Категория: Жилище севера

Системы автономного энергообеспечения зданий и образ сельского дома будущего

Большое влияние на архитектурно-художественное решение домов и комплексов в перспективе будут оказывать системы автономного энергообеспечения за счет возобновляемых источников энергии. Поскольку эта проблема почти не затрагивалась в нашей печати с архитектурно-художественных позиций, рассмотрим ее подробнее.

В связи с ограниченностью запасов ископаемого топлива и серьезной необходимостью охраны окружающей среды, в последние годы во всем мире возник интерес к проблеме автономного энергообеспечения зданий за счет использования естественных возобновляемых источников энергии, и в первую очередь солнечной радиации и ветра. Запасы солнечной энергии практически не .ограничены, вместе с тем она является единственным .стым” видом энергии. Энергия ветра является результатом воздействия солнца на нашу планету.

Большой интерес с точки зрения использования солнечной энергии представляют некоторые районы Севера РСФСР до 60-66 северной широты (рис. 56). К ним относятся территорий Забайкалья (Читинская, Бурятская АССР, зона БАМа) Центральная Якутия и др. Эти территории характеризуются резко континентальным климатом с теплым летом, большой сухостью и безоблачностью погоды. Ясность погоды наиболее характерна для зимнего и переходных сезонов, некоторое наличие облачности наблюдается только с мая по сентябрь. По данным наблюдений, количество солнечных дней доходит в Забайкалье до 72% за год, что превосходит районы Крыма и

Кавказа (рис. 56,а). Исследования, проведенные для более северных широт, например ^ля условий Финляндии, расположенной полностью выше 60 северной широты, показали, что использование здесь энергии солнца для отопления зданий может обеспечить до 40% общих потребностей тепла.

Наблюдениями местных гидрометеорологических служб доказана возможность применения гелиосистем в Центральной Якутии. Действительно, в районе “полюса холода” максимальная суммарная радиация отмечается 500 кал/см2 в сутки в марте-апреле (в Средней Азии в то же время 350-400 кал/см2 в сутки). Почти на всей территории Якутии продолжительность солнечной радиации в году составляет около 40-50%, а на юге республики увеличивается до 55% за счет зимних и весенних месяцев, когда наблюдается резкое уменьшение облачности.

В связи с большим дефицитом тепла в северных районах и с отсутствием во многих случаях там централизованных энергоисточников даже частичное получение солнечного тепла может дать значительную выгоду и эффект в экономии привозного и дорогостоящего органического топлива.

Для многих районов Севера РСФСР характерно также наличие сильных ветров постоянного направления. Это позволяет с успехом применять здесь ветроэнергетические установки.

Все рассмотренные выше типы малоэтажного сельского жилища отличает общий недостаток, связанный с использованием традиционной системы энергоснабжения. Сельские жилые здания строятся и будут строиться на Севере преимущественно в небольших, отдаленных друг от друга поселках, часто в труднодоступных районах, где централизованное энергоснабжение от крупных электростанций, а также завоз топлива экономически не обоснованы и нецелесообразны. Особенно остро стоит вопрос энергообеспечения при эксплуатации мобильных сезонно обитаемых зданий как в районах промысла, оленеводства, так и в районах скотоводства. Поэтому сегодня актуальна проблема автономного энергообеспечения сельских жилых малоэтажных зданий на Севере за счет использования естественных, возобновляемых источников энергии, в первую очередь солнечной радиации и ветра.

Исследования в области использования солнечной энергии проводятся научными организациями Москвы, Ашхабада, Еревана, Ташкента, Тбилиси, Киева и других городов. Московский архитектурный институт в течение ряда лет под руководством проф. Ю.Н. Соколова ведет исследования и проектирование экспериментальных жилых и общественных зданий с солнечным энергообеспечением. В большинстве исследований и проектных работ изучаются возможности использования солнечной энергии в основном для климатических условий юга страны, условий Средней Азии, Крыма,Кавказа, юга РСФСР. Вопросам проектирования гелиодомов для Севера пока еще уделяется мало внимания.

Системы солнечного и ветрового энергообеспечения. Архитектурный облик и объемно-планировочное решение малоэтажного жилого дома, использующего солнечную радиацию в качестве энергетического источника, во многом определяется расположением и конструкцией гелиотехнических устройств, с помощью которых энергия солнечных лучей может улавливаться, сохраняться и использоваться для отопления, горячего водоснабжения, охлаждения, вентиляции и электроснабжения зданий.

