CC BY
45
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2012. № 2 (11)
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 75:502.7+728.001 П.А. Казанцев
КАЗАНЦЕВ ПАВЕЛ АНАТОЛЬЕВИЧ - кандидат архитектуры, профессор кафедры архитектуры и градостроительства Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: pal-antvlad@yandex.ru
ЭКОМОДУЛЬ SOLAR-5M/S ДЛЯ УЧЕБНЫХ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЦЕЛЕЙ
Рассмотрены основные принципы формообразования пассивного солнечного дома, реализованные при проектировании и строительстве модельного экомодуля «Solar-5M». Прежде всего к ним следует отнести: П-образную форму дома в плане, вытянутую с востока на запад и развернутую внутренней «открытой» стороной к югу; скатную кровлю, обращенную на север, что обеспечивает минимальную площадь северного фасада и максимально возможную - южного; энергосберегающие витражи, занимающие весь южный фасад; глубокий козырек-ветрорез северного ската кровли; коньковые окна верхнего света, обеспечивающие комфортный световой климат в северной части здания, и интенсивную аэрацию помещений летом; глубокие козырьки с юга в сочетании с внутренней и наружной солнцезащитой. После доос-нащения на экомодуле «Solar-5M» планируется проведение тестов принятых архитектурных решений.
Ключевые слова: ресурсосберегающая архитектура, экологическая архитектура, пассивный солнечный дом.
Solar-5M/S eco-module for training and research purposes. Pavel A. Kazantsev - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
The article deals with the basic principles of the formation of a passive solar house realised when designing and constructing the «Solar-5M» module. They are, first of all, horseshoe shape of the house extending from east to west with its inner "open" part turned to the south; the pitched roof facing the north, which provides a minimum area of the northern façade and the maximum possible one of the southern wall; energy saving glass windows occupying the entire south façade; a protruded cutting wind roof eave on the northern pitch; ridge skylight windows providing comfortable light conditions in the northern part of the building and its intensive aeration in summer; and protruded roof eaves in the south combined with internal and external sun shadings. Upon completion of the
© Казанцев П.А., 2012
module and its equipment passive systems, tests of the architectural design decisions are scheduled to start.
Key words: passive solar design, sustainable design, passive solar heating house.
В условиях высокой контрастности сторон горизонта муссонного климата умеренных широт возрастает значение архитектурной формы как средства формирования комфортного микроклимата городской среды. Как известно, в застройке направление ветра может отклоняться на 45-180° от исходного, а скорость ветрового потока возрастать в 1,5-2 раза или снижаться почти в 10 раз в сравнении с полевой [4, 5]. При средней за январь скорости ветра во Владивостоке в 9.8 м/с хаотично расположенная застройка может сформировать на уровне движения пешеходов ветер в 20 м/с в мороз (-12)—(-15) °С, а развернутый против ветра экран, наоборот, снизит его скорость до 1 м/с. Интенсивность инсоляционного прогрева у южных фасадов в зимний полдень может быть увеличена почти в 2 раза благодаря воздействию отраженных солнечных лучей, а летний прогрев затененной от солнца стены снижен в 2—4 раза [3, 5]. При этом, например, более мягкий микроклимат двора благоприятно скажется и на микроклимате раскрытых во двор помещений, а их дополнительный инсоляционный прогрев зимой снизит затраты на отопление.
Изменяя взаимное расположение зданий, их форму и ориентацию по сторонам света, планировку внутреннего пространства, можно существенно корректировать микроклимат открытых и закрытых пространств, отклоняя ветер и раскрывая застройку солнцу.
