CC BY
88
УДК 728:620.9.003(470.6)
Т.Е. ФОМИНА,
ИАрхи ЮФУ, Ростов-на-Дону ОСОБЕННОСТИ
АРХИТЕКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЛИЩА С НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ЮЖНО-РОССИЙСКОГО РЕГИОНА
В статье изложены основные результаты исследования по определению научно обоснованных принципов и рекомендаций для проектирования малоэтажных жилых домов с низким энергопотреблением (ДНЭ) в Южно-Российском регионе. Автором впервые были изучены природно-климатические факторы, влияющие на тепловой баланс здания и формирующие архитектуру жилища. Обобщение народного, отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства малоэтажных жилых домов позволило выявить архитектурно-планировочные решения, позволяющие уменьшать потери тепловой энергии. Исследование энергетического потенциала ограждающего пространства малоэтажного жилого дома позволило выявить особенности в архитектурном формообразовании ДНЭ в каждом подрайоне Юга России (подрайоны Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев).
Необходимость проектирования и строительства жилых домов с низким энергопотреблением1 (ДНЭ) вызвана рядом причин. Из-за экологического и энергетического кризисов возникает острая необходимость в сохранении природных ресурсов всех видов. Большинство жилых домов до настоящего времени построено без учета всех требований теплоизоляции, по типовым проектам, в которых не учтены климатические особенности различных регионов России. В условиях Юга России мало используются новейшие технологические разработки, которые могут удешевить строительство и эксплуатацию зданий. Отсутствует экспериментальное строительство жилых домов с низким энергопотреблением. Комплексно не применяются мероприятия в области техники повторного использования тепла, устройства теплоизоляции, правильной ориентации зданий и других основных принципов рационального использования энергии. Поэтому сегодня жилые дома в России потребляют энергии в 2,5-4,4 раза больше, чем жилые дома с низким энергопотреблением, построенные за рубежом.
Автором проведено исследование, целью которого является определение научно обоснованных принципов ДНЭ и разработка научных рекомендаций для проектирования малоэтажных жилых домов с низким энергопотреблением в Южно-Российском регионе. В процессе работы было изучено влияние региональных природно-климатических условий на архитектурную организацию односемейного жилища различных типов в условиях Юга России (подрайоны Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев). В основу исследования положен междисциплинарный и комплексный подход, который включает в себя:
1 Дом с низким энергопотреблением - это жилой дом, который потребляет предельно мало тепловой энергии, меньше 70 кВтч/м2 в год. Термин введен в специальной литературе [19].
© Т.Е. Фомина, 2008
- анализ климатических условий Южно-Российского региона [1];
- обобщение отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства малоэтажных жилых домов с низким энергопотреблением на основе анализа специализированной и периодической литературы, а также существующих в практике решений [2, 4, 8, 16, 18];
- теплофизические расчеты ограждающих конструкций малоэтажного жилого дома по принятым в настоящее время СНиП и зарубежным методикам, их сравнительный анализ [2, 3, 4, 10, 11, 12, 16, 17, 18];
- теоретическая база исследования основана на трудах архитекторов, климатологов, гигиенистов, конструкторов и инженеров-технологов по проектированию комфортной жилой среды, исследователей инсоляции, аэрации и альтернативного энергоснабжения [1, 2, 4, 8, 15, 16, 18].
Исследование энергетического потенциала ограждающего пространства (теплового контура2) малоэтажного жилого дома позволило выявить особенности архитектурного формообразования дома с низким энергопотреблением в каждом подрайоне Юга России. Как известно, специфика теплового контура на Юге России состоит в том, что зимой необходимо защищать помещения от переохлаждения, а летом - от перегрева.
Многие исследователи в России и за рубежом работали над проблемами учета природно-климатических факторов при проектировании жилых зданий: М.М. Атаева, А.М. Береговой, К.А. Биркая, Н.П. Былинкин, В.И. Галевко, Б.И. Гиясов, Б.М. Давидсон, С.П. Дьяков, А.В. Ершов, Я.Т. Кравчук, Е.А. Леонтьев, З.П. Ломтатидзе, Т.С. Маргианашвили, Т.Б. Рапопорт, М.С. Туполев, С.В. Ушаков, С.М. Шафранский и др. В Южно-Российском регионе это В.А. Карамышев, К.И. Куликов, В.П. Попов, А.В. Селиверстов, А. В. Титов. Детализацию климатического районирования территорий ЮжноРоссийского региона выполнили Л.В. Карасева и Л.Н. Михалкович.
