, применение всех этих способов связано с некоторыми затратами,
а также с некоторыми изменениями энергетических показателей.

Так применение плоских или сферических световых фонар
ей может
привести к значительным потерям энергии. Вместе с тем, некоторые
решения могут быть весьма эффективны с энергетической точки зрения.
Ориентированный на юг световой фонарь, может быть решен таким
образом, что зимой позволит использовать пассивную с
олнечную энергию
за счет отражения солнечного света в помещение, а летом при изменении
угла стояния солнца над горизонтом будет создавать затенение. Кроме
того, такой фонарь может быть снабжен открывающимися рамами, и таким
образом достаточно эффективно ис
пользоваться для вентиляции в летнее
время. Потери энергии через фонарь значительно уменьшатся, если его
снабдить хорошо изолированными ставнями, закрывающимися на ночь.

Что касается естественного освещения зданий атриумного типа, то
следует учитывать, ч
то длина и ширина дворика, а также высота
Рис. 48
. Естественное освещение

углы стояния солнца: декабрь 22;

п
олде
нь, высота стояния 21,5
0
, июнь 22,
полдень, высота стояния 68,5
0

1
-
направленный световой фонар
ь; 2
-
затеняющий элемент
-
решетка


66

помещения существенно влияют на освещенность двора и примыкающих
помещений.

Заслуживает внимания одна особенность заглубленных зданий


они
в значительной степени заглушают внешние звуки и колебания
окружающих масс

земли. Например, компания по производству
прецизионного инструмента в Канзас
-
Сити разместила свое производство
под землей, чтобы избежать внешних вибраций. В жилищном
строительстве такую акустическую изоляцию следует рассматривать как
достоинство здания,
если оно расположено вблизи автомагистрали,
аэропорта или другого источника шума. Вместе с тем такая хорошая
звукоизоляция заглубленного дома и низкий уровень шума в нем могут
создать впечатление, что бытовые приборы и механизмы работают более
шумно, чем в

обычном доме. Этот эффект можно смягчить, уменьшив тем
или иным способом шум этих приборов и механизмов или обеспечив
поступление некоторых внешних шумов в помещение.

При проектировании заглубленных зданий пейзаж нельзя
рассматривать лишь как декоративный

элемент: он является решающим
фактором для всего проекта в целом и должен быть увязан со всеми
элементами здания, но в первую очередь с конструктивными решениями и
гидроизоляцией.

Наиболее сложная и спорная проблема формирования ландшафта


засыпка кровли

здания, которая предусматривается во многих проектах.
Не только из эстетических и экологических соображений, но и с точки
зрения экономии энергии, на кровле здания желательно иметь
растительность. Естественная отражающая способность травы и другой
растите
льности позволяет значительно уменьшить количество тепла,
поступающего в здание за счет солнечной энергии в летнее время.

Важным фактором проектирования засыпной кровли следует считать
толщину слоя почвы, ее тип и правильное решение системы дренажа.
Энерге
тическая эффективность здания и возможность роста растений
значительно возрастают с увеличением толщины слоя почвы. В то же
время вес почвы весьма значителен,
п
оэтому необходимо знать
минимальное количество почвы, которое требуется для различных видов
раст
ительности. Слой грунта толщиной от 30 до 46 см достаточен для
травы и другой мелкой растительности, а слой толщиной от 61 до 76 см


для мелких кустарников. Для крупных кустарников и деревьев требуется
слой почвы толщиной до 150 см, что приводит к неоправ
данно высокой
стоимости конструкций.

Конкретная толщина слоя почвы, необходимая для каждого вида
растительности, может варьироваться в значительной степени в
зависимости от вида растительности, типа почвы
,

влажности и
климатических условий влияющих на рост

растений. Для больших

67

общественных и коммерческих зданий с кровлей, засыпанной землей или с
кровлей на которой устроен сад, разработана методика, позволяющая
выращивать деревья и одновременно снижать нагрузку от почвы на
конструкции за счет применения под
стилающего утеплителя стирофома,
вместо большего слоя земли. Однако эта методика непригодна для
большинства жилых домов из
-
за малых размеров кровли; что касается
деревьев больших размеров, то их можно легко и с меньшими затратами
разместить рядом с домом,
а не на кровле.