В настоящее время наиболее отработаны системы отопления “солнечных домов”. По конструкции и принципу действия эти системы подразделяются на пассивные или биоклиматические, активные и смешанные (интегральные). В пассивных системах используются различные части и элементы зданий (такие, как окна, крыши, стены) для улавливания, накопления и распределения солнечного тепла без применения специальных механизмов. В активных системах используется механическое побуждение и специальное оборудование в виде коллекторов, солнцеприемников, аккумуляторов, насосов для организации отопления или охлаждения здания. В смешанных системах сочетаются оба принципа – пассивный и активный. К активным системам относятся и солнечные батареи, которые преобразуют солнечную энергию непосредственно в электрическую.

В пассивных системах солнечного отопления различают два основных способа накопления тепла: непосредственным обогревом помещения и нагреванием какого-либо “промежуточного” массивного элемента, который затем отдает это тепло в помещение.

В связи с наличием большой площади остекления в зданиях, оборудованных пассивными системами, проблемы уменьшения теплопотерь в них являются первоочередными. Сокращение теплопотерь может быть достигнуто как в результате планировочных мероприятий, так и при помощи специальных устройств. Основной задачей планировки является

выбор оптимальной формы здания с минимальным периметром нетепловоспринимающих стен. Необходимость увеличения южного фронта и сокращения периметра стен на остальных фасадах часто заставляет архитекторов менять традиционную прямоугольную форму плана на трапециевидную и даже полукруглую.

Кроме планировочных мероприятий, в отечественной и зарубежной практике разработаны многочисленные специальные устройства, позволяющие осуществлять временную теплозащиту элементов солнечной системы. Простейшими из них являются занавеси, регулируемые жалюзи, панели, подвижные шторы. В дневное время они препятствуют проникновению в помещение избыточного тепла, в ночное – сокращают потери тепла за счет остывания остекления.

Активные системы солнечного энергообеспечения, особенно с плоскими коллекторами, в настоящее время наиболее распространены в практике малоэтажного жилищного строительства. Основным элементом плоского коллектора является поглотитель – металлическая пластина со змеевиком, покрашенная в черный цвет для увеличения солнцепоглоще-ния. В качестве материала для нее могут использоваться медь, алюминий или сталь. Пластина вставляется в прямоугольный ящик из металла или дерева, который покрывается стеклом или прозрачной пленкой для создания “парникового” эффекта. Попадая внутрь ящика, теплоноситель поглощает тепло пластины и затем транспортируется в аккумулятор либо прямо в отапливаемое помещение. В качестве теплоносителя может использоваться жидкость (“В том числе вода) или воздух.

Размещение плоских коллекторов может быть различным. Они могут находиться на самом здании, совмещаться с каким-либо его конструктивным элементом или располагаться отдельно от здания. Чаще всего коллекторы вмонтированы в скатные покрытия или прикреплены к ним. В зимнее время стены получают больше солнечной энергии, чем крыши домов, поэтому широко распространено размещение коллекторов на вертикальных стенах. В этом случае отпадает необходимость очистки коллектора от снега. Для районов Севера вертикальное размещение коллектора оптимально, так как потери солнцепоступления незначительны, а удобства в эксплуатации ( очистка от снега ) несомненны. На плоской крыше здания коллекторы могут размещаться самостоятельно (или на стеллажах). Гораздо меньше примеров размещения коллекторов вне здания, так как при этом возрастают потери тепла при его транспортировке в дом.

К фокусирующим коллекторам относятся концентрирующие устройства, позволяющие в несколько раз повысить температуру теплоносителя по сравнению с плоскими коллекторами. Основные типы концентрирующих устройств: плоские зеркала, линейные концентраторы, сферические концентраторы. В настоящее время концентраторы более дороги, чем плоские коллекторы. Их основным недостатком является то, что они преобразуют только прямую солнечную радиацию, в то время как плоские – также и диффузную. Поэтому они эффективны только в климате с высокой радиацией и большим количеством солнечных дней. Высокая производительность концентраторов оправдывает их применение, несмотря на высокую стоимость и трудности в монтаже и эксплуатации Изменение угла наклона концентраторов может проводиться вручную, если они размещаются на земле или на крыше. Автоматическое управление и контроль за такой системой пока еще дороги.

Накопление энергии производится с помощью аккумуляторов. В пассивных системах роль аккумулятора могут выполнять термальные массивы самого здания (пол, камин, наружные стены). В активных системах в качестве аккумулирующих материалов используется вода, бетон, гравий, заполняющие специально построенную емкость, стены которой выполняются из кирпича, бетона, металла, пластика. Коллектор связывается с аккумулятором трубопроводами или воздуховодами. Водяные аккумуляторы обычно применяются в сочетании с жидкостными коллекторами, гравийные – с воздушными. Они основаны на использовании “скрытой теплоты” некоторых химических компонентов, которая выделяется при переходе их из твердого в жидкое состояние в точке плавления. Такие фазовые аккумуляторы наиболее часто заполняют гидратами солей и парафином.