В области гигиенических требований к микроклимату жилища исследования проводили С.И. Ветошкина, И.К. Витте, М.С. Горомосов, И.М. Данциг, И.С. Кондрор, В.Е. Кореньков, П.М. Лернер, В.К. Лицкевич,
A.Е. Малышева, А.П. Мардеев, К.А. Рапопорт, Е.М. Ратнер, Н.Н. Руденко, М.А. Ципер и др.
Изучением теплотехнических свойств ограждающих конструкций и утеплителей занимались: Г.А. Айрапетов, В.С. Беляев, Г.П. Бойков, И.Н. Бутовский, М.Н. Кокоев, Ю.А. Матросов, В.В. Наседкин, А.Г. Перехоженцев, Б.М. Простаков, В.Т. Федоров, Л.Т. Хохлова, Шаронова О.В. и др.
В области светового климата и инсоляции исследования проводили М.И. Бжахов, А.А. Верховский, Х.М. Гуклетов, Л.Л. Дашкевич, Н.В. Оболенский, В.К. Савин и др.
Возможность использования возобновляемых источников энергии при проектировании жилых домов в России и бывшем СССР изучали:
B.А. Акопджанян, М.М. Захидов, Н.И. Масленников, А.А. Саидов, Н.П. Селиванов, Е.В. Плюхин, С. В. Ушаков и др.
2 Тепловым контуром называются наружные ограждающие конструкции жилых зданий, основным назначением которых является защита внутреннего пространства от внешнего влияния.
Над научно обоснованным формированием микроклимата и экологии жилых территорий работали В.А. Блинов, Н.М. Гусев, Г.К. Климова,
В.Е. Каменкова, И.В. Маргиани, Н.П. Титова, В.И. Фельдман и др.
За рубежом вопросами проектирования энергосберегающих жилых домов с использованием возобновляемых источников энергии занимались А. Дэвис, Р. Шуберт, Р. Липмайстер, С.В. Заколей, Р.С. Грилей, Р.П. Оулетт, Д. Ватсон, Б. Андерсон, Е. Харкнесс, М. Мехта, М. Телкес, Томасон, С. Байер, Г. Берндт, В. Файст, Э. Морган, Ф. Тромба, Мишель, С. Танаки, Р. Суда и др.
Вместе с тем комплексные исследования по изучению влияния региональных климатических условий на структуру ограждающих конструкций в жилых образованиях с целью определения оптимальных энергозатрат и создания комфортных условий для проживания человека не проводились.
В данном исследовании впервые рассмотрены и представлены:
- комплексное исследование влияния климатических условий в отдельных подрайонах Юга России на архитектурно-планировочную структуру малоэтажного жилого дома;
- определение оптимальных энергозатрат жилых домов различных видов домостроения;
- исследование энергетического потенциала ограждающего пространства малоэтажного жилого дома с целью выявления особенностей в архитектурном формообразовании для дома с низким энергопотреблением в каждом подрайоне Юга России;
- оптимальная организация регионального жилища на основе полученных результатов исследований.
Согласно СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» территория Южно-Российского региона относится к III и IV климатическим районам (ШБ, ШВ, ^Б) [10]. Но данное деление не учитывает большого разнообразия природно-климатических условий и особенностей территории Юга России и продолжительность воздействия климатических факторов.
В своем исследовании автор использует природно-климатическое районирование, разработанное учеными ИАрхИ ЮФУ Л.В. Карасевой и Л.Н. Михалкович, методической основой которого являются климатические данные, используемые при проектировании ограждающих конструкций и инженерных систем жилых зданий. На основе изучения повторяемости и длительности характерных типов погоды в течение года предложена детализация карты климатического районирования (рис. 1) [1, 16].
В Ростовской области преобладает умеренно-континентальный климат с избытком тепла и недостатком влаги. По районированию, предложенному Л. В. Карасевой и Л. Н. Михалкович, территория Ростовской области содержит три местных климатических подрайона: северная зона (А1), юго-восточная зона (А2), юго-западная зона (А3). Территория Краснодарского края включает в себя пять местных климатических подрайонов: северо-восточная зона (Б1), центральная зона (Б2), приазовская зона (Б3), зона Черноморского побережья (Б4), зона субтропиков (Б5). Природно-климатические условия Ставропольского края определены достаточно сложным рельефом местности. При оценке
его равнинной территории было выделено три местных климатических подрайона: западная зона (В1), зона Ставрополя (В2), восточная зона (В3).