Очень важно при посадке растений на кровле здания правильно
организовать систему дренажа. Растения не выживают в почве,
насыщенной водой. Для отвода воды с кровли целесообразно организовать
уклон поверхности почвы с кровли. Важно также пред
усмотреть
устройство подстилающей дренажной подсыпки для отвода воды,
фильтрующейся через почву. Такая подсыпка чаще всего делается из слоя
гравия, а грунт укладывают на изолирующую прослойку (маты), которая
не позволит почве проникать в слой гравия и таки
м образом, исключает
кольматацию дренажа. Существует множество решений дренажа, но
принцип отвода воды из почвы остается один и тот же.

Рассмотрим некоторые особенности проектирования кровель
засыпаемых землей. Прежде всего, надо сказать об устройстве огра
ждений,
предохраняющих людей от падения во внутренний дворик. Весьма
привлекательным может быть использование кустарников в качестве
ограждения или же посадка кустарников для того, чтобы закрыть это
ограждение. Существует еще одна уникальная особенность кр
овель, на
которых посажены растения по сравнению с другими типами засыпаемых
кровель,
-

это воздействие тепла здания, нагревающего почву на кровле, на
развитие растительности. Период вегетации и рост отдельных растений
могут значительно изменяться в зависи
мости от тепловыделения здания.
Влияние этого фактора трудно определить, и для этого необходимо
провести исследования, результаты которых могут быть весьма
неожиданными.

В проектировании заглубленных зданий есть много особенностей,
которые требуют тщательн
ого анализа, поскольку необычны условия
расположения конструкции под землей. Кроме того, многие
конструктивные элементы обычных зданий непригодны с точки зрения
энергетических характеристик.

В домах атриумного типа, где окна выходят во внутренний дворик,
с
уществует хорошая возможность увеличить количество сохраняемой
энергии. Например, зимой для внутреннего дворик
а

можно применить
временное перекрытие из стекла или пластика, образовав таким образом
закрытое внутреннее пространство в котором накапливается зн
ачительное
количество пассивной солнечной энергии. Днем окна в доме обычно
68

открывают, чтобы получить тепло атриумного воздуха, а на ночь
закрывают. Однако такое решение может вступить в конфликт, с
требованиями строительных норм, согласно которым, жилые по
мещения
должны иметь окна, открывающиеся на улицу
.

Этот конфликт может и не
возникнуть, если будет обеспечено повышение энергетической
эффективности здания и созданы комфортные дополнительные
пространства в зимнее время; стоимость такого решения должна быт
ь
тщательно проанализирована. Желательно устройство подобного
временного перекрытия предусматривать уже на ранней стадии
проектирования с тем, чтобы увязать его с общим решением, даже в том
случае, если осуществить его придется позднее.

Значительная эконо
мия энергии может быть достигнута
применением изолирующих ставней (жалюзи) или штор на окнах.
Существует много проектов зданий, где предусмотрены внутренние или
наружные изолирующие ставни. В качестве примера можно привести
гибкие ставни. Двигающиеся по на
правляющим снаружи окна и
управляемые изнутри помещения с помощью двигателя, а также наружные
ставни из стирофома, покрытого деревом или другим декоративным
материалом, открывающиеся наружу
.


4.5. Примеры заглубленных жилищ


Рассмотрим 2
-
этажный суперизоли
рованный 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 ре
жим 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 регули
руется 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 перегр
ева
специальным навесом
(рис. 49
).



69



Рис. 49
.

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 ве
рхнего света


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 подо
бное 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 197
0
-
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).

Основная ч
асть 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 единственн
о
й
открытой стены 300 мм (рис. 50
).


а

б

в

в)

в)

в)

70



Рис. 50
.

Заглубленный дом
Davis

Cave
.

Общий вид


Одним из редких образцов экологического жилища выступает
полузаглубленный особняк близ города Альдранс в Австрии. Он построен
по проекту архитектора Хорста Герберта Пар
сона из Инсбрука для друга


художника (рис.
51
).

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 ша
хтой,
воздухообме
нником и тепло
накопителем. 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.
52
,
53
).

Поначалу дом задумывался как обычное, большей частью надземное
террасное сооружение развернутое поперек склона. После дискуссий об
эконом
ичности 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 температ
ура среды, окружающей стены дома равна
я

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 пенобет
она.


71

Кроме физической комфортности, особняк
-
землянка предлагает
основанный на неординарном решении
(врезка

вооружения

в глубь тела
горы
)

визуальный комфорт: дом представляет собой череду прос
транств
разной степени раскрытия

во вне, разной масштабности объе
мов, разной
насыщенности визуальными впечатлениями. В здании можно пережить
широкую гамму ощущений


от чувства погребенности, свойственного
бомбоубежищу, до парения над землей
(рис. 54, 55
).







Рис.
51
.

Интерьер


72


Рис.
52
.