В здании аккумулятор обычно занимает часть подвала или цокольного этажа с соответствующей теплоизоляцией.Од-нако известны примеры, когда аккумулятор образует северную массивную стену здания, поднимаясь на 2-3 этажа. Предпочтительно располагать аккумулятор в самом доме, в этом случае потери тепла в нем идут также на обогрев здания.

В настоящее время наиболее распространенным является использование дучших качеств обеих систем, пассивной и активной. Прежде всего перед проектировщиком ставится задача уменьшения теплопотерь и снижения энергетических потребностей здания за счет правильной ориентации помещений, выбора оптимальной формы здания, правильных теплоизоляционных материалов, системы управляемой теплоизоляции, применения целесообразных пассивных систем. Активными коллекторами обеспечиваются те потребности, которые остаются после проведения всех перечисленных конструктивно-планировочных мероприятий.

Необходимо отметить, что получение электроэнергии с помощью солнечных батарей – фотоэлектрических преобразователей пока еще очень дорого и оправдано лишь для мобильного жилища в труднодоступных районах с экстремальными условиями. В связи с этим в наше время весьма актуальным остается получение электроэнергии с помощью механических генераторов на базе ветроэнергетических установок, особенно в районах Севера РСФСР с постоянно дующими ветрами.

Ветроприемные устройства, используемые для автономного энергообеспечения жилых зданий и комплексов, можно разделить на две основные группы – с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

Ветроколесо с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветра, может быть выполнено с различным числом лопастей: от однолопастных устройств с контргрузами до многолопастных (с числом лопастей до 50 и более). В большинстве случаев система, на которой укреплено ветроколесо (так называемая головка), выполняется поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. У малых ветродвигателей обычно используются для этой цели различного вида хвостовые оперения, у больших – сервосистемы. Известны многоветряковые установки, которые монтируются на одной башне с целью снижения доли ее стоимости для ветроустановки с данной мощностью. Применяются входные сужающиеся конусообразные устройства для увеличения скорости потока, попадающего на ветроколесо.

Роторы с вертикальной осью вращения имеют важные преимущества перед ветроприемными устройствами с горизонтальным расположением оси. Для них отпадает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается конструкция и снижаются гироскопические нагрузки, вызывающие дополнительные напряжения в лопастях, системе передач и других элементах установок с горизонтальной осью вращения. В 1920 г. во Франции Дарье предложил новый тип ротора, интенсивной разработкой которого начиная с 1970 г. занимались в Канаде и США. В настоящее время ветродвигатель Дарье может рассматриваться в качестве основного конкурента ветродвигателей крыльчатого (пропеллерного) типа. Такие роторы имеют различную форму с одной, двумя или большим числом лопастей.

Известна также ветроустановка с ротором вертикально-осевого вращения, располагаемым в трубе или башне, внутри которых генерируются восходящие вихри. Одновременно предусматривается нагрев воздуха внутри башни путем непосредственного использования солнечного излучения или сжигания топлива с последующим расширением воздуха, вследствие чего получается эффект газовой турбины,

В качестве одной из прогрессивных идей, направленных на повышение экономичности преобразования, энергии ветра, можно рассматривать использование ветродвигателей с диф-фузорными усилителями, позволяющими повысить выработку энергии, снизить ее стоимость и технический риск, связанный с применением ветроустановок.

Важным вопросом является аккумулирование электроэнергии, системы которого могут быть электрохимические (аккумуляторные батареи или накопление водорода, полученного путем электролиза воды), термические (аккумулирование тепла, полученного при механическом трении), кинематические (инерционные аккумуляторы), системы, использующие потенциальную энергию (насосные гидросистемы или аккумулирование сжатого воздуха). Все эти методы аккумулирования, за исключением инерционных систем, могут быть применены в малоэтажном жилище.

Архитектура зданий и комплексов с автономным энергообеспечением. Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что на формирование объема малоэтажных гелиодомов активно влияют требования гелиотехники: ориентация и угол наклона коллектора, его размещение в структуре здания, необходимость снижения тепло-потерь, требуемая эффективность гелиосистемы.

По способу связи гелиосистемы с объемно-планировочной структурой здания можно выделить четыре основных типа солнечных домов.