В исследовании было изучено влияние природно-климатических условий в отдельных подрайонах Юга России на архитектурно-планировочную структуру малоэтажного жилого дома: на форму плана, степень его компактности, приемы блокировки объемов по вертикали и горизонтали; использование пристроенных элементов жилища (навесов, крылец, тамбуров и т. п.) и летних помещений, тип крыши, ориентацию жилых помещений, окон и входов, необходимость солнце- и пылезащиты; конструктивные решения, использование местных строительных материалов, необходимую теплозащиту для ограждающих конструкций, возможность использования альтернативных источников энергии. К таким природным и физико-климатическим факторам относятся: температура воздуха, его влажность, скорость и направление ветра, высота снежного покрова, глубина промерзания грунта, количество выпадающих осадков, солнечная радиация, количество солнечных и пасмурных дней в году [1, 15, 17].
Солнечная радиация играет огромную роль в формировании климата. При исследовании радиационного режима Южно-Российского региона была учтена прямая, рассеянная и суммарная радиация. Радиационный баланс зимой отрицательный, а во все остальные сезоны и за год - положительный. Усредненное по периодам года удельное значение поступления солнечной энергии за день на территории Южно-Российского региона дано в табл. 1 [1].
Рис. 1
Таблица 1
Поступление солнечной энергии в Южно-Российском регионе
Широта Подрайон Весна Лето Осень Зима Ср. за год
5 О о А1, А2, А3, Б1, Б3 13,9 22,1 9,7 2,4 11,9
о Б2, Б3, Б4, Б5, В1, В2, В3 15,6 22,8 11,6 4,1 13,6
Эффект нагрева солнцем стен и помещений и естественная вентиляция непосредственно зависят от ориентации здания и преобладающих ветров. Выбор правильной ориентации здания - один из важнейших способов сохранения энергии. В Южно-Российском регионе ориентация жилого помещения благоприятна, если она обеспечивает его инсоляцию не менее 2,5 ч в день на период с 22 марта по 22 сентября, это южная и восточная стороны горизонта (от 40 до 200°), а также северо-западная (от 290 до 320°); соответственно неблагоприятная - северная (320-40°) для всех климатических подрайонов из-за отсутствия инсоляции и юго-западная (200-290°) для южных районов из-за перегрева [1].
На Юге России преобладающими являются воздушные массы континентального воздуха умеренных широт. Также сюда проникают холодные воздушные массы из Арктики и Казахстана, влажные массы воздуха из Атлантики и выносы тропического воздуха из Ирана и Средиземноморья. Наибольшую повторяемость в году имеют южные и юго-западные циклоны (до 43 %). В горных и предгорных районах возникает местная циркуляция. При горно-долинных ветрах днем воздух направляется из долины к горам, а ночью спускается с гор в долину. Черное море является дополнительным источником увлажнения, Каспийское море создает специфический микроклимат побережий. Хребты Большого Кавказа препятствуют продвижению холодных масс воздуха с севера на юг и усиливают выпадение осадков, создают выраженную вертикальную зональность климата. Ветровой режим региона отличается сильными ветрами (3-5 м/с летом, 5-10 м/с зимой), вызывающими зимой метели, а летом - пыльные бури и суховеи. Объем снегопереноса -100 м3/пог. м, продолжительность метелей 50-100 часов, число дней с пыльными бурями 10-20 [1].
Влияние природно-климатических факторов на формирование жилища, их использование и приемы защиты от неблагоприятного воздействия в Южно-Российском регионе указаны в табл. 2 [17].
Анализ природно-климатических условий Юга России показал, что жилище необходимо защищать от следующих неблагоприятных природноклиматических факторов. Результаты исследования внесены в табл. 3 [17].
Основными потребителями энергии в жилых домах являются приборы и оборудование освещения, отопления, охлаждения (кондиционирования) и горячего водоснабжения. В целях сохранения энергии необходимо предусматривать мероприятия или устройства, снижающие потребление невозобновляемых источников энергии, и активно переходить к использованию альтернативных источников энергии для отопления и подогрева воды. Особая
актуальность использования альтернативной энергии в Южно-Российском регионе для теплоснабжения зданий обусловливается тем, что эксплуатируются сезонные здания в теплый период года, когда теплопотребление минимально, а потенциал возобновляемых источников энергии максимален, а также тем, что размещение жилых зданий в санаторно-курортных зонах предъявляет жесткие экологические требования к теплогенерирующим установкам.
