btop

Технологические аспекты формирования индивидуального малоэтажного жилища для горожан

Сегодня во многих городах нашей страны индивидуальная застройка занимает значительные площади селитебных территорий. Несмотря на господство многоэтажного индустриального строительства, районы индивидуальной (частной) застройки занимают в крупных городах до 40% – 50% селитебных территорий.

Оценка параметров индивидуального городского жилища и условий его формирования показывает, что сложившаяся практика не дает решений, отвечающих массовым запросам населения в наше время. Развитие современных строительных технологий, появление новых эффективных строительных материалов повысило интерес населения к малоэтажному городскому жилищу, но вместе с тем не сделало его доступным типом городского жилища. Можно утверждать, что сегодня возникла необходимость изучения практики создания жилой среды для районов с высокой степенью урбанизации, отвечающей задачам экономического и экологического характера. В первую очередь привлекает внимание технологические аспекты формирования и эксплуатации малоэтажных индивидуальных эко-домов, получивших широкое распространение в ряде зарубежных стран.

Изучение опыта строительства и эксплуатации экологичных индивидуальных жилых домов позволило сформулировать основные требования, предъявляемые к этому типу городского жилища, например такие как: автономность, энергоэкономичность, биопозитивность, безотходность функционирования. Учитывая эти требования, был разработан экспериментальный проект эко-дома для природных условий одного из южных регионов России, а именно для условий г. Волгограда.

Резко континентальный степной климат данного региона, который отличается жарким засушливым летом с обилием солнечных дней (2240 ч./год) и холодной зимой с продолжительными сильными ветрами, позволил выявить комплекс природных факторов, определивших основную концепцию проектного решения. Для формирования объемно-планировочной структуры эко-дома предлагается особое значение придать развитию таких качеств жилого пространства как энергоэкономичность и биоклиматичность. Предлагается использовать ряд технологических приемов, основанных на экологических принципах формообразования и функционирования жилых пространств.

Учитывая высокую стоимость прокладки централизованных сетей энергоснабжения и неуклонно растущие потребительские цены на рынке энергоресурсов, предлагается использовать различные методы аккумулирования энергии, прежде всего для нужд отопления жилого дома. Накопление энергии в объеме жилого дома осуществляется при формировании в планировочной структуре систем:

  • утилизации солнечной энергии (зимний сад, остекленный атриум);
  • аккумулирования отработанного вторичного тепла, поступающего от кухни и ванной;
  • аккумулирования тепла от переработки органических отходов (биотуалет).

В большинстве систем теплоаккумулирующая среда состоит из небольших элементов – камни, галька, гравий или сосуды с водой.

Важным условием обеспечения высокой энергоэкономичности жилища является эффективная система распределение энергии в пространственной структуре жилого дома. Распределение тепловой энергии является наиболее важным условием, если эта энергия используется в качестве дополнительного источника отопления жилых помещений. Процесс распределения тепла осуществляется при помощи естественной циркуляции теплого воздуха, а также за счет использования различных механических устройств, например вентиляторов (Рис.4). При распределении солнечного тепла воздух из аккумулирующего остекленного пространства переходит в жилые пространства квартиры через открытые окна, двери и люки, расположенные в верхней части стен, изменяя тепловой режим помещений.

При распределении тепловой энергии удаляемого воздуха предлагается использовать теплообменники, размещаемые в планировочной структуре жилого здания. В качестве теплообменных устройств могут использоваться как теплообменники заводского изготовления, так и конструктивные элементы жилого здания (стены, перекрытия).

Утилизация и распределение тепловой энергии в пространстве индивидуального жилища является необходимым условием, но, к сожалению недостаточным. Объемно-пространственная структура должна отвечать высоким требованиям теплоустойчивости. Сохранение энергии может достигаться различными методами. Например, архитектурная форма и планировочная структура жилого дома разработаны по аналогии с системой формообразования речной раковины. В проекте предлагается использовать широтную ориентацию архитектурной формы дома, которая определяет строгую направленность планировочной структуры жилища и предполагает размещение жилых помещений и систем утилизации солнечной энергии на южном фасаде здания. Северному фасаду, наиболее подверженному воздействию холодных ветров в зимний период года, предлагается придать аэродинамичную форму. Криволинейные округлые очертания кровли позволяют снизить охлаждающее давление ветра и значительно уменьшить инфильтрационные теплопотери, кроме того, предлагается изолировать и герметизировать большую часть северного фасада путем обсыпки и заглубления его стен в южный склон.

Для достижения максимального энергосберегающего эффекта в условиях климата с резкими перепадами ночных и дневных температур предлагается повысить изолированность остекленных аккумулирующих пространств от теплопотерь. Наиболее простым способом регулирования теплообмена является применение с наружной стороны остекления жестких и трансформируемых устройств – жалюзи, экранов, ставень. Кроме того, в летний период года подобные изолирующие устройства могли бы стать прекрасным средством солнцезащиты, предохраняющим остекленные пространства и жилые помещения от перегрева. В качестве солнцезащиты также можно эффективно использовать наружное вертикальное озеленение. Для этого с наружной стороны южного фасада здания предлагается построить специальные решетки – шпалеры, которые в летний период заплетаются различными вьющимися растениями, создавая сплошной зеленый ковер, защищающий от перегрева и улучшающий качество окружающего воздуха

Повысить теплоустойчивость здания возможно за счет применения традиционных для данного региона строительных материалов и методов возведения жилищ. Несущий остов возводится на основе применения каркасной системы, с использованием деревянных конструкций. Для возведения наружных стен может применяться такой тепло-инерционный материал как монолитный глинобетон, который с внешней стороны отделывается вентилируемой деревянной обшивкой, защищающей глинобитные стены от дождя и сырости. Конструкции теплообменников центрального энергоблока жилого дома, включающего в себя пассивные системы утилизации солнечной энергии, изготавливаются из теплоемкого массивного материала – кирпича или бетона, способного длительное время сохранять тепловую энергию.

В климатических условиях жаркого засушливого лета и холодной зимы с продолжительными сильными ветрами в целях повышения энергоэкономичности здания и улучшения воздухообмена жилых помещений целесообразно применение систем естественного кондиционирования.

Системы естественного «пассивного» кондиционирования формируются на основе применения воздуховодов, выполняющих функцию теплообменников, через которые проходит воздушный поток. Для оптимизации воздухообмена и теплообмена при закрытом режиме эксплуатации жилища зимой целесообразно использовать системы земле-воздушной вентиляции совместно с системами утилизации солнечной энергии (остекленный атриум, оранжерея). При этом наружный холодный воздух, проходя через подземные каналы и аккумуляторы солнечного тепла, подогревается и нагретым попадает в жилые помещения, не понижая температуру внутреннего воздуха. 

Одно из ведущих мест земле-воздушной вентиляции отводится конструктивному решению шахты-воздухоуловителя. Эта конструкция проектируется для улавливания ветровых потоков на различных направлениях. В тех случаях, когда сила ветрового потока недостаточна, для подачи воздуха используют вентиляторы.

Самодостаточность индивидуального жилого дома предполагает, что единственным необходимым элементом инфраструктуры для его строительства является транспортная магистраль, все остальные системы жизнеобеспечения должны стать автономными. Например, для удаления отходов предлагается использовать рециркуляционные системы, применяемые для очистки канализационных стоков и переработки твердых бытовых отходов органического происхождения. Эти системы основаны на замкнутых циклах по очистке и повторному использованию воды. Возможности организации подобных систем в малоэтажном жилище базируются, главным образом, на системе очистки загрязненной воды, поступающей из кухни и ванной. Процесс очистки заключается в обработке загрязненной воды анаэробными и аэробными бактериями и системой каскадных дренажей фильтров, выполненных с использованием различного рода растительности и фильтрующего материала. Более простой и удобной в эксплуатации системой переработки органических бытовых отходов является биотуалет.

Снизить потребление электроэнергии, особенно при пиковых нагрузках в городских системах электроснабжения (начало отопительного сезона, перегрев атмосферного воздуха в летний период) позволяет применение автономных энергоустановок. Для этого на крыше энергоблока жилого дома предлагается разместить солнечные фотоэлектрические панели, которые в летний период года преобразуют энергию солнца в электричество. В зимний период для получения электрической энергии можно использовать ветроэнергетическую установку.

b09cbcc972a399c4b41ddb992a457b1f.jpg

9125f122003753700333f11bd8b3a66f.jpg

7f32303dc34e0b8b129f87a66602a057.jpg

В планировочной структуре современного города индивидуальная застройка, как правило, занимает территории наиболее удаленные от основных городских инженерных систем жизнеобеспечения – централизованных сетей канализации, водоснабжения и электроснабжения. Эти обстоятельства являются едва ли не основным сдерживающим фактором на пути развития индивидуального жилищного строительства.

Совершенствование различных технических средств и технологических приемов, направленных на повышение функциональной автономности жилища может открыть дополнительный стимул к развитию индивидуального жилищного строительства, позволит повысить экономическую устойчивость и независимость многих малоэтажных жилых поселений, а также предоставит еще одно направление для выживания в жестких экономических и экологических условиях городской среды.

Источник: Журнал «Технологии Строительства» 1-2, 2014

Автор: И.В. Черешнев, канд. архитектуры, доцент кафедры «Архитектурное проектирование и дизайн» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Комментарии