К первому отнесены дома, в которых для организации солнечного отопления используются теплофизические свойства самого здания без применения каких-либо специальных приборов и устройств. Традиционные элементы здания (окна, витражи) становятся коллекторами тепла, а массивы каменных стен внутри здания – его естественными аккумуляторами. Здание с большой теплоемкостью само является пассивной системой солнечного отопления. Для обогрева помещений используется прямая солнечная радиация, поэтому основные отапливаемые помещения должны иметь южную ориентацию . Это требование определяет широтно-вытянутую линейную форму плана. Обычно это прямоугольные или трапециевидные в плане здания. Своеобразие образного решения этого типа домов заключается в сочетании стеклянных витражей южных фасадов с массивными объемами внутренних стен, каминов, перекрытий, в наличии больших навесов и элементов солнце-защиты, в применении массивных глухих ограждений на других фасадах для уменьшения теплопотерь.

К домам второго типа отнесены те здания, в которых традиционные элементы изменяются для организации солнечного отопления, Так, обычная наружная стена окрашивается в черный цвет, облицовывается стеклом на относе и начинает работать как коллектор-аккумулятор. За стеклянным витражом размещаются контейнеры с водой, удерживающие тепло, на плоской кровле дома размещаются емкости с водой, также играющие роль коллектора-аккумулятора. Поскольку это тоже пассивные системы, остается в силе требование южной ориентации помещений и коллекторов (массивных и остекленных стен), в связи с чем сохраняется линейная прямоугольная или трапециевидная с раскрытием на юг форма плана. Особенность архитектуры этих зданий – в наличии остекленных стен, окрашенных в черный цвет, иногда снабженных жалюзийными решетками; конструкций с емкостями воды (за остеклением либо на кровле) и т.д.

К третьему и четвертому типам отнесены здания, оборудованные активными системами солнечного отопления. Основным фактором, определяющим их форму, является выбор типа коллектора и способа его размещения. Дома, в которых коллектор включается в структуру здания, отнесены к третьему типу. Это наиболее распространенный тип дома в малоэтажном строительстве. Отдельные коллекторы монтируются в структуры, размещаемые обычно на южном скате кровли или на южной стене. Наличие южного доминирующего ската или стены часуо вызывает асимметричные решения, треугольные или трапециевидные в разрезе. В наружном облике здания большая площадь коллектора сразу создает образную специфику, определяя тип дома.

Современными исследованиями установлено, что при традиционной форме здания (параллелепипедные, трапециевидные) активная гелиосистема может обеспечить не более 55-57% энергетических потребностей. Для увеличения эффективности гелиосистемы требуется применение более компактных форм: полусферических, усеченных полуцилиндрических и т.д. В практике строительства уже имеются дома подобного типа.

Наименьшее влияние на облик дома оказывает использование отдельно стоящих коллекторов, плоских и концентраторов (четвертый тип дома). Однако косвенно и они изменяют его традиционный облик.

Для практики проектирования жилища важно определить возможности использования солнечного отопления в домах различной планировочной структуры и этажности. С этой целью при анализе различных типов домов рассматривались возможности организации солнечного отопления индивидуально для каждой квартиры. Критерием возможности такой организации было принято наличие южного фронта хотя бы у части помещений квартиры. При отсутствии такового рекомендуется применять отдельно стоящие коллекторы, размещаемые вне дома либо на плоской кровле. Вопросы создания централизованных солнечных установок, обслуживающих все здание или поселок, в данном случае не рассматриваются в связи со значительным удлинением коммуникаций от коллекторов к потребителю, необходимостью создания дополнительных помещений и обслуживающего персонала.

Наибольшие возможности использования гелиоустановок открываются при проектировании одноквартирных домов как наиболее гибких в ориентации по странам света. Рядовые и крестовые блокированные дома могут размещаться как ши-ротно, так и меридионально, так как квартира всегда имеет два световых фронта. Однако в крестовых домах часть квартир не имеет южного фронта, в результате чего для них исключаются возможности организации пассивного отопления и активных коллекторов, входящих в структуру дома.

Террасные дома размещаются на рельефе, причем могут группироваться рядами вдоль склона, поперек склона либо в виде сетчатой структуры. В зависимости от ориентации склона квартиры могут располагаться широтно или меридионально. Солнечное отопление может быть организовано в террасных домах, размещенных вдоль южного склона. В них могут быть осуществлены все варианты пассивных и активных систем. При блокировке горизонтальными рядами вход в квартиры проектируется из коридора, идущего вдоль склона, активные коллекторы располагаются горизонтальной лентой вдоль ряда домов. При вертикальной группировке вход в квартиры организован непосредственно с улицы, идущей перпендикулярно склону.