Таблица 2
Влияние природно-климатических факторов на формирование жилища
Факторы влияния на комфортные условия жилого дома Использование природно-климатических факторов Способы защиты от неблагоприятных воздействий
Степень компактности дома Характер заполнения проемов Количество входов в дом и их защита от внешней среды Местоположение подсобных и летних помещений Блокировка объемов по вертикали и горизонтали тип крыши Размещение жилых помещений в структуре плана Глубина и высота помещений Расположение теплового ядра в доме или помещении Устройство сквозного или углового проветривания Устройство вертикального проветривания Сезонная трансформация дома Устройство теплиц и атриумов Использование энергии солнца, ветра, грунта, подземных вод Теплозащита наружных стен, кровли, ограждающих конструкций Герметичное заполнение проемов Защита входов от внешней среды Защита наружного ограждения от осадков Солнцезащита проемов, открытых и остекленных пространств Размещение жилых помещений на благоприятные стороны Объемно-планировочная структура
Таблица 3
Защита от неблагоприятных природно-климатических факторов
Наименование защиты от природноклиматических факторов Наименование климатического подрайона
А1 А2 А3 Б1 Б2 Б3 Б4 Б5 В1 В2 В3
Защита от холода ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
Защита от перегрева ■ ■ ■ ■ ■ ■
Защита от ветра ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
Защита от дождя ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
Защита от пыльных бурь ■ ■ ■ ■ ■ ■
Солнцезащита ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
В мировой практике в качестве альтернативных источников энергии используют солнечную энергию, энергию ветра, геотермальную и гидротер-
мальную энергии, энергию тепловых выбросов и фотосинтеза биомассы. Использование солнечной энергии в настоящее время - наиболее технологически доступный вид возобновляемой энергии. В Южно-Российском регионе более 50 % времени в году преобладают ясное небо и солнечная погода. Геотермальная энергия может использоваться в любое время года: зимой обогревать, а летом охлаждать помещения. Такую энергию можно использовать активно и пассивно. Пассивно используется геотермальная энергия в заглубленных зданиях. Активное использование геотермальной энергии может быть ограничено наличием скальных пород. В Краснодарском и Ставропольском краях существуют подземные горячие источники, энергию которых можно использовать для отопления жилых зданий. Весьма перспективным, особенно в сельской местности, является использование энергии фотосинтеза, так как это позволит одновременно ликвидировать органические и неорганические отходы, которые в настоящее время представляют собой серьезную проблему с точки зрения охраны окружающей среды [1, 2, 5, 6, 15, 19]. Результаты анализа природно-климатических условий Юга России с целью использования альтернативных источников энергии даны в табл. 4.
Таблица 4
Возможное использование альтернативных источников энергии
Вид энергии Наименование климатического подрайона
А1 А2 А3 Б1 Б2 Б3 Б4 Б5 В1 В2 В3
Солнечная ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
Энергия ветра ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
Геотермальная
Гидротермальная ■
Тепловых выбросов
Фотосинтеза биомассы
Архитектурно-планировочные, конструктивные и энергосберегающие решения современного малоэтажного дома традиционно учитывались в народном жилище. Формирование народного жилища прежде всего определяли природно-климатические условия, своеобразие культуры и уровень социально-экономического развития народа. Объёмно-планировочное решение народного жилища во многом предопределялось энергосберегающими мероприятиями и приёмами. На Юге России можно выделить три района, в которых типы жилища, приёмы их возведения и использованные строительные материалы отражают определённые традиции и направления энергосбережения: равнинный, предгорный и горный [3, 4, 9, 13, 14, 18]. По архитектурнопланировочным решениям в народном жилище Юга России можно выделить следующие виды домов: компактный дом, линейный и массивно-
инерционный [3, 4, 9, 13, 14, 18]. Компактные дома характерны для районов с более холодным климатом: землянка, казачий курень, изба, украинская хата,
турлучный дом, деревянный сруб [4, 9, 13]. Ориентация жилых комнат на юг для использования прямого солнечного обогрева помещений привела к созданию домов линейного вида (длинный дом, «дом поперек», крытый двор), распространенных в южных районах региона [3]. К массивно-инерционному виду жилища можно отнести жилую башню и горскую саклю [3, 14]. Архитектурно-планировочные и конструктивные решения каждого вида народного жилища взаимосвязаны, так как их основой на Юге России является требование максимальной теплоизоляции: защиты от холода зимой, и от жары - летом. Энергосберегающие мероприятия и приемы в народном жилище Юга России приведены в табл. 5.
