Особенности планировочной структуры многоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии

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.

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 кондиционеров (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 пиролизного 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 энергоэфффективных 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 изрезанности 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 галерейному 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.

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.

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 объемно-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 северо-западного 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.