Секционные дома могут быть широтными и меридиональными. При широтном решении секции квартиры, выходящие основным фронтом на север, должны иметь дополнительную ориентацию хотя бы одной комнаты на юг. Это требование ограничивает возможное количество квартир в секции. Меридиональное решение секции позволяет проектировать квартиры с односторонней восточной или западной ориентацией. Организация всех типов солнечного отопления возможна лишь в широтных домах.

Коридорные дома имеют одно- или двустороннюю застройку коридора. Дома с центральным коридором и квартирами в одном уровне могут располагаться только меридионально, дома с центральным коридором и квартирами в двух уровнях – широтно и в этом случае иметь все типы солнечного отопления.

Дома с боковым коридором и галерейные дома могут иметь как меридиональную, так и широтную ориентацию и все типы солнечного отопления.

В блокированных крестовых домах, меридиональных секционных, секционно-коридорных и коридорных с квартирами в одном уровне практически невозможно запроектировать пассивные системы отопления или коллекторы, входящие в структуру здания. Для них предпочтительнее проектировать отдельно стоящие коллекторы и концентраторы, которые могут располагаться отдельно от здания на специальных стеллажах или на плоской кровле.

Таким образом, в малоэтажных жилых, домах любой планировочной структуры, имеющих широтную ориентацию,могут быть реализованы все типы солнечного отопления1. В них хорошо осуществляется требование южной ориентации основных помещений.

Необходимо отметить, что из предлагаемой номенклатуры квартирных солнечных домов в практике проектирования и строительства северных районов наибольшее распространение -получили одноквартирные и блокированные дома.

Примерами домов с пассивными системами солнечного отопления для северных районов могут служить одноквартирные дома, запроектированные финскими архитекторами. Дом имеет направленную объемно-планировочную структуру и компактную форму.

В Финляндии разработан также проект ветрозащитного блокированного дома, имеющего в плане форму полукольца, ориентированного вогнутой стороной на юг. Северная сторона дома одноэтажная, без входных дверей, с оконными проемами минимальной площади. Всё жилые помещения и входы в дом ориентированы на юг. Дом имеет форму, закрытую и обтекаемую для северных ветров и открытую на юг для лучей солнца.

На конкурсе 1983 г., о котором говорилось в глЛ, за создание оригинальной серии проектов энергосберегающих типов домов для различных природно-экономических районов Якутской АССР по теме “двухквартирные дома” первая премия присуждена архитекторам Л.А. Ламекину и А.А. Акуловой. Архитектурная композиция дома организуется блокировкой двух блок-квартир, соединяемых по диагонали, причем на стыке их возникают два защищенных пространства: одно с южной стороны, обращенное к солнцу, улавливающее’ солнечное тепло, оборудованное площадками для отдыха и теплицами, другое – с севера, так называемый летник, включающий летние жилые комнаты, хозяйственные помещения и др. Предложено несколько вариантов решения летников и несколько вариантов размещения домов в застройке.

Блок-квартира представляет собой грибовидный объем, нижняя меньшая по площади часть которого не отапливается и используется для хранения инвентаря и продуктов, верхняя часть в один или два этажа является жилой. В плане она представляет два квадрата: центральный объем с массивными стенами – общая комната, к которой примыкают жилые и подсобные помещения, ограниченные внешним квадратом наружных стен из металлических панелей с эффективным утеплителем.

У наружных углов блок-квартир, обращенных на юг, запроектировано двухсветное помещение – зимний сад, служащий одновременно пассивной системой улавливания солнечного тепла» Большое окно зимнего сада на ночь закрывается утепленными задвижками-ставнями (в холодное время года). Массивное помещение в центре квартиры является аккумулятором солнечного тепла и тепла очагов и печей, дымоходами которых пронизаны его стены. Авторы (архитекторы Л. Ламекин, А. Акулова) вложили много творчества, знаний и изобретательности в создание этих проектов, учитывающих как национальные традиции и‘региональные особенности формирования жилища Севера, так и современные достижения НТР.

На конкурс были представлены и удостоены третьей премии проекты четырехквартирных солнечных домов блокированного типа. Эти проекты, разработанные архитекторами В.Б. Юдиной и А. Г. Пивоваровым, решены очень компактно в простейших прямоугольных объемах с широкими (свыше 15 м) корпусами. Жилые ячейки организованы так, что все подсобно-хозяйственные помещения выходят на север, создавая дополнительное утепление неинсолируемой поверхности, все жилые помещения обращены на юг, где к ним примыкает оранжерея-парник, которая служит гелиоприемником и защитой от южных ветров зимой» Она же является местом отдыха и выращивания овощей. Помещения, размещаемые в глубине корпуса, освещаются зенитными фонарями.