Таблица 5
Энергосберегающие мероприятия в народном жилище Юга России
Район строительства Виды домов Энергосберегающие мероприятия
Равнинный Компактный: землянка, казачий курень, изба, украинская хата, турлуч-ный дом, деревянный сруб Обваловка грунтом. Подклет препятствовал проникновению холода через пол. «Верхи» возводились из расщеплённых пополам брёвен, наружные стены обшивались плоскими деревянными рейками, промежутки между ними заполняли глиной. «Тепловое ядро» - печь -в центре дома. Крыша покрывалась теплоизо-ля-ционным материалом - камышом или осиновым тесом, светлая окраска которых не позволяла крыше перегреваться. Карниз-навес и крыша, свисавшая над балясником (узкий балкон, расположенный вдоль наружных стен), летом защищали дом от перегрева, зимой, осенью и весной от ветров, сырости и дождей. Тамбуры, маленькие окна. Благодаря летней кухне не было перегрева помещений
Предгорный Линейный: длинный дом, «дом поперек», крытый двор Ориентация жилых комнат на юг для использования солнечного тепла. Блокирование жилых комнат. Маленькие окна. «Тепловое ядро» -очаг - в центре помещения. Галерея, пристроенная вдоль фасада, или широкий карниз-навес, замкнутый или полузамкнутый двор защищали помещения от перегрева летом, а зимой от непогоды
Горный Массивноинерционный: жилая башня, горская сакля Толстые каменные стены на глиняном растворе и крыша, утрамбованная землей, хорошо стабилизировали внутреннюю температуру помещений. Неотапливаемый первый этаж играл роль теплового буфера. «Тепловое ядро» -очаг - на каждом жилом этаже башни. В горской сакле маленькие окна располагались только со стороны входа, «тепловое ядро» - очаг -в центре помещения
Изучив зарубежный опыт современного энергосберегающего домостроения с пассивным использованием солнечной энергии, можно выделить следующие виды малоэтажных домов: компактный, линейно-широтный, массивно-инерционный, павильонный. Компактные жилые дома наиболее характерны для северных районов, но они могут применяться и в жарком сухом климате. К этому виду можно отнести заглубленные дома. Благодаря теплоизолирующим свойствам грунта такое здание имеет энергетическую автономность. Линейно-широтные - для южных, где используется прямой обогрев помещений. Важным элементом дома является замкнутый или полузамкнутый двор, образованный жилыми и хозяйственными постройками. Массивноинерционный - характерен для жаркого сухого климата, где необходима защита от агрессивного влияния среды. В этом случае толстые стены хорошо стабилизируют внутреннюю температуру воздуха. Усиленная вентиляция создается при помощи смещения уровней и образования проемов в верхней части дома. Павильонный дом характерен для жаркого влажного климата. Вытянутый план, обилие террас и балконов обеспечивают усиленное сквозное проветривание. Кухни, прачечные выделяют в отдельный объем. Практически эти решения переплетаются, так как их основой является требование максимально комфортного микроклимата в жилых помещениях [3, 5, 19]. Классификация видов современных зарубежных домов по архитектурнопланировочным решениям идентична классификации видов жилых домов в народном жилище Юга России.
К началу 20-х годов XX века инженерами и учеными были разработаны различные воздушные и водяные солнечно-отопительные системы. Во второй половине ХХ века для накопления энергии используют солнечные батареи, которые своими архитектурно-конструктивными и технологическими решениями влияют на объемно-планировочное решение жилого дома [2, 6, 19].
При анализе архитектурно-планировочных решений народного жилища, а также отечественных и зарубежных домов с низким энергопотреблением были выявлены следующие энергосберегающие элементы, позволяющие экономить тепловую энергию путем сочетания их с основными помещениями: форма плана, этажность, коммуникационные помещения, тамбур, пристроенные жилые помещения, веранда, пристроенные подсобные помещения, кладовая, мастерская, гараж, теплица, подвал, техническое подполье, цокольный подсобный этаж; ставни, жалюзи; внутренний дворик, атриум, фонарь; отдельно стоящая летняя кухня; дополнительный вид отопления, энергия солнца, сезонный нагрев воды, энергия ветра, геотермальная энергия.
Энергоэффективность проектного решения оценивается уровнем удельного годового теплопотребления здания, отнесенного к 1 м2 общей отапливаемой площади или 1 м3 объёма. При анализе оценки энергосбережения зданий автором были проанализированы отечественные и зарубежные методики оценки энергосбережения зданий в жарких и в суровых климатических условиях. В результате было установлено, что на данный момент нет методик оценки энергосбережения здания, которые рассматривают теплоэнергетическую эффективность жилого дома в зависимости от его объемно-планировочного решения.
Автором статьи проведено исследование по установлению критериев ДНЭ для Южно-Российского региона [7, 8, 11, 12]. При этом рассматривались следующие строительно-конструктивные параметры здания: площадь застройки; площадь каждого помещения; площадь наружных стен; площадь пола и потолка; площадь оконных проемов; строительный объем здания, толщина и состав ограждающих конструкций.
Потери тепла в ДНЭ должны соответствовать требованиям СНиП и европейским стандартам ДНЭ. Точный учет климатических условий района строительства позволит получить экономию энергии. Для того, чтобы жилой дом удовлетворял требованиям энергосбережения, необходимо, чтобы общее сопротивление теплопередаче Я0 было не менее требуемого (минимально допустимого) сопротивления теплопередаче Л0тр. Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» автором для каждого подрайона Южно-Российского региона рассчитано требуемое сопротивление ограждающих конструкций исходя из условий энергосбережения [7, 8, 11, 12]. Результаты расчетов указаны в табл. 6.
