Особенности планировочной структуры многоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Особенности планировочной структуры многоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии

Прокошев Станислав Алексеевич

студент, кафедра архитектурно- строительного проектирования, ФГбОу ВПО «Московский государственный строительный университет», proko4ev@mail.ru

Сырчин Никита Алексеевич

студент, кафедра технологии организации управления строительства, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», nikitasirr@yandex.ru

Турбинов Андрей Романович

студент, кафедра строительства объектов тепловой и атомной энергетики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Aturbinov@yandex.ru

Лапин Владимир Игоревич

студент, кафедра строительства объектов тепловой и атомной энергетики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», vladimir11414@mail.ru

Раков Никита Денисович

Студент, кафедра строительства объектов тепловой и атомной энергетики, ФГбОу ВПО «Московский государственный строительный университет», counter96zero@gmail.com

В статье рассмотрены особенности архитектурных и планировочных решений многоэтажных жилых домов, возводимых в современных мегаполисах, исследованы возможности сохранения тепловой энергии и водоресурсов, рационального их использования. Повышение уровня комфортности жилища, расширение функциональности дома и интеграция с окружающей средой возможна также за счет таких конструкций, как застекленные лоджии, атриумы и внутренние дворики. Среди основных принципов энерноэффективных домов можно отметить принцип сохранения максимально возможного тепла и света от солнца. Для его соблюдения расположение основного фасада жилого здания должно быть на юг, а остекленные части конструкции должны быть соответствующим образом распределены. Остекление необходимо расположить таким образом, чтобы в холодный период года доступ для солнечного света был максимален, а в жаркий период перегрев был недопустим. Затенения позволяют достичь конструктивные элементы солнцезащиты или природные элементы - озеленение. С севера и с востока возможно организовать озелененные барьеры, способные защитить дом от продувания зимой.

Ключевые слова: планировочное решение, энергоэффективные дома возобновляемые источники энергии.

Мировой энергетический кризис 70-х гг. стал активным толчком для использования альтернативной энергии. Он заставил обратить внимание на получение энергетических ресурсов по той причине, что была доказана предельность использования традиционных источников энергии, а также их негативное влияние на окружающую среду. Также стоимость традиционных источников является достаточно высокой. По этой причине был инициирован поиск альтернативных источников энергии [2].

Альтернативным источником энергии выступила энергия солнца и ветра, геотермальная энергия земли пр. Кроме того, учеными было доказано, что проблема глобального потепления - это следствие антропогенной нагрузки жилых и общественных зданий. Указанные факторы и оказали влияние на рождение идеи, заключающейся в создании экологически чистого и энергоэффективного здания: предполагалось, что его возведение и дальнейшая эксплуатация не будут требовать применения традиционных энергоресурсов.

Сегодня в архитектуре достаточно распространены инновации, базирующиеся на экологически-нейтральных и энергоэффективных технологиях, более всего они распространены в Германии, Англии, Испании, Италии, Японии, Китае и пр. Так же специалистами указанных стран произведена разработка специальных программ, поддерживающих «зеленые» технологии, а также системы сертификации экоустойчивости зданий [5].

Биологи, архитекторы и экологи считают, что экодом является домом с участком земли, соединяющим достижения урбанизации и природной среды. Такой дом не загрязняет окружающей среды, позволяет сберечь ресурсы посредством экономии воды и тепла, он энергонезависим, так как в процессе его эксплуатации применяются возобновляемые источники энергии. Подобный дом также способен накапливать ресурсы за счет производства экологичных продуктов питания и биотоплива, он может обеспечить высококомфортный уровень проживания людей [3]. К преимуществам подобного дома можно отнести наличие:

- благоприятного и комфортного микроклимата дома, а также отсутствие радиаторов и кон-

I I

б

£

I

т П Н

у

ы ей Е

а

«

а б Е Е

диционеров (их функции выполняются теплыми полами и грунтовым рекуператором (теплообменником);

- автономной биологической очистки сточных вод, позволяющей оказаться от использования полей орошения, которые способны выделять метан и загрязнять природу;