Дома с активными и смешанными системами солнечного отопления проектируются в США и Канаде для северных районов этих стран. Из этих проектов большой интерес представляют разработки архит. Хай-То-Лим, которая предложила ряд решений солнечных домов для коренного населения Аляски – эскимосов и индейцев.

В проекте применена смешанная система солнечного отопления с коллектором, аккумулятором и “солнечными окнами”. Коллекторы вмонтированы в нижнюю часть южной стены дома. В качестве теплоносителя используется воздух. Коллекторы изготовлены из пустых металлических консервных банок из-под пива, разрезаемых на четыре части, прибитых к фанере и покрашенных в темно-синий цвет. Коллектор имеет двойное остекление. Гравийный аккумулятор расположен выше коллектора в утолщенном перекрытии, образующем на втором этаже своеобразную “лежанку”. Благодаря верхнему размещению аккумулятора установка не требует дополнительного механического побуждения и работает

на естественной конвекции. Размещение аккумулятора в междуэтажном перекрытии сводит к минимуму теплопотери в системе отопления.

Эта система определяет и специфическую организацию пространства в доме: на втором этаже размещается дневная зона (кухня и общая комната), на первом, более прохладном, – ночная зона (спальни и санитарный узел). Для перекачки теплого воздуха со второго этажа на первый (если это нужно) применяется вентилятор, работающий от маленького ветряка, установленного на крыше дома. Для горячего водоснабжения используется емкость с водой, вмонтированная в гравийный аккумулятор и нагреваемая циркулирующим в нем воздухом.

Предложения по типам солнечных домов для Крайнего Севера Америки были одобрены жителями ряда эскимосских поселков на Аляске. Предварительные экономические подсчеты показали достаточную энергетическую эффективность предлагаемых домов в условиях 60-70 северной широты на Аляо-ке. Экономия топлива: в феврале – около 17%, в марте -30-35%, в апреле – до 40%.

Для архитектурно-пространственного решения домов и комплексов с ветровым энергоснабжением определяющим является расположение .ветроэнергетических устройств и их конструктивное решение. По характеру размещения этих устройств дома можно разделить на две основные группы: здания с отдельно стоящими ветроустановками и с ветроэнер-госистемами, включаемыми в их конструктивно-пространственную структуру.

В первом случае форма жилого дома не изменяется, он может быть традиционным со скатным или плоским покрытием без гелиоустановок или с гелиоустановками. Специфический вид застройке придают мачты ветровых генераторов, которые должны умело включаться в композицию ансамбля застройки. Эти вертикали в руках одаренного архитектора могут стать заменой утраченных колоколен и ветряков старых северных деревень.

Во втором случае форма здания может изменяться с целью улучшения аэродинамических показателей и КПД вет-рогенераторов. Наиболее распространено создание эффекта “аэродинамической трубы” с целью ускорения движения • потока воздуха в зоне размещения установок. Однако этот прием целесообразен там, где направление господствующих ветров более или менее постоянно.

Проекты жилых квартирных домов для районов Севера с комплексным автономным энергообеспечением разработаны также в Московском архитектурном институте. Это одноквартирный двухэтажный дом с развитой хозяйственной постройкой, соединенной с домом защищенным переходом. В первом этаже размещаются общая комната, кухня, холодная кладовая, помещение для хозяйственных работ, на втором этаже – спальни и ванная. Хозяйственная постройка включает гараж, помещение для скота и инвентаря. На южной наклонной стене – крыше дома размещены воздушные коллекторы, фазовый аккумулятор находится на чердаке дома. Хозяйственная постройка также оборудована воздушным солнечным отоплением. На крыше дома – ветряк.

Интересен также проект двухэтажного двухквартирного объемно-блочного жилого дома с автономном энергообеспечением для отдаленных районов (рис.65). Автономное энергообеспечение дома сосредоточено в специальных контейнерах треугольного сечения, на наклонной стене которых размещены воздушные коллекторы. В верхней части монтируются ветряки с вертикальной ос£ю вращения. Квартиры в доме 4-комнатные, в 1 этаже размещаются Общая комната и кухня, на П – спальни. В контейнерах автономного энергообеспечения находятся санитарные < узлы и аккумулятор тепла из сосудов с парафином, а также аккумулятор электроэнергии.

С точки зрения потребностей Севера в сезонно обитаемом жилище наибольший интерес представляют проекты автономных жилых образований небольшой вместимости. В разработке этой темы активное участие принимает и студенческая общественность всего мира. В 1976 г. в Канаде был проведен международный студенческий конкурс на проектирование поселка для 50 жителей с автономной системой энергообеспечения (ЭПРОМ). В качестве основного источника энергии во всех предложениях использовались солнечные коллекторы различного типа в сочетании с ветроэнергетическими установками. Наибольший интерес среди премированных проектов представляют работы советских, французских, датских, бельгийских студентов.

