CC BY
18РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЖИЛЫХ КВАРТАЛОВ В ГОРОДЕ АЛМАТЫ Абдрахман А.Б.1, Наженова Г.Х.2, Самойлов К.И.3, Есенов Х.И.4
1Абдрахман Абылай Багдатулы - магистрант;
2Наженова Гульнур Хайратовна - магистрант;
3Самойлов Константин Иванович - профессор, доктор архитектуры;
4Есенов Хвайдолла Иванович - кандидат архитектуры, доцент, ассистент-профессор,
кафедра архитектуры, Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в данной статье автор выделил важные факторы при проектировании энергоэффективных жилых кварталов с учетом региональных особенностей в городе Алматы. Автор показал в данном исследовании, как эти факторы окружающей среды могут влиять на проектирование энергоэффективности жилых кварталов с учетом региональных особенностей.
Ключевые слова: энергоэффективность жилых кварталов, региональные особенности, энергоэффективные здания, факторы окружающей среды.
В настоящее время проблема снижения энергопотребления жилых домов и промышленных предприятий во всем мире встает как никогда ранее, что стимулирует развитие энергосберегающих технологий. По статистическим данным, Казахстан в несколько раз уступает Японии, США, Германии и Китаю по уровню энергосбережения [1]. Поэтому сейчас ведущие стратегические документы по развитию Республики Казахстан направлены на создание единой системы управления процессами повышения энергоэффективности. Важное место здесь занимает экономия энергии и ресурсов в строительной отрасли и жилищно-коммунальном хозяйстве, в том числе при возведении энергосберегающих сооружений [1].
Энергоэффективный дом - это здание, в котором низкое энергопотребление сочетается с благоприятным микроклиматом. Энергоэффективные дома могут экономить до 90% энергии, а годовая потребность в отоплении энергоэффективных домов может составлять всего 15 кВтч/м2 [2].
Общее потребление первичной энергии составляет менее 120 кВтч/м2 в год. Каждая страна имеет свой собственный рейтинг энергоэффективности зданий. На сегодняшний день не существует единого официального международного определения энергоэффективных зданий. Однако в ряде европейских стран существуют следующие классификации:
- здания с низким энергопотреблением;
- здания с очень низким энергопотреблением;
- энергопроизводящие здания;
- здания с нулевым выбросом С02.
В Европе и во всем мире определение дома с низким энергопотреблением зависит от региона и времени. Учитываются исторические требования к внутреннему климату. Дома с низким энергопотреблением также определяются как: - дома с очень низким энергопотреблением; - пассивные дома; - дома с нулевым потреблением энергии [3, с. 162].
Термин «дом с низким энергопотреблением» относится к зданиям с низким энергопотреблением, но поскольку критерии оценки зданий с низким энергопотреблением варьируются от страны к стране, существуют различия в определении. Каждая страна разработала свою собственную систему стандартов, а иногда и маркировку энергоэффективных домов.
До 90% всего энергопотребления в строительной отрасли Республики Казахстан расходуется на эксплуатацию зданий. Жилые здания потребляют больше энергии (50-55%), промышленные здания чуть меньше (35-45%) и гражданские здания до 10%. Жилые и гражданские здания имеют запасы энергосбережения около 10-15% [4, с. 5].
В связи с этим большое значение для республики имеют меры по снижению тепло- и энергозатрат. Должна осуществляться только разработка новых энергоэффективных и экологически безопасных проектов жилья в гармонии с окружающей природной средой, что подтверждается Законом Республики Казахстан «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». Ввиду общемировой тенденции снижения негативного воздействия на природу сегодня во многих странах Европы и Америки начало формироваться новое понимание архитектурно-конструктивных особенностей огромных жилых, производственных и общественных зданий, поскольку общественные здания являются крупнейшим энергетическим потребители (более 40% потребления тепла и 20% потребления электроэнергии) и загрязнители атмосферного воздуха [1].
Следует отметить, что Казахстан имеет большой региональный опыт проектирования и строительства зданий, основанный на тщательном анализе местных климатических условий и обеспечении комфортного микроклимата в жилой среде.
Основная работа проектировщиков при проектировании жилья, адаптированного к местным климатическим условиям, к примеру, - южных регионов, которая в основном сводилась к мероприятиям по снижению теплопотерь в здании, подбору идеальной формы и ориентации здания, различным объемно-планировочным решениям и поиску путей нормализовать микроклимат в жилье в климатических районах.