- возможности сбора и использования дождевой воды, позволяющего свести к минимум зависимость от водоснабжения. Также есть возможность экономить и ресурсы питьевой воды;

- автономной системы ГВС, позволяющей использовать альтернативные источники тепла и солнечную энергию, обеспечивая полную независимость от теплосетей;

- биогенераторной системы утилизации биологических отходов, способной перерабатывать в биогаз и удобрения. Это ведет к уменьшению количества ТБО, выделяющих метан и вызывающих парниковый эффект;

- возможности получения биогаза и пиролиз-ного газа также позволяет сделать дом энергонезависимым [1].

Важным фактором, оказывающим влияние на энергоэффективность дома, являются объемно-планировочные и архитектурно-планировочные решения зданий. К определяющими условиям и параметрам архитектурно-планировочных решений относят:

- форму дома, площадь общая и застройки, конфигурацию остекления;

- конфигурацию и планировку внутреннего объема зданий;

- ориентацию строений относительно сторон света, а также интеграцию с природным ландшафтом.

Основной объемно-планировочный критерий, оказывающий существенное влияние на энергоэффективность дома, - это его этажность. Отечественными учеными было определено, что если высота здания превышает десять этажей, то возникает опасность снижения энергоэфф-фективных показателей. В зданиях же, имеющих среднюю этажность, показатели энергоэффективности достаточно высоки. Причина заключается в том, что на большой высоте вокруг жилых зданий возникают ветровые потоки, оказывающих дополнительные нагрузки на конструктивные элементы здания. Также имеет место наличие процесса инфильтрации; как результат - понижение температуры в помещениях квартиры, что является следствием увеличение энергозатрат в отопительный период и снижения уровня комфортности в жилище.

Архитектурно-планировочные решения позволяют повысить эффективность энергосбережения многоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии. Так, с этой целью:

- уменьшается площадь наружных стен за счет оптимальной формы плана без изрезанно-сти и выступов;

- проектируются ширококорпусные жилые здания с учетом выполнения условий нормативной инсоляции;

- проектируются протяженные здания с учетом градостроительной ситуации;

- увеличивается общая площадь квартир на этаже при условии выполнения пожарных требований.

Чтобы уменьшить площадь ограждающих конструкций, в нормативных документах введен показатель коэффициента компактности - К (м2/м3) (МГСН 2.01-99), который отражает отношение площади ограждающих конструкций к площади отапливаемых помещений. Целесообразная компактность обладают присутствует у ширококорпусных жилых зданий; их планировка влечет за собой снижение уровня теплопотерь, а микроклимат в них становится более устойчивым и менее подвержен процессу «выветривания». Соответственно, проектируя многоэтажные жилые дома с возобновляемыми источниками энергии нужно стремиться к уширению корпусов, чтобы обеспечить энергоэффективность за счет повышения коэффициента компактности.

Проектируя энергоэффективные здания, нужно провести анализ архитектурно-планировочных решений.

Мероприятия, улучшающие энергоэффективность жилища, позволяют:

- уменьшить удельный показатель площади наружных стен м/м2;

- уменьшить коэффициент компактности жилого здания - К (м2/м3);

- увеличить ширину корпуса жилых зданий

[4].

У ширококорпусных жилых домом имеются принципиальные отличия от строящихся на данном этапе жилых домов за счет ширины корпуса 18-20 м (в теории 23,6 м), при этом условия инсоляции, воздухообмена и естественного освещения полностью соблюдены. В ширококорпусных домах за счет увеличения ширины корпуса отношение полезной жилой площади к площади наружных стен увеличивается, в результате этого тепловые потери сокращаются на двадцать-сорок процентов.

Энергоэффективность жилых зданий снижается также по причине изрезанности фасада и некомпактности формы плана, также негативную роль играют выступающие и западающие части, эркеры и другие элементы, применяемые в фасадных решениях. На то, чтобы обеспечить отопление подобных зданий, энергии расходуется на двенадцать-пятнадцать процентов больше, чем в аналогичных зданиях, имеющих

плоский фасад. Выбор оптимальной формы здания и ориентации дает возможность снизить энергозатраты на отопления в зимний период, а в летний период обеспечить в помещии прохладный климат.