Студенты МАрхИ разработали максимально компактное жилое образование с централизованной системой энергообеспечения от единой гелиотермической установки. Жилые ячейки группируются вокруг водяного бассейна, на противоположной стороне которого находится инженерный корпус. Гелио-термическая установка оборудуется плоскими водяными коллекторами и термосом-накопителем. Сблокированные жилые дома имеют коммуникационные галереи по первому этажу. В центре дома расположен вертикальный двусветный объем теплицы для выращивания овощей. Теплица использует энергию от центральной установки. В самом доме размещены лишь коллекторы-концентраторы для приготовления пищи.

Французские студенты положили в основу своего проекта концепцию коллективного соседского проживания людей, ведущих общее хозяйство. Компактное жилое образование имеет четкую геометрическую форму, двухэтажные жилые ячейки чередуются с помещениями общественного пользования: залами собраний, отдыха, санузлами и пр. Внутренняя коммуникационная связь по первому этажу соединяет все жилые, общественные и производственные помещения, включая места для содержания домашних животных. С южной стороны к жилым ячейкам примыкает коллективная оранжерея, стеклянное покрытие которой держится на легких фермах. Оранжерея является гигантским пассивным накопителем тепла. Нагретый воздух из нее путем конвекции распределяется в жилые и общественные помещения.

В датском проекте весь поселок имеет “ступенчатое” построение. Первичной жилой единицей является 3- и 4-ком-натный дом на одну семью. Однако этот дом не имеет хозяйственных помещений и кухни, так как проектом не предусматривается ведение жителями развитого индивидуального хозяйства. Три-четыре дома объединены в жилую группу (на 15 жителей) вокруг общественного блока. Блок состоит из кухни с кладовыми, общей столовой и помещений для отдыха. Все квартиры имеют непосредственный выход в общественный блок. Это предложение по принципам бытовой организации сходно с широко развитыми в Дании Домами с обслуживанием. Однако в данном случае предполагается не платное обслуживание, а общественное ведение единого хозяйства. Три подобных жилых группы вмещают всех жителей поселка. Вокруг домов располагаются подсобные сельскохозяйственные сооружения.

Интересное архитектурное решение жилого поселка представлено в бельгийском проекте. Здесь наиболее удачна попытка отразить новую технологию в характере архитектуры: восьмигранные пирамиды каркасных деревянных домов размещены на общем основании первого этажа, в которых находятся гараж, мастерская, хранилища и т.д. В центре каждого дома находятся вертикальная шахта с лестницами, регулирующий термостат, ветряной циркуляционный насос, фильтр водяной очистки и т.д. Солнечные коллекторы вмонтированы в скаты кровли отдельных домов.

Анализ даже небольшой части имеющихся предложений показывает, что создание автономных жилых образований на возобновляемых источниках энергии – один из перспективных путей развития архитектуры малоэтажного жилища. Однако все описанные выше системы отработаны почти исключительно на стационарных зданиях, в то время как вопрос комплексного сочетания мобильности с использованием возобновляемых источников энергии почти не нашел отражения в научных исследованиях и постройках.

Разработка в Московском архитектурном институте проектов мобильных зданий в сочетании с гелио- и ветроэнергетическими устройствами показывает, что их архитектурно-конструктивные решения открывают широкие возможности формообразования. В практике строительства данные возможности еще не реализованы. Созданный в США мобильный гелиодом является пока единственным примером и по своему внешнему облику незначительно отличается от стационарного жилого дома, использующего солнечную энергию для отопления, горячего водоснабжения и охлаждения.

Опыт проектирования и строительства стационарных “солнечных домов” показывает возможность реализации всех требований к ним в мобильных зданиях. Кроме того, благодаря подвижности и трансформативности этих зданий могут быть разработаны комбинированные системы, легко меняющие направления и угол наклона солнцеприемников.

В Московском архитектурном институте разрабатываются экспериментальные проектные предложения по мобильным жилым комплексам с автономным энергообеспечением.

Работа ведется по трем основным направлениям: – проектирование контейнерных зданий с сборно-разборными гелио- и Еетроэнергетическими установками, не включаемыми в конструкцию здания; – проектирование контейнерных зданий с системами автономного энергообеспечения, включаемыми в их конструкцию; – проектирование трансформирующихся зданий с системами автономного энергообеспечения, включаемыми в конструкцию здания.

В проектах первой группы гелиотехнические установки размещаются в специальных панелях, опирающихся на сборно-разборную конструкцию, которая ставится на крышу контейнерного здания, но может размещаться и отдельно на специальных опорах. Панели с солнечными коллекторами и солнечными батареями могут поворачиваться вокруг горизонтальной оси для более полного улавливания солнечной радиации.