При проектировании энергоэффективных жилых кварталов перед командой проектировщиков стоит трудная задача максимизировать положительное влияние наружного климата на тепловой баланс здания и минимизировать его отрицательное влияние. Это возможно за счет создания в здании системы искусственного микроклимата, которая обеспечит необходимые параметры в помещении с наименьшим энергопотреблением с учетом особенностей региона.
При этом для обеспечения оптимальных микроклиматических параметров и снижения энергопотребления в течение срока службы здания необходимо установить правильное архитектурно -конструктивное решение здания (форма и планировка помещений), тип остекления и солнечные коллекторы, строительные и наружные ограждающие материалы, источники тепла (отопление, вентиляция, кондиционирование) [2].
Важным условием проектирования и строительства энергоэффективных жилых кварталов является выбор места застройки с учетом климатических особенностей, рельефа и существующей застройки планируемого района. Все эти факторы определяют региональные особенности, влияющие на проектирование, строительство и эксплуатацию энергоэффективного квартала.
Важными факторами при проектировании являются логическая ориентация здания, солнечный климат, ветровой режим в регионе, топография предполагаемого участка, окружающие водоемы и растительность. Ниже проведенное исследование посвящено тому, как эти факторы окружающей среды могут влиять на проектирование энергоэффективности жилых кварталов.
Климат местности и ориентация жилых кварталов.
Термин «климат» относится к долговременным климатическим условиям, характерным для данной местности. Сегодня признано, что на климат влияют астрономические, географические и циркуляционные факторы. К ним относятся положение Земли относительно Солнца, расположение суши и моря, атмосферная циркуляция, океанские течения и топография поверхности Земли.
Из основных климатических параметров, учитываемых при проектировании энергоэффективных зданий, параметры ветра, солнца и температуры наружного воздуха наиболее часто используются на практике для выбора конструкции наружной оболочки с точки зрения необходимой теплоизоляции [6, с 56].
Солнечная радиация и инсоляция.
Солнечная радиация - это поток излучения Солнца, который включает видимое и невидимое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Количество тепла, выделяемого солнечным излучением, зависит от широты региона, продолжительности светового дня, состояния атмосферы и основного слоя, положения поверхности и ее ориентации по направлению света. Инсоляция - это облучение земной поверхности, объектов и объектов прямым и рассеянным солнечными лучами.
Солнечная радиация и инсоляция играют важную гигиеническую роль в микроклимате помещений. Тепловой удар оказывает бактерицидное действие, способствует развитию иммунных реакций в организме человека и положительно влияет на обмен веществ.
Поскольку солнечное излучение получает максимальное количество тепла в холодное время года, поверхности и помещения, обращенные к югу от горизонта, дополнительно обогреваются, что снижает затраты тепловой энергии на обогрев этих помещений с фронтальными системами отопления [2, с. 162].
В то же время чрезмерное воздействие солнечной радиации может вызвать, перегрев поверхностей, приводящий к слепимости, что особенно важно при проектировании административных и производственных зданий и учебных заведений.
В регионах с жарким климатом, таких как в городе Алматы, солнечная радиация может повышать температуру солнечных поверхностей на 16-45 °С, вызывая попадание нагретого воздуха в здание. Для защиты здания от перегрева и сокращения использования систем кондиционирования воздуха следует использовать следующие методы.
- Затенение перегретых стеновых поверхностей широкими потолочными карнизами;
- снижение поглощения солнечной радиации и температуры поверхности кровли при использовании кровельных материалов с низкой теплопроводностью;
- Минимальное остекление для оптимального дневного света и зрительного комфорта;
- сориентировать здание, чтобы защитить его от чрезмерного солнечного излучения и перегрева;
- Строительные материалы с высокой степенью накопления (кирпич, камень); такие материалы сохраняют прохладу в помещениях, поскольку обладают высокой инерцией (нагреваются и остывают в течение длительного периода времени).
Аэрационно-ветровой режим.
Комфортность городских территорий и микроклимат зданий во многом зависят от ветрового режима. Ветровые условия характеризуются скоростью ветра (м/с), повторяемостью (%) и порывами ветра. Данные о ветровых условиях представлены в виде таблиц или графиков (розетка ветров). Летом ветер оказывает положительное влияние, охлаждая воздух, а зимой вызывает дополнительное охлаждение воздуха и поверхностей [3, с. 8].
