CC BY
18РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ Есенжолов Б.Н.1, Шынкожаева А.Ж.2, Балыкбаев Б.Т.3, Самойлов К.И.4
1Есенжолов Бекназар Нурталапулы - магистрант;
2Шынкожаева Айнур Жетписбаевна - магистрант;
3Балыкбаев Байжан Тулеуханович - доктор архитектуры, ассоциированный профессор;
4Самойлов Константин Иванович - доктор архитектуры, профессор, кафедра архитектуры, Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: следующий этап развития в строительстве по всему миру идет к энергоэффективным, а также экологически чистым жилым и общественным зданиям. В связи с этапами развития в потреблении альтернативных источников энергии, необходимо ускорить процесс внедрения в архитектуру энергоэффективных домов.
Ключевые слова: энергоэффективность, малоэтажные жилые дома, альтернативные источники энергии, зеленая экономика.
На сегодняшний день уже стоит большой вопрос о будущем страны и по всему миру о энергоэффективности. Простыми наблюдениями можно увидеть, что имеется износ оборудования на ТЭС и в промышленных предприятиях. Жилой фонд уже устарел и является ветхим, оно приводит к перерасходу природных ресурсов, что негативно влияет на экологическую ситуацию в стране.
Традиционные не возобновляемые источники энергии - нефть, природный газ, уголь - представляют собой, сосредоточенные месторождения природных ресурсов, накопивших энергию в течение очень длительного периода времени, чем обусловлена их высокая эффективность, с одной стороны, и исчерпаемость ресурса - с другой. Проблемы энергетического и сырьевого кризиса заставили начать поиск альтернативных неисчерпаемых и возобновляемых источников энергии. Так как использование не возобновляемых источников связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.
Альтернативные источники энергии - это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».
В настоящее время лидерами мировой альтернативной энергетики являются три технологии: ветровая, солнечная энергетика, а также энергетика на основе биомассы [1]. К особенностям альтернативной энергии относятся ее низкая интенсивность, что требует размещения большого количества сравнительно маломощных установок, производящих небольшое количество энергии. В связи с этим можно сделать вывод о целесообразности размещения объектов альтернативной энергетики в структуре зданий и на прилегающих участках для увеличения площади энергетической инфраструктуры и повышения общей производительности энергосистемы. Такое решение позволит получать энергию практически со всей территории, включая площадь застройки. Сокращение протяженности инженерных коммуникаций в этом случае поможет значительно снизить затраты на строительство и эксплуатацию инженерных сетей. Уменьшить потери при передаче выработанной энергии, которые значительно возрастают по мере увеличения протяженности и снижения удельной мощности энергосетей. Так же использование новых элементов в архитектуре может стать средством формирования нового высокотехнологичного образа современных зданий. В целом, энергоэффективное здание - сооружение, в котором экономия энергоресурсов достигается за счет применения инновационных, технически осуществимых и экономически обоснованных решений, приемлемых, с экологической и социальных точек зрения и не изменяющих привычный образ жизни [2]. Строительство энергоэффективных зданий в разных частях планеты началось после мирового энергетического кризиса 1974 года. Вместе с тем, проект первого высотного энергоэффективного сооружения здания начал претворяться в жизнь в 1972 году в американском Манчестере [3]. Первые успешные плотные проекты энергоэффективных зданий были успешно реализованы в основном, в странах с холодным климатом, где вопрос отопления зданий, сохранения накопленного тепла стоит остро в течении длительного отапливаемого периода [4].
В энергетике экологические последствия в итоге проявляются в виде различных загрязнений окружающей среды. При эксплуатации традиционного не возобновляемого источника энергии органического топлива, составляющего 92% энергетических ресурсов, в атмосферу попадает большое число загрязнителей. «Нефтяная эра» дала толчок интенсивному развитию экономики. 1960-1970-е годы были временами быстрого экономического роста, что принудило в свою очередь к увеличению объема
производства и потребления ископаемого топлива: за этот период времени количество производимой на планете энергии утроились, и каждые последующие 13 лет потребности в энергии удваивались.
Мировые запасы условного топлива слагаются в первую очередь из запасов угля (до 60%), нефти и газа (около 27 %).
В совокупном общемировом производстве совсем другая картина - на уголь получается более 30 %, а на нефть и газ приходиться - более 67% потребления.
Если следовать прогнозам оптимистов, то мировых запасов нефти должно хватит на 2-3 столетия; пессимисты же считают, что имеющиеся запасы нефти могут обеспечивать потребности цивилизации лишь несколько десятков лет [5].
Выход из проблемы истощения запасов нефти и других традиционных источников энергии является использование возобновляемых источников, так как атомная энергетика показала свою небезопасность и неэкологичность.