Результаты взаимодействия архитектурной формы и векторных климатических факторов могут быть смоделированы еще на стадии эскизного проектирования, что позволяет направленно изменять микроклимат закрытых пространств, используя инженерно-технические средства формирования их комфортного микроклимата уже как вспомогательные. В сложной системе инженерных и технических решений пассивного солнечного дома ведущая роль принадлежит его энергоэффективной архитектуре — совокупности композиционных, функциональных и планировочных решений здания и его участка, обеспечивающих комфортную среду обитания для человека и энергоэффективность эксплуатации здания. Расчетные данные показывают, что в условиях высокой контрастности сторон горизонта муссонного климата умеренных широт регулирование векторных климатических факторов только архитектурными средствами позволяет компенсировать от 38 до 57% затрат на отопление здания [2].
Этот подход был положен в основу проектирования модельного энергоэффективного дома «Экомодуль Solar-5M», объекта для испытаний энергоэффективных технологий малоэтажного строительства в природно-климатических условиях Приморского края.
«Экомодуль Solar-5M» спроектирован по заданию Технопарка ДВГТУ (Инженерная школа ДВФУ) в 2009 г. для наладки производства на автоматической деревообрабатывающей линии, основой которой является строгально-фасочный станок Hundegger HMD/HM4 SpeedCut SC3 (Германия). Проект вошел в перечень разработок программы «Организация высокотехнологичного инновационного производства деревянных зданий и сооружений» ДВГТУ/ДВФУ, реализуемой по постановлению Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010.
Фактически проект экомодуля представляет собой масштабную одноэтажную копию «Экодома Solar-5» и должен был служить моделью для проверки его энергоэффективных ар-
хитектурных и теплотехнических решений, испытания систем альтернативного тепло- и энергоснабжения экодома в условиях региона [1]. По завершении строительства экомодуль должен был также стать полигоном для испытания разработок студентов и аспирантов Инженерной школы ДВФУ в области энергоэффективного домостроения.
Учитывая реальный спрос и перспективы развития экотуризма в прибрежной зоне Приморья и программу развития национальных парков в Уссурийской тайге, экомодуль разрабатывался как жилой домик с автономными системами тепло- и энергоснабжения, вместимостью на 4-6 туристов, с двумя спальными комнатами и сантехблоком (вариант Solar-5M). Вариант Solar-5S включал дополнительно кухню-столовую.
Конструктивная система модуля - деревянная каркасная, при этом он разбит на автономные секции, соответствующие его функциональной структуре: сантехблок и прихожая; кухня-столовая; спальная (две секции). Секции стандартные, их габариты позволяют осуществлять сборку секций в заводских условиях и последующую их перевозку трейлером к месту окончательного монтажа, установку готовых секций на фундамент и их стыковку на месте строительства.
Производство тестовой версии показало, что на распилку каркаса одной секции (с точностью соединений 0,5 мм) и его полную сборку уходит примерно 12 рабочих часов. При одновременной сборке каркасов секций это не более 36 рабочих часов для варианта Solar-5M.
Основные энергоэффективные архитектурные решения, использованные в проекте, следующие:
- коньковые окна верхнего света, развернутые перпендикулярно лучам низкого зимнего солнца, в сочетании с системой «терможалюзи», обеспечивающей регулирование светового потока и конвекционное отопление домика; другой функцией коньковых окон является интенсивная летняя аэрация домика, а «горб», где они размещены, играет роль «теплового мешка» для сбора и принудительной подачи теплого воздуха на нижние отметки зимой;
- кровля, крутой скат которой развернут на северные ветра и практически полностью закрывает дом от ветрового охлаждения. Северная стена домика также глухая (исключая три небольших проема для летнего проветривания), при этом естественное освещение комнат по всей глубине также обеспечивают коньковые окна;
- термальные массивы типа «direct gain» и «indirect gain» в виде монолитных бетонных плит, уложенных по каркасу, и стенок-подоконников, размещенных перед южным витражом;
- солнечный воздушно-тепловой конвектор, встроенный в плоскость южного ската кровли;
- козырьки-солнцерезы (южный фасад) и козырьки-ветрорезы (северный фасад), глубина которых просчитана с учетом годового хода солнечных координат и направления преобладающих зимних ветров.
