Full Text

Введение Тема загородного и сельского жилья, использующего возобновляемые источники энергии, актуальна с точки зрения не только экологичности, но и развития направления архитектуры жилого малоэтажного дома. Рассматриваемый вопрос использования возобновляемых источников энергии в архитектуре малоэтажных жилых домов непосредственно связан с проблемой энергосбережения в жилищном строительстве. В энергоэффективном малоэтажном строительстве России в настоящее время преобладают в основном пассивные технологии энергосбережения [1]. Пассивный дом представляет собой сооружение, для которого характерно отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление. Пассивные дома очень популярны сегодня в Германии, Австрии, Китае, Швеции и др. В России также имеются экспериментальные жилые дома с использованием возобновляемых источников энергии в Свердловской области, Новосибирске, Барнауле. Одним из методов энергосбережения в строительстве индивидуального дома является полный или частичный отказ от классических источников энергии за счет использования альтернативных или возобновляемых. Известно, что привлекательным источником энергии считается энергия Солнца. Энергия Солнца учитывалась зодчими с древних времен Сократа, который и предложил идею солнечного дома [2]. Солнечный дом - это дом, который отапливается энергией Cолнца. Использование Солнца в качестве источника энергии сегодня возрастает с увеличением доступности остекления дома, изучением его свойств (механических, термических, оптических, химических) и возможностей усовершенствования характеристик стекла. Cтеклянная архитектура дома имеет неповторимый уникальный дизайн и дает возможность всегда находиться в едином пространстве с природой и окружающим миром [3]. Пассивный солнечный дом является комплексом только архитектурных инженерных решений, направленных на максимальную аккумуляцию солнечной энергии внутри дома. В этом заключается его особенность [4-6]. Солнечный дом «закрыт» с северной стороны и максимально «открыт» с южной. Также с южной стороны имеется буферная зона - изолированный стеклянный объем (теплица), который сглаживает температурную разницу и психологически объединяет человека с природой (буфер) [7]. Самая распространенная и самая разнообразная система пассивного солнечного отопления - это нагрев изолированного остекленного объема между природой и внутренним пространством дома. К пассивному солнечному дому предъявляются следующие основные требования при его проектировании [8, 9]: - компактная форма дома; - оптимальная ориентация дома по сторонам света; - дифференциализация остекленения в зависимости от ориентации фасадов дома; - сезонное температурное зонирование; - возможность сезонной трансформации элементов дома, аккумулирующих энергию Солнца; - пассивное использование солнечной энергии, обусловленное солнечной архитектурой дома. Основная часть Пассивная система отопления дома определяет солнечный архитектурный облик и внутреннее строение солнечного дома путем использования вегетария (гелиотеплицы). Вегетарий (гелиотеплица) - изобретение киевского учителя физики А.В. Иванова, который еще в 60-х гг. запатентовал теплицу, обогреваемую солнечными лучами. Вегетарий представляет собой постройку прямоугольной формы с плоской прозрачной крышей под наклоном 20° (рис. 1) [10]. Рис. 1. Вегетарий А.В. Иванова Fig. 1. Vegetarian A.V. Ivanov В конструкции вегетария предусмотрено существенное снижение теплопотерь за счет применения двойного остекления, теплоизолированной северной стенки с отражающей внутренней поверхностью. С целью улавливания максимального количества солнечной энергии и аккумулирования избыточной теплоты используется грунтовый аккумулятор теплоты. Вегетарий имеет существенные отличия от хорошо знакомой теплицы [11]: 1. При морозах до -10° вегетарию не нужен дополнительный обогрев. Температура воздуха внутри вегетария не опускается ниже 18-20° выше нуля. 2. Конструкция вегетария имеет оригинальную систему движения воздуха, исключающую необходимость проветривания вегетария. Поэтому внутри вегетария влажность, количество азота и углекислого газа сохраняются на оптимальном для рассады уровне. 