К настоящему времени потенциал возобновляемых источников энергии используется в скромных объёмах, в том числе и в строительной индустрии, как в нашей стране, так и во всем мире. В последние годы в Казахстане уделяется огромное внимание по данному направлению. В последние годы в Казахстане приняты следующие стратегические документы, определяющие политическую волю по повышению энергетической эффективности страны в целом:
- Концепция перехода РК к «Зеленой экономики».
- Стратегия-2050: в электроэнергетике: доля альтернативной и возобновляемой электроэнергии должна достичь 50,0% к 2050 году;
- Закон Республики Казахстан от 13 января 2012 года №541-1У «Об энергосбережении и повышении эффективности»;
- Программа Энергосбережения 2020 и т.д. [6].
Ещё более актуальной эта тема становится в связи с разразившимся мировым финансовым кризисом, который заставил многих пересмотреть свои взгляды и планы на вопросы энергообеспечения. Казахстан считается богатой страной «углём, газом и нефтью», поэтому для производства альтернативной энергии нет стимулов. За последние пять-семь лет в Казахстане возрос интерес к более интенсивному использованию возобновляемых источников энергии. Стратегическими целями использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива являются:
- сокращение потребления не возобновляемых топливно-энергетических ресурсов;
- снижение экологической нагрузки от топливно-энергетического комплекса;
- энергообеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним сезонным завозом топлива.
Основой для проектно-нормативной базы в настоящее время является СНиП 2.08.01.-89* «Жилые здания» и СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные».
Среди современных зарубежных исследователей энергоэффективности можно упомянуть архитекторов - Петера и Бренду Вале, Сьюзан Роаф.
Помимо огромного количества частных домов, проектируемых с использованием возобновляемых источников энергии, в Европе активно используют программы по проектированию «экологических поселений», поддерживающимися государственными и региональными программами. Такие, как жилые дома в Хокертоне (Великобритания), «солнечные посёлки» в Германии (например, посёлок Аахен-Лауренсберг, посёлок Бекум), район Виикки в Финляндии, посёлок Амерсфурт (Нидерланды), район в городе Охусе (Дания), район в Тронхейме (Норвегия).
В Казахстане с 1917 по 1990-е годы жилищное строительство в сельской среде велось, в подавляющем большинстве случаев, по типовым проектам, где обеспечивался минимальный уровень комфорта и физиологических норм. После 1991 года начался новый этап проектирования и строительства загородного жилья, но нехватка опыта в этом виде проектирования и строительства приводила на начальном этапе ко многим проблемам.
По мнению зарубежных и отечественных ученых энергия солнца является одним из самых долгосрочных, перспективных и многообещающих источников энергии. Большое количество современных научно-исследовательских работ в области энергосбережения жилья основной упор делают именно на солнечную энергию. Вопросы инсоляции помещений и максимального использования энергии солнца в архитектуре рассматривались зодчими с древнейших времен. Так Сократ предложил идею «солнечного дома», в котором эффективно использовалось зимнее солнце и исключалось прямое попадание солнечного света с южной стороны летом. Наиболее активно заговорили о солнечных домах в 40-х годах ХХ века, когда увеличилась возможность сплошного остекления внешних ограждений. Впервые плоский солнечный коллектор был использован при проектировании экспериментального жилого дома в Массачусетском Технологическом Институте (М1Т-1) в 1939 г. Солнечные жидкостные коллекторы были заполнены водой, занимали площадь 37 м2, были установлены на солнечной стороне крыши (под углом 30°) над жилым домом общей площадью 50 кв.м. Этот экспериментальный проект
позволил впервые выявить недостатки солнечного обогревания: поломка коллекторов при тепловом расширении, несовершенство столярки, течь водяных баков, большая стоимость и недостаточное утепление накопительных аккумуляторов.
Одним из интереснейших исследований в этой области является диссертация О.К. Афанасьевой «Архитектура малоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии», в которой подробнейшим образом проанализированы основные виды возобновляемых источников энергии, используемых в архитектуре (низко потенциальная тепловая энергия, энергия биомассы, водных потоков на суше, энергия ветра и солнца), а также создана детальная классификация энергоэффективных домов (климатические дома, энергонезависимые, пассивные и автономные дома)) [7].