Таблица 6
Требуемое сопротивление наружных ограждений жилого дома
Подрайон ГСОП Я0ТР (ГСОП)
сут дн
А1 Миллерово 3852 187 2,96
А2 Заветное 3596 178 2,77
А3 Ростов 3340 170 2,6
Сальск 3162 170 2,43
Б1 Кущевская 3060 170 2,36
Б2 Тихорецк 2884 162 2,22
Краснодар 2508 152 1,93
Майкоп 2510 154 1,93
Б3 Ейск 2905 166 2,24
Б4 Новороссийск 1822 134 1,4
Туапсе 1401 113 1,08
Б5 Сочи 1044 90 0,8
В1 Красногвардейское 2936 164 2,26
Пятигорск 3150 175 2,42
В2 Ставрополь 2991 169 2,3
В3 Арзгир 3021 166 2,33
Тепловые потери здания зависят от его геометрических размеров, теплотехнических свойств строительных и ограждающих конструкций, температуры внутреннего и наружного воздуха, воздухопроницаемости швов, площади откосов открывающихся частей окон и дверей.
На основании исследований и расчетов можно вывести «формулу» ДНЭ, которая связывает воедино геометрические и теплотехнические параметры жилого дома.
Q = 8 • к • д, Q < 70 кВтч/м2, где Q - общие теплопотери жилого дома; S - общая площадь жилого дома; к -высота помещения; д - удельные теплопотери жилого дома [7, 11].
Чтобы свести к минимуму потери тепла, расходы на отопление и кондиционирование, необходимо проектировать и строить ДНЭ согласно требованиям к архитектуре регионального ДНЭ.
Частично теплопотери жилого дома через конструкции устраняются путем устройства «буферных» зон: теплицы - с юга, гаража, кладовой, веранды и других подсобных помещений - с севера, запада или востока и т. д. Но, кроме этого, необходимо устранить теплопотери через сами ограждающие конструкции. Особое внимание для сохранения тепла в доме с низким энергопотреблением надо обращать на теплоэффективность конструкции окон, дверей и выходного тамбура. Важно обеспечить необходимую теплозащиту и тепловую инерцию дома. При строительстве дома с низким энергопотреблением желательно использовать утеплитель со сроком эксплуатации, равным сроку эксплуатации дома. Принудительная вентиляция воздуха в квартире является полезным дополнением ДНЭ, так как расходы тепла на неконтролируемый воздухообмен сводят к нулю экономию энергии, полученную за счет надежной теплоизоляции. Эффективно повторное использование тепла. Использованный воздух можно пропустить через теплообменник, который передает до 70 % полученного тепла холодному воздуху, поступающему извне [6, 7, 8, 11, 12].
В табл. 7 сведены данные о применении энергосберегающих элементов в подрайонах Южно-Российского региона. В качестве энергосберегающих элементов рассматриваются: форма теплового контура; блокировка помещений по горизонтали и по вертикали; использование элементов, создающих буферную зону, - пристроенного тамбура, остекленной веранды, холодной кладовой, мастерской, пристроенного гаража, эксплуатируемого подвала, технического подполья, погреба, теплицы, летней кухни. Для защиты окон от ветра, холода и перегрева - ставни или жалюзи. Рассматривается применение дифференцированного (основного и дополнительного) отопления, применение и аккумулирование дополнительных источников энергии. Аккумуляторы энергии - грунт, камень, солнечные и ветровые батареи [6, 15, 17].
Анализ народного жилища на Юге России, опыт отечественного и зарубежного энергосберегающего домостроения, исследование потенциала теплового контура, региональные требования позволили выявить принципы проектирования ДНЭ в Южно-Российском регионе.
1. Дифференциация исходных данных по подрайонам региона. Теплотехнический анализ ограждающих конструкций должен основываться на климатических данных каждого конкретного подрайона. В подрайонах А1, А2, А3, Б1, Б3, В2, В3 особенно необходимо учитывать температурный и ветровой режимы в холодное время года. В подрайоне Б4 - ветровой режим круг-
логодично. Во всех подрайонах необходимо учитывать возможность перегрева помещений в летнее время.
Таблица 7
Применение энергосберегающих элементов в подрайонах Южно-Российского региона
Форма теплового контура Этаж Пристроенные помещения Подвал, техническое подполье, цокольный этаж Ставни, жалюзи Фонарь, атриум Летняя кухня Вид доп. энерг.