Размеры козырьков приняты также с учетом размещения перед коньковыми окнами вакуумных трубчатых коллекторов водяного солнечного водоснабжения и отопления домика. В одном из вариантов проектного решения экомодуля для сезонной эксплуатации коллекторы встроены в южный скат кровли, с учетом высоты солнцестояния в летний период.
Термоизоляция стен выполнена по принципу термоса, с внутренним теплоотражаю-щим слоем (за воздушным продухом под отделкой интерьеров комнат). Проектная толщина
утеплителя типа Isover - 200 мм, северной стены и кровли - 250 мм, по факту - 100-150 мм, сплошной контур теплоизоляции (в том числе и для «теплых» полов домика), цоколь «холодный». Витражи - двухкамерный энергосберегающий стеклопакет. Фасады и кровля вентилируемые, утеплитель защищен паропроницаемой гидроизолирующей мембраной Tyvek.
В процессе производства и сборки модуля ряд архитектурных решений был упрощен. Так, к настоящему времени не выполнены вентилируемая кровля и вентилируемые коньковые окна с системой «терможалюзи», системы летнего затенения, фальцевая кровля северного и южного скатов, не установлены системы принудительной зимней вентиляции и системы активного тепло- и энергоснабжения домика. В совокупности названные причины не позволили провести натурные тесты на экомодуле зимой 2011/12 года, как это планировалось ранее.
Проект экомодуля выполнен архитектором Павлом Казанцевым, аспирантом ДВФУ Екатериной Мовчан, конструктором проектной фирмы Argus-Art Татьяной Слюсаревой. Наладкой производства руководили инженер Владимир Стретенцев (Технопарк ДВГТУ) и Юрий Яценко (Центр деревообработки ДВГТУ). Монтаж энергосберегающих витражей выполнила компания «Приморские окна». В процессе сборки экомодуля на территории «Технопарка» были проведены занятия со студентами специальности «Дизайн архитектурной среды», выпускной курс 2011 г.
Процесс производства и сборки модуля представлен на рисунках и фотографиях (рис. 1-5), позволяющих судить об основных архитектурных и конструктивных решениях домика. При проектировании экомодуля автор использовал запатентованные им решения в области энергоэффективной архитектуры - патенты на изобретение и полезные модели RU 2342507, RU 65926, RU 103374.
Рис. 1. Проектный вид экомодулей «Solar-5M» и «Solar-5S»
Рис. 2. Сборка каркаса экомодуля «8о1аг-5М» в «Технопарке ДВГТУ» (ДВФУ)
Рис. 3. Заполнение каркаса экомодуля
Рис. 4. Предварительная отделка секций
Рис. 5. Установка экомодуля «Solar-5M» на территории загородного лагеря ДВФУ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Казанцев П.А. Архитектурный проект «Энергоэффективное здание "Экодом Solar-5"» // Энергобезопасность и энергосбережение. 2010. № 4. С. 17-20.
2. Ковалев О.П., Волков А.В., Лощенков В.В., Казанцев П.А. Солнечный дом для прибрежных территорий Приморского края // Материалы науч-техн. конф. «Технические проблемы освоения мирового океана». Владивосток: Дальнаука, 2007. С. 489-493.
3. Лицкевич В.К. Архитектурная физика. М.: Архитектура-С, 2005. 290 с.
4. Реттер Э.И. Архитектурно-строительная аэродинамика. М.: Стройиздат, 1984. 294 с.
5. Яковлев А.В. Градостроительство на Крайнем Севере (методические основы градостроительной физики). Л.: Стройиздат, 1987. 182 с.
6. Galloway T. Solar house: a guide for the solar designer. Malestrom, 2009. 240 p.
7. Kazantsev P. Solar houses design for 40-50 degrees latitude // North EuroSun 2010: International conference of solar heating, cooling and buildings. Book of abstracts. Graz, Austria. 28.0901.10. 2010. С. 9.
