WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Энергоэффективное здание как симбиоз творчества архитектора и инженера

Д.т.н. Ю.А. Табунщиков, Президент АВОК, Зав. кафедрой «Инженерное оборудование зданий» МАРХИ, членкорреспондент РААСН

Введение

Грандиозные масштабы мирового послевоенного строительства породили множество опасных для человека проблем изза пренебрежительного отношения к среде обитания человека, к экологии. Так было всегда, и так всегда будет. Эта противоречивость не должна нас смущать, ибо вместе с ее пониманием возникает наука, которая помогает нам преодолевать эту противоречивость и которую теперь называют экологией человека. Термин «экология» в переводе с греческого означает «изучение собственного дома». Первоначально этот термин применялся тогда, когда речь шла об изучении взаимосвязей между растительными и животными сообществами и окружающей средой. Но постепенно пришло понимание того, что и человек – его образ жизни, его судьба – также неотделим от окружающей среды и составляет ее неотъемлемую часть. Так возникла и стала развиваться наука экология человека.

В последние двадцать лет эта наука в нашей сфере деятельности проявляется в ряде крупных бурно развивающихся направлений: энергоэффективные здания, здоровые здания, интеллектуальные здания, биоэнергетические здания. Каждое из этих научных направлений имеет в определенной степени разработанные основы, содержащие ряд серьезных незаконченностей и неопределенностей.

Но изучение отдельных локальных направлений недостаточно: необходимо изучать здание как одно целое в его взаимодействии с человеком и окружающей средой и, как следствие, понять принципы гармонии человека, здания и природы. «Исходным пунктом этого является некоторое интуитивное представление, интуитивная убежденность в существовании законов, единых для всей живой и неживой, «разумной» и «неразумной» материи, одухотворенности, осмысленности природы – представление, столь характерное для русской интеллектуальной традиции» (Н.Н. Моисеев). Эти здания получили названия «Sustainable Buildings», и на Западе работы по созданию науки о них ведутся уже длительное время.

Схематично «Sustainable Buildings» можно представить состоящими из трех взаимосвязанных понятий: комфортного микроклимата помещений, максимального использования энергии природы и оптимизированных энергетических элементов здания как единого целого. Поиски взаимодействия и компромисса между этими элементами послужат созданию экологически элитного здания, и это является главной задачей наших специалистов, по крайней мере, в первой половине XXI века.

Схема жизнеудерживающего здания («Sustainable Buildings») Энергетически нейтральное здание Уменьшение потребности и использования Использование возобновляемых источников Очень эффективное использование затребованной энергии Водонейтральное здание Лимитирование потребности и использования Использование экологически чистой воды Эффективный цикл использования Здание из нейтральных строительных материалов Снижение потребности и применения материалов Использование экологически чистых и возобновляемых материалов Материалы повторного использования Занимаясь длительное время проблемой создания научных основ проектирования энергоэффективных зданий, автор стремился ответить на следующие вопросы:

Энергоэффективные здания – нужны ли архитектору и инженеру специальные знания для их проектирования? Что такое «энергоэффективное здания»: система энергетически независимых инновационных решений или системный подход к зданию как единой энергетической системе и энергетически взаимосвязанные инновационные решения? Как измерить успех (мастерство) архитектора и инженера при проектировании энергоэффективного здания? Могут ли принципы проектирования энергоэффективного здания явиться новым подходом к проектированию любых зданий? Почему до настоящего времени энергоэффективные здания не стали новым архитектурным стилем? Мировой и отечественный опыт проектирования и строительства энергоэффективных зданий Первое демонстрационное энергоэффективное здание в г. Манчестере, НьюХемпшир, США Первоначально проект здания в Манчестере предполагал строительство 6этажного здания с площадью каждого этажа 1950 м2 и общей полезной площадью офисных площадей 11700 м2. Была запланирована подземная автостоянка площадью 3900 м2. Здание имело меридиональную ориентацию с соотношением сторон 2:1.



Рекомендации по выбору энергосберегающих мероприятий относились к выбору формы и ориентации здания, оптимизации ветрового воздействия на здание, повышению теплозащиты и теплоаккумуляционной способности наружных ограждающих конструкций, а также по размещению в них теплоизоляционного слоя, уменьшения площади остекления и использования солнцезащиты, а также использование тепла солнечной радиации в системе теплоснабжения здания.

В части выбора формы и ориентации здания было установлено, что «размеры и ориентация места застройки ограничивают выбор оптимальной формы здания и его ориентацию с точки зрения энергосбережения»: прямоугольная в плане форма здания с длинными фасадами, обращенными к югу и северу, «уменьшает теплопоступления от солнечной радиации в летнее время, при этом в зимнее время, когда солнце расположено низко над горизонтом, имеется возможность использовать теплопоступления от солнечной радиацией». Однако размеры строительной площадки не позволили построить здание такой формы и ориентации.

В окончательном варианте здание состоит из двухъярусного гаража, семи офисных этажей и технического чердака. Офисные этажи имеют размеры 40?33,5 м. Общая площадь здания 16350 м2.

Инфильтрационные теплопотери через наружные ограждающие конструкции здания, вызванные ветровым воздействием, могут быть уменьшены за счет использования особенностей места застройки или путем оптимизации аэродинамики самого здания – выбора его оптимальной формы по отношению к господствующему направлению ветра или за счет использования ветрозащитных ребер, барьеров и т.д.

Рекомендации по экономии энергии, затрачиваемой на вентиляцию здания учитывались следующим образом: «уменьшение объема наружного воздуха путем пересмотра стандартов, создания мест для курения в строго определенных частях здания, группировки внутренних пространств по схожим функциям, замены наружного воздуха рециркуляционным, очищенным посредством системы абсорбирования, а также правильной организация воздухораспределения для снижения потребности в дополнительных объемах воздуха. Энергия, затрачиваемая на нагрев и охлаждение приточного воздуха, может быть уменьшена на 6075% за счет применения рекуператоров тепла».