Согласно ее исследованиям классификация домов, использующих энергию солнца и получивших название «солнечный дом», созданных на основе прогрессивных на то время результатов научных исследований, берет свое начало с середины 70-х годов ХХ века [5, с. 63]. Так в её работе приводится классификация жилых домов с энергоэффективными технологиями, составленная в 1977 г. П. Диасом:
1) автономный дом - дом, который для своего обеспечения не использует традиционные источники энергии, самодостаточен и находится на полном самообеспечении теплом и энергией;
2) биоклиматический дом - дом, в котором используются традиционные конструкции и местные строительные материалы с целью уменьшения тепловых потерь здания в данных природно-климатических условиях (характерно: учет микроклиматической ситуации, умелый подбор несущих конструкций, рациональное зонирование помещений, что экономит энергию и повышает комфортность);
3) солнечный дом - дом, снабженный активными средствами улавливания, передачи и хранения тепловой энергии солнца (характерно: принудительная система сбора, распределения и хранения энергии; наличие солнечных коллекторов, системы распределения тепла и аккумулирования энергии).
Тематика малоэтажного жилья, использующего альтернативные источники энергии, является актуальным не только с точки зрения экологичности, но и с точки зрения развития нового направления архитектуры жилого малоэтажного дома.
В пассивных системах используются различные измененные традиционные элементы строения для накапливания и распределения малоэтажного жилья, которые требуют незначительного дополнительного технологического оборудования, они более экологичны, однако не достаточно производительны, для их получения не требуется специального обученного обслуживающего персонала. Интерес у большинства мировых архитекторов, занимающихся зеленой архитектурой, вызывали вопросы прогрессивных научно-академеческих разработок и передовых инновационных открытий в области энергосбережения (в том числе в разработках «пассивного» и «активного» дома) поскольку они, непосредственно находясь на крыше дома или на его фасадах, безусловно, оказывают влияние на окончательные архитектурно-планировочные решения подобного жилья. В зависимости от существующих технологий на данный период, решение энергоэффективного жилого дома архитектурыные приемы его организации не только формирует (компактный, открытый, закрытый тип), но и влияет на пространственнуюую организациюю целых жилых микрорайонов с точки зрения градостроительных и композиционных вопросов.
При проектировании домов альтернативными источниками энергии максимально учитываются местность природно-климатического условия; так же в проектировании малоэтажного жилого дома учитывается рельеф окружающей местности, соседние постройки и зеленые насаждения; дома четко ориентированы согласно инсоляции, что изменяет внутреннюю функционально-планировочную структуру здания; учитывается направление приоритетных ветров и возможных песчаных бурь. Энергопотери такого рода здания сведены к минимуму, периметр ограждающих конструкций хорошо изолирован от неблагоприятных воздействий внешней среды. При создании проекта «энергонезависимых домов» («климатических домов») проектировщики применяют для энергообеспечения альтернативные источники энергии, которые фрагментно или полностью покрывают все расходы дома со стороны энергетики. «Автономные дома» - это дома, включающие в себя систему энергонезависимых сооружений, замкнутого цикла жизнеобеспечения, в которую входят автономный комплекс жилого дома, в котором помещения и оборудование, обеспечивающие жильцов пищей и водой, а отходы жизнедеятельности перерабатываются и используются вторично, формирующие безотходные дома [7, с. 30].
Список литературы
1. Статья «Потенциал использования возобновляемых источников энергии в процессе перехода на «неуглеводородную» энергетику». Ю.В. Самошин. Российский внешнеэкономический вестник. № 12 от 12 декабря 2010 года.
2. Энергоэффективные здания класса «А+» и выше на Урале (169 стр.) / А.П. Корицкая, А.С. Кремнева, Л.Л. Абржина. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://elar.шfu.m/bitstreamЛ0995/74195/1/sueb_2018_033.pdf/ (дата обращения: 01.11.2022).
3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.c-o-k.ru/review/samye-izvestnye-v-mire-energoeffektivnye-zdaniya/ (дата обращения: 01.11.2022).
4. Книга «Энергоэффективные здания - состояние, проблемы и пути решения». / Алоян Р.М., Федосов С.В., Опарина Л.А. 13 стр. / [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ivgpu.ru/images/docs/ob-universitete/instituty-fakultety-kafedry/isi/kafedry/opgkh/publikatsii/opgkh-uup-11.pdf/ (дата обращения: 01.11.2022).
5. Маркова О.К. Учебное пособие. ФГО СН «Архитектура» О.К. Маркова. Архитектура малоэтажных жилых домов с использованием возобновляемых источников энергии. М., 2014.
6. Почему выгодно строить Энергоэффективные здания. Астана, 2015 г. (5 стр.) / Программа Развития ООН в Казахстане (ПРООН) Глобальный Экологический фонд (ГЭ ) Правительства РК / Александр Белый, Айман Шопаева, Макпал Досжанова [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ecogosfond.kz/wp-content/uploads/2018/06/pochemu-vigodno-stroit-energoeifektivnie-zdania.pdf/ (дата обращения: 01.11.2022).
7. Афанасьева O.K. Архитектура малоэтажных домов с использованием возобновляемых источников энергии. // Учебное пособие (МАрхИ). Москва, 2007.