А1 К 1-2 Кл, М, Г, Тц, В, Т рекомен- довано рекомен- довано - - ф □ ■
А2 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц, В, Т рекомен- довано рекомен- довано - рекомен- довано ф □ ■
А3 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц,В,Т, Н рекомен- довано рекомен- довано - рекомен- довано ф □ ■
Б1 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц, В,Т,Н рекомен- довано рекомен- довано - рекомен- довано ф ■
Б2 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц, В,Т,Н рекомен- довано - - рекомен- довано ф
Б3 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц,В,Т,Н возможно рекомен- довано - рекомен- довано ф □ ■
Б4 П, Г-, П-образная 1-3 Кл, М, В, Тц, Н возможно рекомен- довано рекомен- довано рекомен- довано ф □
Б5 П, Г- П-образная 1-3 Кл, М, В, Тц, Н возможно - рекомен- довано рекомен- довано ф
В1 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц, В, Т рекомен- довано рекомен- довано - рекомен- довано ф ▲
В2 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц,В,Т,Н рекомен- довано рекомен- довано - рекомен- довано ф □
В3 К, П 1-2 Кл, М, Г, Тц,В, Т,Н рекомен- довано рекомен- довано - рекомен- довано ф
Примечание. Форма теплового контура: К - квадратная, П - прямоугольная. Пристроенные помещения: Кл. - кладовые, М - мастерская, Г - гараж, Тц - теплица, В - веранда, Т - тамбур, Н - навес. ф - энергия солнца, сезонный нагрев воды, дополнительный вид отопления; □ -энергия ветра; ■ - геотермальная энергия; ▲ - гидротермальная энергия.
2. Обязательный учет влияния природно-климатических факторов подрайонов региона на компоновку объемно-пространственной формы дома.
3. Солнечная и ветровая ориентация жилого дома, оптимальная для каждого подрайона. В подрайонах - общие принципы ориентации в зависимости от розы ветров и широты местности.
4. Формирование непрерывного теплового контура жилого дома (объемно-планировочной формы ограждающих конструкций) оптимального для каждого подрайона. Форма теплового контура должна быть компактной.
5. Эффективная теплоизоляция теплового контура. Использование для ограждающих конструкций материалов с низким коэффициентом теплопередачи. Общие теплопотери ДНЭ не должны превышать 70 кВтч/м2.
6. Создание качественной структуры непрерывного теплового контура: собственно стена, проемы дверей и окон, стыки конструкций и др.
7. Формирование «буферных», промежуточных пространств (тамбуры, крыльцо, веранда, кладовые, мастерская, гараж, теплица и т. п.) между тепловым контуром дома и окружающей средой.
8. Тепловое зонирование внутреннего пространства жилого дома. Отапливаемые помещения - общая комната, спальни, кабинет, столовая, кухня и т. п. в центре дома. Внутренние помещения с более низкой температурой воздуха - кладовые, мастерские, тамбуры - входят в тепловой контур жилого дома.
9. Использование альтернативных, возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, энергии грунта, в сельских районах - использование метана, полученного в результате анаэробного сбраживания.
10. Сезонное обеспечение горячей водой посредством солнечной энергии.
11. Устройство систем пассивного сбора и аккумулирования (суточного и сезонного) солнечной энергии.
12. Устройство регулируемого воздухообмена (возвращение тепла воздуха, рекуперация воздуха).
13. Структурирование инженерных систем: устройство основных и дополнительных систем.
14. Применение комплексных систем инженерного оборудования жилого дома в соответствии с особенностями температурного и ветрового режимов конкретного подрайона: энергетическая взаимосвязь инженерных систем (отопление - вентиляция, отопление - канализация).
15. Возможность регулирования отопительных устройств и систем.
16. Применение комплексно-интегрированной компьютерной системы управления и контроля инженерными системами жилого дома (интеллектуальный дом) в целях оптимизации и экономии затрачиваемой энергии.
Настоящее исследование имеет большую практическую ценность, так как:
- проектирование и строительство жилых домов с низким энергопотреблением даст возможность резко сократить энергозатраты в процессе эксплуатации ДНЭ, а также при производстве строительных материалов;
- появится возможность экономить материальные и энергетические средства в государственном масштабе и для семьи;
- позволит сохранить окружающую среду.
Библиографический список
1. Архитектура и климат Южно-Российского региона / под ред. Л.П. Шевченко. -
Ростов н/Д. : Рост. гос. архит. ин-т, 1998.
2. Дэвис, А. Альтернативные источники энергии в строительном проектировании /
A. Дэвис, Р. Шуберт; пер. с англ. А.С.Гусева; под ред. Э.В. Сарнацкого. - М. : Стройиз-
дат, 1983.