Главный фасад




Р
ис.
53
.

Планы этажей

в)


73



Рис.
54
.

Аксонометрия





Рис. 5
5
.

Боковой фасад




74

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


С каждым годом все больше обостряются вопросы, связанные с
дальнейшими путями развития энергетики. С одной стороны рост
населения, стремление к повышению жизненного уровня лю
дей диктуют
целесообразность наращивания мощностей энергетики, и в первую очередь
электроэнергетики, причем просто гигантскими темпами; с другой
стороны, возникающие экологические проблемы, истощение природных
источников сырья, и в первую очередь, нефти и
газа, требуют более
экономичного и рационального использования полученной энергии и
потенциальной энергии ее источников.

Энергоэффективность обращает нас к необходимости использования
альтерна
тивных энергоресурсов (
солнечная энергия, силы ветра, воды),
к

независим
ости

от использования ископаемого топлива и созда
нию

архитектур
ы

исходя из местного климата и традиций.

Широко распространено мнение о том, что практическое
использование солнечной энергии


дело отдаленного будущего. Это
мнение неверно. Солнечная

энергетика уже сегодня могла бы стать
альтернативой традиционной.

Прежде чем сравнивать различные энергетические технологии по
экономическим и другим показателям, нужно определить их
действительную стоимость, ведь в России цены на топливо и энергию
многие

десятилетия не отражали реальных затрат на их производство. То
же можно сказать и о мировых ценах, так как до сих пор в любой стране
часть стоимости энергии не учитывается в тарифах, а переносится на
другие затраты общества. Но только «честные» цены могут
, и будут
стимулировать энергосбережение и развитие новых технологий в
энергетике.

Важная составляющая, не включаемая в тарифы, связана с
загрязнением окружающей среды. По многим оценкам, только прямые
социальные затраты, связанные с вредным воздействием э
лектростанций
(болезни и снижение продолжительности жизни, оплата медицинского
обслуживания, потери на производстве, снижение урожая, восстановление
лесов, ускоренный износ из
-
за загрязнения воздуха, воды и почвы
)
,
составляют до 75% мировых цен на топливо
и энергию. По существу, эти
затраты общества


своеобразный «экологический налог», который платят
граждане за несовершенство энергетических установок. Справедливее
было бы включить его в цену энергии для формирования государственного
фонда энергосбережения

и создания новых, экологически чистых
технологий в энергетике. Такой налог (от 10 до 30% от стоимости нефти)
введен в Швеции, Финляндии, Нидерландах.


75

Сегодня экономически наиболее оправданы проекты «солнечного
дома», на обеспечение энергией которого понад
обится топлива на 60%
меньше, чем при традиционных системах тепло
-

и энергоснабжения. В
Германии успешно осуществлен проект «2000 солнечных крыш» и
разработана прозрачная теплоизоляция зданий и солнечных коллекторов с
температурой до 90
0
С. В США солнечные
водонагреватели общей
мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов, а несколько
экспериментальных установок мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт уже
включены в общую энергосистему.

Экологический подход к проектированию энергоэффективных
зданий, рассматривая
здание как изначально тесно взаимосвязанный с
внешней средой организм и следуя логике природных явлений, ставит
целью решение энергетических задач на основе целенаправленной
организации особой материально
-
пространственной среды,
обеспечивающей регулируемое
, но естественное протекание требующихся
энергетических процессов: само здание, его конструкции и пространство,
объекты окружающей среды выполняют роль энергетической установки.
Поэтому основной проблемой в данном аспекте является то, что выбор
формы и вн
ешнего силуэта гелиоздания продиктован не столько
эстетическими, сколько его функциональными соображениями. Механизм
работы энерго
о
беспечения здания накладывает серьезные ограничения на
его композицию. Таким образом, отправным моментом в проектировании
гел
иоздания чаще всего является не образ, воплотить ко
торый в своей
постройке стремит
ся архитектор, а схема работы системы
энергообеспечения здания.

Существенное ограничение накладывает и типология гелиозданий.
Наибольшая экономическая эффективность от примен
ения гелиосистем
достигается лишь в постройках малой и средне
й этажности. Большие
плоскости

фасадов и обилие стекла более соответс
твует масштабу
высотных и много
этажных зданий, тогда как масштаб индивидуальных
жилых домов


главного объекта гелиоархитектур
ы требует присутствия
мелких, сомасштабных человеку деталей.

Как ни парадоксально, но столь перспективное направление в
архитектуре, сдерживается также и проблемами технологического
характера. Архитектор вынужден использовать большие ровные
плоскости, необ
ходимые для использования солнечных коллекторов,
выпускаемых промышленностью, следить за правиль
ным их наклоном и
расположением.