Вентиляция зданий улучшает качество воздуха в помещениях, помогая удалять загрязненный воздух из помещений и способствуя эффективной работе систем естественной вентиляции. Однако энергоэффективное развитие требует, чтобы здания располагались как можно дальше от внешних источников загрязнения (промышленных предприятий, автомобильных дорог и т. д.), чтобы поддерживать чистоту воздуха внутри. Важными задачами являются оценка характера и масштабов загрязнения атмосферного воздуха, происходящего на данной территории в течение всего года, и исключение из строительства участков с неактивными условиями, способствующими возникновению застойных зон и накоплению загрязнения в строительном пространстве.
В различных климатических условиях ветер может оказывать как отрицательное, так и положительное влияние на тепловые характеристики здания. С учетом этого необходимо принять меры по защите здания от перегрева за счет вентиляции или использовать естественную вентиляцию за счет улавливания воздушных потоков.
Во многих зданиях естественная вентиляция является основным средством создания и поддержания гигиенических условий. Естественный воздухообмен происходит за счет разницы давлений, создаваемой разницей температур воздуха в помещении и снаружи. В холодное время года наружный воздух поступает в здание через щели и отверстия в ограждающих конструкциях (инфильтрация), а нагретый воздух выбрасывается наружу (эксфильтрация).
Для повышения энергоэффективности городских зданий в условиях умеренного климата, таких как Алматы, необходимо создать благоприятный ветровой режим. Летом необходимо предусмотреть вентиляцию и конвективный теплообмен, чтобы создать условия для естественной вентиляции, а зимой, наоборот, необходимо уменьшить охлаждающее действие ветра, чтобы избежать чрезмерных теплопотерь здания. Другими словами, должны быть достигнуты две противоположные цели.
Ландшафт участка застройки
Ландшафт участка оказывает значительное влияние на выбор участка для будущего энергоэффективного жилищного строительства. Принцип выбора участков, чувствительных к ландшафту, отражает влияние топографии, водоемов и особенностей ландшафта на энергоэффективное проектирование зданий и энергосбережение.
Сложный рельеф может оказать существенное влияние на дизайнерские решения. В зависимости от рельефа местности ветровые и температурные характеристики зданий будут существенно различаться, что будет напрямую влиять на энергоэффективность зданий, их теплотехнические характеристики и долговечность конструкций. При проектировании очень важно учитывать уклон и направление уклона, а также топографию. Районы с вогнутым рельефом значительно холоднее, чем прилегающие районы, потому что холодный воздух тяжелее теплого и перемещается со склонов на равнины. На распределение ночных температур большое влияние оказывают антропогенные или естественные преграды на пути потока холодного воздуха. В жилых и общественных зданиях рекомендуются уклоны с максимальным уклоном 30° [5, с. 56].
Водоемы, независимо от их источника, могут значительно улучшить микроклимат в застроенной среде, так как испарение увеличивает относительную влажность и снижает температуру окружающей среды. В регионах с жарким сухим климатом рекомендуется размещать бассейны, фонтаны, системы адиабатического охлаждения с мелкодисперсным распылением воды непосредственно перед зданиями для повышения влажности наружного воздуха. Создание благоприятной среды вокруг зданий позволит снизить энергозатраты на работу систем искусственного микроклимата.
Поэтому для выбора оптимального строения энергоэффективного жилого квартала с учетом региональных особенностей в городе Алматы, необходимо оценить ряд масштабных факторов, указанные выше в исследовании.
Список литературы
1. Корицкая А.П., Кремнева А.С., Абржина Л.Л. // Уральский федеральный университет, Екатеринбург,
Россия. Энергоэффективные здания класса «а+» и выше на Урале. [Электронный ресурс]. Режим
доступа: elar.urfu.ru>bitstream/10995/74195/1/sueb...033.pdf/ (дата обращения: 01.11.2022).
2. Закон Республики Казахстан «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности». Астана, 2012 // [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://online.zakon.kz/ (дата обращения: 01.11.2022).
3. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. 162 с.
4. Табунщиков Ю.А. Энергоэффективное здание как критерий мастерства архитектора и инженера // АВОК, 2001. № 2. С. 8-11.
5. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий // АВОК, 1998. № 1. С. 5-10.
6. Мировая энергетика: прогноз развития до 2020 года. М.: Энергия, 1980. 6 с.