Значительные теплопотери происходят и посредством оконных проемов: повышает их уровень, например, витражное остекление. Общая площадь остекления не должна превышать восемнадцать процентов от площади ограждающих конструкций квартир. Поэтому большие площади остекления наружных ограждений в жилищном строительстве РФ, особенно в массовом, не могут применяться по причине очень низкой тепловой эффективности таких зданий.

Обеспечить энергоэффективность секционных зданий за счет увеличения общей площади квартир на этаже возможно следующим образом:

- если жилые дома - с прямыми рядовыми или поворотными секциями, то увеличивается ширина секции на торце;

- если жилые дома с широтными Т-образными секциями, то увеличивается количество квартир на этаже до 6 - 8;

- если секции угловые (угол поворота на 90°), то по наружному световому фронту размещается максимальное количество квартир [4].

Увеличить общую площадь квартир на этаже, не снижая уровня энергоэффективности в жилых зданиях, относящихся к секционному, коридорному, секционно- коридорному и галерейно-му типу можно следующим образом:

- в широтных зданиях планировкой предусматриваются на этаже квартиры с большим числом комнат, а также увеличивается количество квартир на этаже;

- в протяженных меридиональных домах (в том числе со сдвижкой в плане) увеличивается количество квартир на этаже и уменьшается удельный периметр наружных стен [3].

Чтобы повысить уровень энергоэффективности жилого дома, целесообразно вдоль ограждающих конструкций с северной части фасада расположить нежилые подсобные помещения: за счет этого будет достигнут эффект утолщения стены посредством дополнительной воздушной теплоизоляции. Кроме того, должны быть защищены входы здания посредством воздушных завес и буферных зон. Снижение тепловых потерь жилого здания возможно также, если будет организован двойной вход, способный создать переходное пространство между внутренними помещениями и улицей.

Повысить уровень энергоэффективности жилого здания также возможно в том случае, если будут правильно выбраны ориентация и размеры здания относительно ветровых потоков и их воздействия на тепловой баланс здания. Наибольшую тепловую эффективность по объ-

емно-планировочному решению группы жилых домов, имеющих точечную, линейную, периметральную и сетчатую схему застройки, можно достичь, если включить в ее состав совокупности элементов (блок-квартиры, блок-секции или блок-элементы), имеющих различные виды блокировки. Целесообразно также применять дома с объемно-планировочными решениями, которые за счет которых можно максимально увеличить площадь этажа и компактность объема здания [3].

Тепловую эффективность здания также определяет ориентация здания по сторонам света, а также объем теплопотерь через фасад здания, ориентированных на направления от северозападного до северо-восточного, в противоположность фасадам, ориентированным на направления от юго- восточного до юго-западного, не поступает заметный приток тепла от солнечного излучения. Поэтому, проектируя непрямоугольные здания, необходимо стремиться к тому, чтобы лишь у наименьшей поверхности фасадов была ориентация на север. Наименьшие теплопотери имеют секционные широтные здания, имеющие ширину корпусов до 17 м. Расход тепла галерейного здания, имеющего ширину до 15 м, увеличивается на 3%, а если ширина корпуса 13м, то расход вырастает на 6%. [3].

На формирование объемно-планировочных и архитектурно-планировочных решений, а также на использование инженерных систем энергосбережения многоэтажных домов оказывает влияние и их расположение в городской среде: в центре города они расположены, на периферии или в пригороде. Так, если имеет место плотная застройка центральной части города, то у жилого здания будет компактная форма, а инженерные системы будет возможным расположить или на кровле, или в цокольных этажах. Если дом будет располагаться на периферии, то форма плана может варьироваться, появляется возможность включение в структуру объема дополнительных элементов генерации энергии и моделирования геометрии здания, способствующей повышению КПД инженерных систем[4].

Проблему нехватки озеленения придомовых и дворовых территорий, недостаток общественных пространств в структуре жилых комплексов, расположенных в центральной части города, можно решить путем проектирования атриумных домов, за счет чего будет обеспечена естественная вентиляция и повышены теплоизоляционные свойства фасада.

Соответственно, можно заключить, что планировочные решения позволяют значительно повысить энергоэффективность домов многоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии, благодаря чему возрастает их экономичность и экологичность.

I I

б

£

I

т П Н

у

ы tt Е

Литература

1. Афанасьева, O.K. Архитектура малоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии. Автореферат дис. канд. арх. Москва, 2009.-20с.ил.

2. Беляев, B.C., Степанова, В.Э. Об использовании альтернативных источников энергии/ В.С.Беляев, В.Э.Степанова//Жилищное строительство-2005.- №10.-С.15-16.

3. Граник, Ю.Г. Формирование новых типов энергоэффективных жилых зданий/ Ю.Г.Граник, А.А. Магай, В.С.Беляев// Жилищное строитель-ство.-2003.- №10

4. Михеев, А.П., Береговой, A.M., Петряни-на, JI.H. Проектирование зданий и застройки населенных мест с учетом климата и энергосбережения: Учебное пособие.-3-е изд. перераб.и доп./А.П.Михеев, А.М.Береговой, Л.Н.Петрянина.- М."Издательство АСВ, 2002.-192с.

5. Орельская, О.В. Современная зарубежная архитектура: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006.- 272 с.

6. Рахимов, Р.З. Ресурсо и энергосбережение в строительстве и жилищно- коммунальном хозяйстве// Архитектура и строительство Москвы.- 2003.- № 2-3.- С. 43-46.

Peculiarities of the planning structure of multi-storage houses with renewable energy sources

Prokoshev S.A., Syrchin N.A., Turbinov A.R., Lapin V.I., Rakov N.D.

Moscow National Research Moscow State University of Civil Engineering

In the article features of architectural and planning decisions of the multi-storey apartment houses, erected in modern megacities, features of preservation of thermal energy and water resources, rational their use are considered. Increasing the comfort level of the dwelling, expanding the functionality of the house and integrating with the environment is also possible due to such structures as glazed loggias, atriums and patios. Among the basic principles of energy-efficient houses, we can note the principle of preserving the maximum possible heat and light from the sun. To comply with it, the location of the main facade of a residential building should be to the south, and the glazed parts of the structure should be appropriately allocated. The glazing should be positioned in such a way that during the cold period of the year the access to sunlight is maximized, and during a hot period, overheating was unacceptable. Shading allows you to achieve structural elements of sun protection or natural elements - landscaping. From the north and the east it is possible to organize greened barriers that can protect the house from blowing in the winter.

Keywords: planning decision, energy-efficient homes, renewable energy sources.

Reference

1. Afanasyeva, O.K. Architecture of low-rise residential buildings

with renewable energy sources. Abstract of the dis. Cand. arch. Moscow, 2009.-20 pp.

2. Belyaev, B.C., Stepanova, V.E. On the use of alternative energy sources / VS Beliaev, V.E. Stepanova // Housing construction-2005.- №10.-P.15-16.

3. Granik, Yu.G. Formation of new types of energy-efficient residential buildings / Yu.G. Granik, A.A. Magay, vS.Belyaev // Housing construction.-2003.- №10

4. Mikheev, AP, Beregovoi, A.M., Petryanina, JI.H. Designing of

buildings and development of populated areas in the light of climate and energy conservation: Textbook.-3rd ed. pererab.i additional. / A.P.Mikheev, A.M. Beregovaya, L.N. Petryanina .- M. "Publisher ASV, 2002.-192s.

5. Orelskaya, O.V. Modern foreign architecture: Textbook. allowance for stud. supreme. training. institutions. M .: The publishing center "Academy", 2006.- 272 p.

6. Rakhimov, R.Z. Resource and energy saving in construction

and housing and communal services // Architecture and construction of Moscow .- 2003.- No. 2-3.- P. 43-46.

S

«

tt e

E E