Однако, с
другой

стороны, гелиоздание сильнее привязано
к местности, к конкретному ландшафту, природно
-
климатическим
условиям.
Индивидуальный подход к проектированию каждого отдельного
сооружения положительно влияет на результаты деятельности
проектировщика, принуждая его более внимательно подходить к анализу
76

среды в которой будет осуществляться строительство объекта. На
основании

этого важно отметить объективный характер тенденции к
усилению роли регионализма в архитектурно
-
строительном процессе в
гелиоархитектуре.

Данная область архитектуры имеет огромный потенциал развития. В
настоящий момент подобные установки используются глав
ным образом
для частного строительства, но в дальнейшем типология
энергосберегающих и энергоактивных зданий расширится.

Основы будущего развития проектирования энергосберегающих
зданий закладываются уже сегодня, но своего расцвета оно достигнет
тогда, когд
а проблема исчерпания энергетических ресурсов будет стоять
особенно остро. Применение энергии ветра, гео
-

и гидротермальной
энергии при проектировании зданий, наряду с применением солнечной
энергии, несомненно, является перспективным направлением в
совреме
нной архитектуре и строительстве.

Следовательно, уже сейчас необходимы научные и творческие
изыскания в этой области, причем стоит обратить внимание не только на
конструктивно
-
технические решения (в этой области уже достаточно
много удачных наработок), но
и на поиск выразительных архитектурно
-
композиционных

и градостроительных решений.


ЛИТЕРАТУРА


1.
Селиванова

Н.П
.
Энергоактивные здания /Н.П.Селиванов,
А.И.Мелуа, С.В.Зоколей и др. М.: Стройиздат, 1988.


373 с.

2.
Стерлинг

Р
.
Проектирование заглубленных ж
илищ /Р.Стерлинг,
Дж. Кармоди, Т.Эллисон и др. М.: Стройиздат, 1983.


192 с.

3. Девис А.
Альтернативные природные источники энергии в
строительном проектировании.
/Девис А.,

Шуберт Р.
М.: Стройиздат, 1983.


160 с.

4. Беляев В.С.
Проектирование энергоэкон
омичных и
энергоактивных гражданских зданий.
/
В.С.
Беляев
,

Л.П
Хохлова
М.:
Высшая школа, 1991.


255 с.

5. Терной С.
Проектирование энергоэкономичных общественных
зданий.
/
С.
Терной
,

Л. Бекл,

К.
Робинс
М.: Стройиздат, 1990.


336 с.

6. Овчаренко В.А. Энерг
осберегающие технологии в современном
строительстве.
/
В.А.
Овчаренко
М.: Стройиздат, 1990.


130 с.

7. Т
абунщиков Ю.А.

Энергоэффективные здания.

/
Ю.А.
Табунщиков
,

М.М
Бродач,
Н.В.
Шилкин
М.: АВОК
-
ПРЕСС,

2003.
-
192с.




77

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение












3

1. Применение солнечной энергии при проектировании зданий



6


1.1. Общие сведения









6


1.2. Конструктивн
ые решения






11


1.3. Гелиотехнические требования к проектированию




солнечных зданий








14


1.4. Архитектурн
ая к
омпозиция гелиозданий




15


1.5. Отечественный опыт применения солнечных систем


19


1.6. Зарубежный опыт р
азработки гелиозданий




23

2. Ветроэне
ргоактивные здания







29


2.1. Принципы проектирования ветроэнергоактивных



зданий










29


2.2. Примеры ветроэне
ргетических установок




37

3. Здания с применение гидро
-

и геотерм
альной энергии



44


3.1. Архитектурные и конструктивные приемы проек
-



тирования зданий с использованием гидротермальной



энергии









44


3.2. Конст
руктивные приемы проектирования гидро
-



энергоактивных зданий







45


3.3. Архитектурно
-
строительные приемы проектиро
-



вания зданий, работающих с использованием геотер
-




мальной энергии








51

4. За
глубленные жилища








55




4.1. Проблем
а сохранения энергии





55



4.2. Выбор а
рхитектурных решений





56



4.3. Выбор конструктивных решений и взаимосвязь



заглубленных здани
й с поверхностью земли



59



4.4. Некоторые особенности проектирова
ния




заглубленных жилищ






61



4.5. Пример
ы заглубленных жилищ





66

Заключение










72

Литература











74










Приложенные файлы

  • pdf 4789016
    Размер файла: 9 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий