Объемно-планировочные решения малоэтажных жилых домов в северной строительной климатической зоне

Space-planning solutions of low-rise residential houses in the North building climatic zone

Sergey Makeev

doctor of Engineering Sciences, professor in The Siberian State Automobile and Highway University, SibADI, Russia, Omsk

Nikita Belyaev

candidate of Engineering Sciences, assistant professor in The Siberian State Automobile and Highway University, SibADI, Russia, Omsk

Alexandr Faletyonok

undergraduate of The Siberian State Automobile and Highway University, SibADI, Russia, Omsk

Аннотация. В статье рассматриваются климатические условия Северной строительной зоны; приводятся объемно-планировочные решения по отдельным условиям данного климата; освещаются основные требования действующих нормативных документов к объёмно-планировочным решениям зданий, расположенных на данной территории; приводится пример планировочных решений малоэтажного жилого здания, запроектированного для г. Мурманск, расположенного в Северной строительной климатической зоны.

Abstract. The article describes the characteristic features of the regions with a severe climate, introduces space-planning solutions for each characteristic feature. The basic requirements of normative documents for space-planning decisions of buildings in the regions of the Far North are considered. An example of space-planning decisions of low-rise residential buildings, designed for Murmansk is given.

Ключевые слова: объемно-планировочные решения, северная строительная зона, северная климатическая зона.

Keywords: space-planning decisions, region with a severe climate, the regions of the Far North.

Введение

Значительные территории России занимают регионы Крайнего Севера (рис. 1) с характерными особенностями сурового климата – низкими температурами (до -50/-60 °С) и продолжительным зимним периодом (7-9 мес.), сильными ветрами и снегозаносами, вечномёрзлыми грунтами оснований, а также необжитостью территорий (неразвитые дорожные сети, недостаток строительной базы). Согласно [1] территории наиболее суровых климатических условий относят к I климатическому району (север и северо-восток Сибири и европейской части России, Урал, материковые и прибрежные части Северного Ледовитого океана и северных морей), что занимает около 70% от общей площади России.

Рисунок 1. Схема расположения территорий Крайнего Севера России

Все вышеперечисленные особенности необходимо учитывать при проектировании и строительстве зданий и сооружений в данных климатических условиях. Особое внимание при проектировании малоэтажных жилых зданий необходимо уделять планировкам, чтобы, в частности, обеспечить необходимую инсоляцию и минимизировать теплопотери через наружные ограждающие конструкции.

Основная часть

По ходу статьи подробнее разберемся с условиями проектирования, и параллельно будем рассматривать основные решения примера проектирования (выделены курсивом). В качестве площадки для проектирования выбран город Мурманск.

Обеспечение теплоизоляции.

Северные климатические условия характеризуются большими годовыми перепадами температур. Температура наружного воздуха в зимний период достигает в отдельных регионах до минус 60 °С. При этом продолжительность отопительного периода составляет 185–305 дней. Что приводит к необходимости повышения теплозащитных характеристик здания. Из-за низких температур также следует максимально увеличивать ширину корпуса жилого дома, сокращать периметр наружных стен, приближаясь к квадратным в плане планировкам, устраивать тамбура и применять тройное остекление.

Участок проектирования (г. Мурманск) характеризуется следующими климатическими показателями: расчётная температура наружного воздуха составляет минус 40 °С, продолжительность отопительного периода – 300 суток. Для обеспечения требований теплозащиты запроектированы следующие решения ограждающих конструкций:

·     наружные стены толщиной в полтора кирпича (380 мм), утеплены минераловатными плитами толщиной 150 мм;

·     перекрытие над проветриваемым подпольем, а также чердачное перекрытие выполнены из сборных железобетонных многопустотных плит перекрытия и утеплены минераловатными плитами толщиной 200 мм.

Учет розы ветров.

В зимние периоды климатическая зона изобилует сильными продолжительными метелями; большими снегозаносами. В таких условиях здания стараются проектировать и строить с максимальной плотностью застройки и компактностью планировки. Для защиты от снега возможно использовать искусственные преграды, планировочные решения, лесные массивы, овраги, устья рек. Также в условиях больших снегозаносов подъездные пути, а также двери располагают с подветренной стороны. Для этих целей необходимо учитывать направление господствующих ветров площадки строительства.

Роза ветров для города Мурманск представлена на рис. 2. Господствующим направлением ветров является южное направление, поэтому расположение входной двери принято с северной стороны дома (рис. 3).

Рисунок 2. Роза ветров г. Мурманск

Ветровое давление воздуха помогает осуществить естественное проветривание жилых помещений благодаря возникающей разнице давления с наветренной и подветренной сторон дома. Подобный эффект достигает максимальной величины, если здание расположено перпендикулярно направлению ветра. Так с наветренной стороны, где ветровой напор образует зону повышенного давления, приточные проемы (окна, форточки, вентиляционные отверстия) могут быть меньшего размера, чем вытяжные на противоположной стороне здания.

Однако, если скорость ветра превышает 5 м/с, возникает дискомфортная ситуация. Сочетание низких температур и ветра приводит к повышенным теплопотерям. Защитить планировку от данного эффекта возможно применяя здания большой протяженности и замкнутые дворы, а также используя экранирующие свойства домов и зеленых насаждений.

Согласно Карте №2 [2, Приложение Ж] средняя скорость ветра за зимний период в г. Мурманске составляет 6 м/с. Поэтому для уменьшения теплопотерь располагаем проектируемый дом с северной стороны лесного массива, либо застроенной территории.

Сохранение вечномерзлого состояния грунтов основания.

Грунты основания большей части территории Северной климатической зоны находятся в вечномерзлом состоянии. Для сохранения вечномерзлого состояния основания здания проектируют с открытыми, продуваемыми подпольями, либо с охлаждающими каналами (при наличии больших пролётов или больших нагрузок на пол первого этажа). С целью сокращения площади застройки в малоэтажном домостроении используется вертикальная схема планировки (2–3 этажа), что ведёт к уменьшению количества фундамента, а, следовательно, и значительному удешевлению строительства.

Проектируемое здание в г. Мурманске решено в виде двухэтажного здания с проветриваемым подпольем; высота подполья составляет 0,9 м (рис. 4). Связь между этажами осуществляется посредством лестницы.

При расположении площадки строительства вблизи водоёмов, необходимо учитывать характерные для этих участков высокую относительную влажность (до 90%), а также густые туманы – в частности, при проектировании состава ограждающих конструкций, а также при проектировании системы вентиляции.

Обеспечение инсоляции.

Одним из важных моментов проектирования для северных регионов является обеспечение инсоляции жилых комнат дома. Так согласно части 2 статьи 10 [3] одним из требований безопасных для здоровья человека условий является инсоляция и солнцезащита помещений жилых, общественных и производственных зданий.

Согласно п. 21. главы II «Требования, которым должно отвечать жилое помещение» [4], п. 3.1 [5], п. 5.9 [6] «В жилом помещении требуемая инсоляция должна обеспечиваться для одно-, двух- и трехкомнатных квартир – не менее чем в одной комнате, для четырех-, пяти- и шестикомнатных квартир – не менее чем в 2 комнатах.

Длительность инсоляции в осенне-зимний период года в жилом помещении для центральной, северной и южной зон согласно п. 21. главы II «Требования, которым должно отвечать жилое помещение» [4] должна отвечать соответствующим санитарным нормам. Так согласно п. 2.5 [5], п. 5.8 [6] «нормируемая продолжительность непрерывной инсоляции для помещений жилых и общественных зданий … для северной зоны (севернее 58° с.ш.) – не менее 2,5 часов в день с 22 апреля по 22 августа; …». Также согласно п. 3.3 [5], п. 5.10 [6] «Допускается прерывистость продолжительности инсоляции, при которой один из периодов должен быть не менее 1,0 часа. При этом суммарная продолжительность нормируемой инсоляции должна увеличиваться на 0,5 часа соответственно для каждой зоны». А согласно п. 3.4 [5], п. 5.12 [6] «Допускается снижение продолжительности инсоляции на 0,5 часа для северной и центральной зон в двухкомнатных и трехкомнатных квартирах, где инсолируется не менее двух комнат, и в многокомнатных квартирах (четыре и более комнаты), где инсолируется не менее трех комнат, а также при реконструкции жилой застройки, расположенной в центральной и исторической зонах городов, определенных их генеральными планами развития».

Обеспечение требуемой инсоляции жилых комнат проектируемого дома достигается их ориентацией по сторонам света (рис. 3). На рис. 3 и 4 представлены планы этажей жилого дома и разрез 1-1 соответственно (северная сторона света на чертежах направлена вверх).

Согласно [7] рекомендуются повышенные требования к инсоляции: так для северных районов непрерывная инсоляция жилых помещений должна обеспечиваться в течение 3 ч. Допускается инсоляция с одним перерывом в течение дня, но тогда она должна быть увеличена на 0,5 ч по отношению к норме. В условиях реконструкции и в сложных градостроительных условиях норма может быть уменьшена на 0,5 ч.

Для выполнения нормы инсоляции в [7] приводятся предложенные С.И. Ветошкиным и Н.М. Данцигом следующие приоритетные ориентации помещений жилого дома по сторонам света (направления вне скобок – рекомендуемые, в скобках – допустимые):

·     спальни, детские и общие комнаты – Ю, Ю-В (Ю-З);

·     столовые, гостиные, холлы – Ю, Ю-В, В (С-В, В).

Данные направления учитывались при взаимном размещении комнат проектируемого здания (рис. 3).

Рисунок 3. Планы 1-го и 2-го этажей жилого здания

Рисунок 4. Разрез 1-1

Кроме того, на инсоляцию влияют конфигурация планов, разрывы между зданиями и их высота. В многокомнатных домах разрешается ориентация части помещений на северную часть горизонта (от С-В до С-З). Ориентация однокомнатных квартир на эту часть горизонта исключается.

Обеспечение естественного освещения.

Для достижения санитарно-гигиенического комфорта важна и естественная освещенность помещений. Она зависит от уровня наружной освещенности (яркости небосвода), количества отраженного света, величины световых проемов и глубины комнат. Считается, что для приближенных расчетов уровня освещенности можно пользоваться соотношением площади световых проемов и пола. Так в жилье согласно [7] оно должно быть равным 1/6 (1/5-1/8), что также учитывалось при проектировании жилого здания.

Помещения подготовки человеческого организма к перепаду температур.

В [7] приведены результаты изучения статистических данных по заболеваниям в городах Севера, которые указывают на увеличение количества простудных заболеваний по сравнению с центральными умеренными районами, что объясняется значительным перепадом температур между воздухом помещений (+18…22 °С) и наружным воздухом (в среднем -35…-40 °С). Для исключения этого явления в [7] предлагается устройство помещений подготовки человеческого организма к переходу из теплых помещений в среду с низкой температурой и большими скоростями ветров; специальных помещений для складирования и обработки одежды, хранения сезонного инвентаря. Возможно, также рассматривать в качестве таких помещений тамбуры различного характера, крытые переходы, специальные кладовые для хранения запасов продуктов, сушильные камеры для одежды в квартирах, кладовые для топлива, помещения для колясок и др.

При проектировании жилого дома в качестве помещений подготовки человека к переходу из теплых помещений во внешнюю среду используются тамбур (пом. 104, рис. 3), в котором предусмотрена площадь для хранения сезонного инвентаря, а также гардероб для хранения верхней одежды (пом. 103, рис. 3).

Заключение

В ходе этой статьи были рассмотрены основные особенности проектирования малоэтажного жилого дома в Северной строительной климатической зоне, такие как:

·     обеспечение повышенной теплоизоляции;

·     учет розы ветров местности;

·     сохранение вечномерзлого состояния грунтов основания;

·     обеспечение достаточных инсоляции и естественного освещения;

·     наличие помещений подготовки человеческого организма к перепаду температур.

В частности, такие немаловажные показатели как инсоляция и естественное освещение в настоящее время регламентируются действующими нормативными документами в строительстве [3–6]. Что обязывает архитекторов при проектировании жилых и общественных зданий учитывать данные требования.

В ходе рассмотрения аспектов проектирования были описаны принятые решения проекта жилого дома для г. Мурманск.