Компоновочные решения биоклиматической архитектуры.

Прежде всего, необходимо принять во внимание форму и ориентацию здания. Очень компактные формы снижают дисперсию тепла и полезный эффект как солнечного излучения, так и тепла, в том случае, когда внешняя температура выше внутренней. Открытые формы позволяют достичь большего теплообмена посредст­во вентиляции. Ориентация зданий обуславливают величину поверхностей, которые по-разному освещаются солнцем, оказывая, таким образом, влияние на возможность сбора солнечной радиации и взаимодействия с ветрами. Положение здания от­носительно других зданий и естественных рельефов, водных потоков и водоемов, зеленых массивов и т.д. также сказывается на теплообмене, происходящем как изнутри здания наружу, так и наоборот.

● следует проектировать здания с компактным широким корпусом, защищающим от лишних теплопотерь. Необходимо увеличение ширины корпуса, которое достигается за счет устройства озелененных пространств (атриумов и зимних садов) в планировочной структуре здания;

● предлагается предусматривать органические плавные формы фасада, подчиненные рельефу и учитывающие взаимодействие с холодными ветрами;

● фасад здания необходимо адаптировать к участку местности и формировать по принципу конструктора с соответствующими элементами для конкретных условий (навесные стены, ветровые ловушки, фасадные жалюзи и др.). С северной стороны остекление должно быть сведено к минимуму. Здесь предпочтительно размещать второстепенные помещения и помещения сервисного ядра. с южной стороны возможны открытые пространства.

Таким образом, может быть решена основная задача, заключающаяся в создании энергоэффективного жилого здания в условиях средней полосы России, при том, что оно будет соответствовать всем критериям максимально комфортного жилья.

Основы естественной вентиляции, климатизации и естественного освещения высотного здания.

 

Естественная вентиляция

Из-за возникающих трудностей возраста- ния скорости ветра с увеличением высоты, так как давление ветра пропорционально квадрату его скорости, регулирование возду- ха в высотных зданиях обеспечивается, как правило, современными системами конди- ционирования воздуха [18].

Кроме того, были разработаны новые конструктивные решения по использова- нию естественной вентиляции в результате проведения ряда научно-исследовательских работ. Примерами реализации таких реше- ний являются системы используемые в зда- ниях «Commerzbank» высотой 259 метров и «MAIN TOWER» высотой 200 метров, возве- денных в Германии [17].

По сравнению с обычными системами кондиционирования воздуха обеспечение естественной вентиляции является наиболее преимущественным методом. Использование естественных методов вентиляции ока- зывает влияние на субъективное ощущение улучшения качества микроклимата, обеспечивает увеличение времени прибывания в помещениях, а также возможность уменьшения энергозатрат на создание и поддержание микроклимата здания.

Благодаря возможности естественного проветривания путем открытия окон и луч- шего естественного освещения большинство служащих (89%) предпочитают здания без системы кондиционирования воздуха, что отмечено в зарубежном исследовании 480 офисов [19]. Люди, находящиеся в помеще- нии с естественной вентиляцией, оказыва- ются более терпимы и воспринимают более широкий диапазон колебаний температуры воздуха в помещениях [20], что позволяет дополнительно снижать энергозатраты на климатизацию зданий.

Возможности более широкого регулиро- вания параметров микроклимата помещения при использовании естественной вентиля- ции позволяют уменьшить энергозатраты на климатизацию здания, при этом кроме эф- фекта прямой экономии энергии может быть реализован и эффект косвенной экономии Например, в ночное время с целью охлажде- ния массивных ограждающих конструкций прохладным ночным воздухом, может при- меняться естественное проветривание зда- ния, что позволяет снизить как пиковые, так и общие нагрузки электроэнергии [21].

Именно благодаря особенностям исполь- зования специализированных оконных кон- струкций естественное проветривание в двух упомянутых выше высотных зданиях («Commerzbank» и «MAIN TOWER») ста- ло реализуемо, при этом использовались совершенно разные подходы: естественное проветривание в здании «Commerzbank» осуществляется посредством двухслойного вентилируемого фасада, а в здании «MAIN TOWER» — посредством окон специальной конструкции с оконными створками, выдви- гаемыми параллельно фасаду. Определяю- щими при выборе той или иной конструкции окон являлись вопросы, связанные с аэроди- намикой, однако требовался учет и других факторов, в частности солнцезащиты [22].

 

Климатизация

Для зданий в жаркой летней и холодной зимней зоне России выбор ориентации дол- жен быть сбалансирован с конкретными формами и учитывать влияние солнечного излучения в разные сезоны. Другими сло- вами, он должен уменьшить тепло солнеч- ного излучения летом и увеличить прирост излучения зимой. Изменяя взаимное рас- положение зданий, их форму и ориентацию по сторонам света, планировку внутреннего пространства, можно существенно коррек- тировать микроклимат открытых и закры- тых пространств, отклоняя ветер и раскры- вая застройку солнцу.Результаты взаимодействия архитектур- ной формы и векторных климатических факторов могут быть смоделированы еще на стадии эскизного проектирования, что по- зволяет направленно изменять микроклимат закрытых пространств, используя инженер- но-технические средства формирования их комфортного микроклимата уже как вспомо- гательные. В сложной системе инженерных и технических решений пассивного солнеч- ного дома ведущая роль принадлежит его энергоэффективной архитектуре — совокуп- ности композиционных, функциональных и планировочных решений здания и его участ- ка, обеспечивающих комфортную среду оби- тания для человека и энергоэффективность эксплуатации здания. Расчетные данные по- казывают, что в условиях высокой контраст- ности сторон горизонта муссонного климата умеренных широт регулирование векторных климатических факторов только архитектур- ными средствами позволяет компенсировать от 38 до 57% затрат на отопление здания [25].

 

 

Естественное освещение

Широкое применение осветительных си- стем и устройств на базе самых передовых технологий для

помещений зданий, располо- женных в уплотненной городской застройке, не только компенсирует недостающую осве- щенность в соответствии с нормативными показателями и создает комфортную для человека световую среду, но и вносит свой вклад в энергосбережение возводимых или уже существующих зданий [23]. Рефлектор- ная система дневного освещения устанавли-

Таблица 1

использование естественного освещения снижает выбросы углерода на 11,6% по срав- нению с эталонным зданием. С увеличением отношения окна к стене с 30% до 70% глуби- на естественного освещения увеличивается с 5,5 м до 9,5 м, а энергопотребление здания значительно снижается на 37,7 МВтч. Однако снижение энергопотребления в этом отно- шении компенсируется увеличением энерго- потребления кондиционирования воздуха, поэтому общий эффект энергосбережения не очень значителен. В течение всего года увеличение соотношения между окнами и стенами вносит небольшой вклад, а выбросы углерода снижаются на 1,9%.

Поэтому, чтобы увеличить соотношение между окнами и стенами для естественного освещения при одновременном контроле за увеличением потребления энергии для кондиционирования воздуха, архитекторам следует обратить внимание на применение солнцезащитного козырька летом для умень- шения теплового излучения через окно и выбрать стекло, способное повысить способ- ность сохранять тепло зимой.