Солнечная энергия рассматривалась как способ «обеспечить наивысший уровень энергосбережения», а также желание провести исследования технических и экономических возможностей ее использования в северных широтах США.

Для снижения затрат энергии на освещение была рекомендована система управления искусственным освещением в зависимости от изменения уровня естественного освещения. Такая система в качестве эксперимента была установлена только на одном этаже.

Светлоокрашенные полы, стены и потолки позволяют снизить затраты энергии на освещение благодаря большему взаимному отражению между поверхностями внутри здания, что в свою очередь создает большую освещенность.

Избирательное «рабочее освещение» в местах, где оно больше необходимо, наряду с уменьшенным по интенсивности освещением в местах, где оно не является слишком важным (например, в гостиных, коридорах, проходах, или технических комнатах) более эффективно по сравнению с традиционным постоянным освещением на рабочих местах вне зависимости от того, какая работа выполняется.

Большие открытые пространства внутри здания и «открытая планировка» дают возможность распространяться теплоте, выделяемой от источников освещения полученную и людей, равномерно по всему зданию. Более того, такой интерьер позволяет более эффективно использовать кондиционированный воздух путем его беспрепятственного перемещения из одного места в другое до рециркуляции.

Форма, ориентация и коэффициент остекления здания Изначально узкое прямоугольное здание с длинным фасадом, обращенным непосредственно к солнечной западной стороне, было трансформировано в практически кубическую форму. Поскольку ограничения по размерам площади застройки не позволяли разместить прямоугольное здание, ориентированное фасадом на юг, которое бы было эффективным с точки зрения использования тепла солнечной радиации, то было решено придать этому зданию кубическую форму. Данное решение основывалось на принципе, что у здания кубической формы минимальная площадь поверхности наружных ограждений, которые и являются одним из главных источников теплопотерь.





В результате принятого решения о придании зданию кубической формы появилась необходимость в «ограничении» площади остекления. Предварительные рекомендации по энергосбережению состояли в ограничении теплопотерь за счет резкого уменьшения площади остекления до 5% от площади наружных стен. Однако архитекторы посчитала данное ограничение слишком жестким, особенно учитывая прекрасный вид из окон здания. В окончательном варианте проекта был принят коэффициент остекления 12% на западном, восточном и южном фасадах (окна размером 0,6?1,5 м через каждые 3 м) и отсутствие остекления на северном фасаде здания. Для визуального увеличения оконного проема было решено сделать кромку внешней части стены вокруг каждого окна скошенной под углом 45°, что также позволило увеличить область просмотра из окна. Решение по отсутствию остекления на северном фасаде было принято с целью снижения теплопотерь здания. У северной стены на всех этажах расположены вспомогательные и обслуживающие помещения, в которых по нормативам не требуется естественного освещения.

Наружные ограждающие конструкции По мнению проектировщиков, важным показателем тепловой эффективности наружных ограждающих конструкций здания является их теплоаккумуляционная характеристика. Теплоаккумуляционная характеристика может играть значительную роль в экономии энергии, затрачиваемой на отопление, если допускается понижение температуры внутреннего воздуха в помещениях в ночное время, в праздничные и нерабочие дни. Проектировщики и конструкторы исходили из своих предположений о том, что экономия энергии при периодической подаче тепла в помещение будет тем больше, чем выше теплоаккумуляционная способность внутреннего слоя наружной ограждающей конструкции. Для реализации этой предпосылки ими была выбрана двухслойная конструкция: внешний слой представлял собой теплоизоляционные панели из полиуретана толщиной 7,6 см, покрытого с наружной и внутренней стороны алюминиевыми листами, а внутренний слой был выполнен из бетонных блоков толщиной 30 см.

Солнцезащитные устройства Солнцезащитные устройства были запроектированы так, чтобы контролировать потоки солнечной радиации, проходящие через окна, с целью исключить поступление прямой солнечной радиации в помещения через окна летом и максимально обеспечить их прохождение зимой.

С этой целью на южном фасаде здания были устроены горизонтальные козырьки глубиной 91 см и вертикальное оребрение с каждой стороны окна. В летнее время вертикальное оребрение должно обеспечивать защиту от солнечных лучей при восходе и закате солнца, в то время, как защиту от высокостоящего дневного солнца должен обеспечить горизонтальный козырек. В зимнее время данные устройства не будут мешать проникновению солнечных лучей в здание, поскольку в этот период года солнце расположено ниже по отношению к горизонту. Оребрение дополнительно выполняет функцию защиты от ветра.

На восточном и западном фасадах здания были устроены аналогичные затеняющие устройства, отличие заключалось только в том, что вертикальные оребрения имели разную глубину: с южной стороны окон – 20 см, с северной – 7,6 см, что определялось траекторией движения солнца в зимнее и летнее время.

Использование естественного освещения Второй этаж был выбран в качестве экспериментального этажа по оценке влияния «естественного освещения» на экономию энергии. На этом этаже площадь остекления была увеличена с 12 до 30 % от площади поверхности стены.

При выборе формы и места расположения окон исходили из того, что при расположении окон ближе к потолку, свет, отраженный от потолка увеличивал освещенность рабочего места. Недостатком расположения окон вплотную к потолку являлось то, что они исключали «хороший вид» из окна. Тогда был найден компромисс, заключавшийся в размещении под потолком горизонтальных окон, которые через определенный интервал пересекались вертикальными окнами для визуального комфорта.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.