3. Культуры, выращиваемые в вегетарии, не нуждаются в частом поливе поскольку уровень влажности сохраняется оптимальным для растений. Особенность вегетария заключается в том, что обогревается он только энергией Солнца, за исключением очень холодных дней в году. При этом вегетарий чаще всего или примыкает к южному фасаду дома, или встраивается в него. Главной функцией вегетария является нагревание в нем воздуха через остекленную поверхность большого размера. Далее нагретый воздух поступает в другие помещения дома естественным путем или, в случае необходимости, с помощью принудительной вентиляции. Необходимая площадь остекления в вегетарии для поддержания комфортной температуры в доме зависит от температуры наружного воздуха (средние значения в январе и феврале), а также материала помещения, в котором происходит аккумулирование тепла [9]. Основными преимуществами данной системы пассивного солнечного отопления дома являются: возможность контролирования поступления нагретого воздуха в жилые помещения дома; использование сезонного зонирования (летом вегетарий может быть использован как помещение для отдыха, а зимой как система отопления); наличие нежилого пространства, в котором подогревается воздух перед попаданием в жилые помещения дома; создание буферной зоны (чаще всего зеленой) между природой и внутренним пространством дома [12]. Аккумулирование тепла в вегетарии происходит в стенах, полах или камине. Существует классификация солнечных домов в зависимости от четырех способов обогрева его помещений теплом от вегетария [9]: 1) полупрямой обогрев; 2) непрямой обогрев; 3) термосифонная система с обогревом; 4) циркуляция теплого воздуха вокруг дома. При первом способе обогрева дома нагретый в вегетарии солнечными лучами воздух поступает в жилые помещения дома, в которых избыточное тепло аккумулируется в стенах и полу комнат. При непрямом обогреве дома теплый воздух в вегетарии нагревает массивную аккумулирующую стену и пол вегетария, после чего тепло попадает в жилые комнаты дома. При сифонной системе обогрева дома нагретый солнечными лучами воздух вегетария и прохладный воздух из жилых помещений циркулируют через отверстия в теплоизолированной стене. Избыточное количество тепла аккумулируется в стенах и полу жилых комнат дома. В домах, имеющих «двойную оболочку», с южной стороны в пространстве между оболочками имеется солнечное пространство, в котором происходит нагрев воздуха. Далее нагретый воздух распределяется по всему межоболочному пространству и нагревает жилые помещения дома. В зависимости от способа обогрева теплом солнечного дома различают несколько архитектурных решений дома с вегетарием [13, 14]: 1. Oтдельно стоящие дом и вегетарий (гелиотеплица) (рис. 2). Рис. 2. Отдельно стоящий вегетарий Fig. 2. Freestanding vegetarian Отдельно стоящий вегетарий выглядит как самостоятельный объект, никак не связанный с домом. Он имеет остекление с южной стороны, отдельный вход и представляет собой, по сути, классическую гелеотеплицу А.В. Иванова. 2. Солнечный дом с примыкающим к его основному жилому объему вегетарием (рис. 3). Рис. 3. Солнечный дом с примыкающим вегетарием Fig. 3. Sunny house with adjoining vegetarian В данном случае вегетарий выглядит как пристройка, примыкающая к дому с южной стороны. Помещение пристройки не отапливается, имеет полное остекление. В летний период помещение может использоваться как дополнительная комната (например, игровая детская комната). Летом остекленная крыша вегетария защищается от перегрева. 3. Солнечный дом с вегетарием, расположенные под общей крышей (рис. 4). Рис. 4. Солнечный дом с вегетарием, расположенные под общей крышей Fig. 4. Solar house with a vegetarian, located under a common roof В случае расположения вегетария под общей крышей с жилым объемом дома вегетарий также пристроен с южной стороны дома, но снаружи не выглядит как отдельный объект. Вегетарий изначально проектируется как часть дома, как и все остальные жилые помещения дома. При этом он имеет все характерные особенности гелиотеплицы - максимальное остекление, неотапливаемость этой части дома. Распространение нагретого воздуха по всему объему дома осуществляется естественным путем или принудительно. 