3. Кобычев, В.П. Поселения и жилища народов Северного Кавказа в Х1Х-ХХ вв. /
B.П. Кобычев. - М., 1982. - 194 с.
4. Лазарев, А.Г. Традиционное народное жилище донских казаков - казачий курень /
А.Г. Лазарев. - Ростов н/Д. : ООО ИЦ «Булат», 1998. - 224 с.
5. Липмайстер, Р. Строительство в условиях жаркого климата / Р. Липмайстер; пер.
с англ. А.С. Брика; под ред. Ю.Н. Соколова. - М. : Стройиздат, 1984. - 191 с.
6. Молчанов, В.М. К вопросу строительства экодомов и экопоселений в Южно-Российском регионе. Сибирская архитектурно-художественная школа / В.М. Молчанов, Т.Е. Фомина; под ред. Е.Н. Лихачева // Материалы Всероссийской научно-практической конференции (г. Новосибирск, 12 марта 2001). - Новосибирск : Агенство «Сибпринт», 2001. - С. 52-54.
7. Молчанов, В.М. К вопросу об установлении критериев дома с низким энергопотреблением в Южно-Российском регионе / В.М. Молчанов, Т.Е. Фомина // Архитектурное образование: глобальные тенденции и региональные традиции : сб. науч. ст. - Минск : «Тэхналогш», 2002. - С. 163-165.
8. Наседкин, В.В. Анализ ограждающих конструкций зданий исходя из современных нормативных требований теплозащиты / В.В. Наседкин // Арх. наследие Юга России. -Ростов н/Д., 1997.
9. Пьявченко, Е.В. Архитектура и градостроительство Подонья до XVIII в. / Е.В. Пьявчен-ко. - Ростов н/Д. : РАИ, 199з. - 114 с.
10. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. - М., 1983.
11. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. - М., 2004.
12. СНиП 2.04.05-91. (2000) Строительная вентиляция и кондиционирование. - М., 1994.
13. Сулименко, С.Д. Учет региональных особенностей исторических типов казачьего жилища в архитектуре малоэтажной городской застройки / С. Д. Сулименко, А.М. Бучка. -Ростов н/Д. : РИСИ, 1985. - С. 62-73.
14. Сулименко, С.Д. Башни Северного Кавказа. Владикавказ / С.Д. Сулименко. - 1997. - 151 с.
15. Фомина, Т.Е. Использование альтернативных источников энергии на Юге России / Т.Е. Фомина // Международная научно-практическая конференция «Архитектура и экология». Тезисы докладов. - Ростов н/Д. : Ин-т архит. и иск-ва ЮФУ, 2007. - С. 248-251.
16. Фомина, Т.Е. К вопросу о природно-климатическом районировании в Южно-Российском регионе. Архитектура. Строительство, Дизайн / Т.Е. Фомина // Материалы XV научно-практической конференции РААИ. - Ростов н/Д. : Рост. гос. ин-т архит. и иск-ва, 2003. - С. 120, 121.
17. Фомина, Т.Е. Природно-климатические факторы, формирующие жилище в ЮжноРоссийском регионе / Т.Е. Фомина // Международная научно-практическая конференция «Архитектура и экология». Тезисы докладов. - Ростов н/Д. : Ин-т архит. и иск-ва ЮФУ, 2007. - С. 260-263.
18. Фомина, Т.Е. Традиции энергосбережения в народном жилище юга России. Сибирская архитектурно-художественная школа / Т.Е. Фомина // Материалы Всероссийской научно-практической конференции (Новосибирск, 16 марта 2003); под ред. Е.Н. Лихачева. -Новосибирск : Агенство «Сибпринт», 2003. - С. 74.
19. Энергоактивные здания / Н.П. Селиванов, А.И. Мелуа, С.В. Зоколей [и др.]; под ред.
Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. - М. : Стройиздат, 1988. - 376 с.
T.E. FOMINA
ARCHITECTURAL FEATURES OF HOUSING WITH LOW POWER CONSUMPTION IN THE SOUTH-RUSSIAN REGION
The article deals with the basic results of investigation on science-based principles and recommendations for design of low-rise housing with low power consumption in the South-Russian Region. Research on environmental and climatic factors influencing the heat balance of a building was carried out. Summing up the historical, national and foreign traditions and standards of design and construction of low-rise housing helps to make the architectural and planning decisions that permit to reduce heat losses. The investigation of a power potential of a low-rise residential building’s thermal envelope allowed to reveal the specific features of architectural decisions for low power consumption housing for each district in the South of Russia (districts of the Rostov Oblast, the Krasnodar Krai and the Stavropol Krai).