4. Солнечный дом со встроенным в его жилой объем вегетарием (рис. 5). Рис. 5. Солнечный дом со встроенным вегетарием Fig. 5. Solar home with integrated vegetarian В таком доме присутствие вегетария во внешнем облике дома практически незаметно. Дом отличается от других только несколько большей площадью остекления с южной стороны. 5. Солнечные дома с «двойной оболочкой» (рис. 6, 7). Рис. 6. Солнечный купольный дом с «двойной оболочкой» Fig. 6. Solar dome house with a “double shell” Дом с «двойной оболочкой» окружен со всех сторон вегетарием. Воздух, нагретый в солнечном пространстве (вегетарии), распространяется через воздушный слой в конструкциях внешних стен по всему дому. В результате нагретый воздух охватывает весь дом и хорошо его изолирует. Возрастание температуры воздуха особенно в пасмурные дни в такой системе благоприятно. Рис. 7. Дом с «двойной оболочкой» - дом-теплица Fig. 7. House with a “double shell” - house-greenhouse На рис. 7 показан еще один вариант дома с «двойной оболочкой» - деревянный дом, заключенный в каркас из стекла. Получился дом в доме (вегетарии), внутри которого постоянно поддерживается температура около 20° тепла. Такая архитектура существенно дает добавочную площадь и тепло, продлевает срок службы деревянного дома, защищает его от ветра, снега и дождя. Толщина «двойной оболочки» может быть различна, с южной стороны может составлять до 3 и более метров [15]. Виды вегетариев для обогрева солнечного дома разнообразны. Они могут быть пристроены к уже существующему дому, могут быть встроены в дом или являться для дома «второй оболочкой», как показано выше. Для лучшей работы вегетария необходимо специальное остекление для пропуска солнечного тепла и его отражения из жилых помещений дома. Такое остекление называют «тепловым зеркалом». Кроме этого, необходимо предусматривать защиту от солнечных лучей в летний сезон [9]. Заключение В связи с развитием пассивных энергоэффективных технологий малоэтажного строительства перспективными представляются дома с пассивной системой отопления, которая сильно влияет на архитектурный облик дома и его внутреннюю организацию. Одним из путей осуществления такого отопления является использование вегетария, обогреваемого только энергией Солнца. Различные способы обогрева солнечных домов от вегетария: полупрямой, непрямой, термосифонная система с обогревом и циркуляция теплого воздуха вокруг дома - классифицируют солнечные дома и формируют их разнообразные архитектурные решения. Различают отдельно стоящий дом с вегетарием; дом с примыкающим к его основному жилому объему вегетарием; дом, расположенный с вегетарием под общей крышей; дом со встроенным в его жилой объем вегетарием, дом с «двойной оболочкой». Солнечные дома отличаются от всех других архитектурной выразительностью, преодолевая утилитарность архитектуры и схематизм. По сути, cолнечный дом - это малоэтажный дом нового поколения, отличающийся экологической эффективностью, индивидуальностью внешнего облика и высоким архитектурно-эстетическим уровнем. К сожалению, вопрос архитектурных решений солнечных домов с пассивным использованием солнечной энергии остается малоизученным, несмотря на многообразие научных и проектных работ. Однако, учитывая явные преимущества пассивной системы обогрева (вегетарий) дома: энергоэффективность, возможность контролирования поступления нагретого воздуха в жилые помещения дома; использование сезонного зонирования; наличие нежилого пространства; создание буферной зоны между природой и внутренними помещениями дома - можно с уверенностью сказать, что солнечный дом с вегетарием будет оценен по достоинству.

About the authors

G. I Zubareva

Perm State Agro-Technological University

References

Statistics

Views

Abstract - 574

PDF (Russian) - 224

Refbacks

• There are currently no refbacks.