Ко второй группе относятся проекты контейнерных зданий с гелио- и ветроэнергетическими установками, включае мыми в их конструкцию. Контейнеры-энергоблоки треугольного сечения перевозятся сложенными попарно, гелиоприем-никами внутрь, а при монтаже ставятся в вертикальное положение. К верхней части этих контейнеров крепятся ветро-генераторы. Аккумуляторы солнечного тепла и электроэнергии размещаются в нижней части контейнеров. По архитектурно-планировочному решению предлагаются блоки двух ти- . пов: блок-кухня и блок-санитарный узел. Они являются частью одноэтажного мобильного жилого комплекса с автономным энергообеспечением. Жилая часть может монтироваться из объемных элементов-контейнеров, выпускаемых отечественной промышленностью.

Возможны различные варианты компоновки мобильных жилых комплексов с применением блоков солнечного энергообеспечения. Это могут быть общежития на 6-8-12-24 ц более человек или квартирные дома с различным числом квартир.

Трансформирующиеся блоки третьей группы состоят из Двух шарнирно соединенных полублоков, имеющих наклонную под 60 плоскость, в которую вмонтированы гелиоприемники. С целью сохранения поверхности остекления гелиоприемников и увеличения компактности блока при транспортировке полублоки складываются в блок-контейнер в форме параллелепипеда остеклением гелиоприемников внутрь и скрепляются

специальными креплениями с болтами. После доставки на место блок-контейнер разгружают с помощью подъемного механизма и устанавливают на монтажную площадку, которая имеет подушки, регулирующие горизонтальность мобильного здания. Монтаж производится путем разворота полублоков на шарнире относительно друг друга и размещения их одного над другим. В полублоки вмонтированы ветроэнергетическая установка, генераторы тока, аккумуляторы тепла и электроэнергии, а также кухонное и сантехническое оборудование. В результате монтажа полублоков различной длины образуются двухэтажные блоки, применение которых позволяет получить многообразие их сочетаний и образовывать комплексы различной вместимости с индивидуальными архитектурно-планировочными решениями.

Интересны также проекты мобильных жилых комплексов упрощенного типа, включающие жилые ячейки без инженерного оборудования и блоки автономного энергообеспечения, в которых размещаются баня с душами и кухни самообслуживания. Особенность этих блоков заключается в том, что они могут функционировать и без жилых ячеек и применяться в летнее время для обслуживания передвижных станов оленеводов, животноводов, земледельцев и т.д.

В настоящее время, когда проектирование и строительство домов с солнечным и ветровым энергообеспечением в нашей стране только начинается, возникает вопрос: будет ли это красиво, не испортят ли дома с черными блестящими стенами и ветряками наши поселки? Вопрос вполне законный, так как на стыке техники и архитектуры могут возникнуть как прекрасные, так и безобразные постройки. Необходимо отметить, что цветовое решение гелиосистемы-коллектора может быть не только черным, но и других тонов (за счет применения взамен черной краски многослойных селективных покрытий).

Зеркально отражая движущиеся облака, меняющийся ландшафт и окружающие предметы, гелиоприемники играют немаловажную роль в композиционной связи гелиодома с внешним природным окружением. При этом структура переплетов стеклянных ограждений не обязательно должна быть в виде жесткой сухой прямоугольной сетки. Она может решаться в виде сочетания треугольных, пятиугольных и других орнаментальных элементов. Наличие вертикалей мачт ветряков, отдельно стоящих или связанных с объемно-прост-ранственной композицией дома, значительно обогатит застройку, особенно в тундровых, равнинных районах. Чередование Ъладких остекленных поверхностей коллекторов с глухими стенами позволит создать достаточно интересную застройку, основанную на метроритмических сочетаниях. Создание запоминающихся и интересных в архитектурно-художественном отношении домов с автономным энергообеспечением должно стать важной задачей наших архитекторов и дизайнеров.

В результате исследований и экспериментально-проект-ной работы по формированию зданий и комплексов с автономным солнечным и ветровым энергообеспечением предложены принципы художественного формообразования этих зданий и комплексов для Севера, приведенные ниже.

Проектирование отдельных небольших зданий не должно являться основным направлением работы. Главное, что должно отличать наши проекты от большинства зарубежных, – это комплексность – проектирование стационарных или мобильных комплексов жилых, общественных и производственных зданий с солнечным и ветровым энергообеспечением. Только в ком-плекрной застройке можно экспериментально проверить все возникающие архитектурно-художественные и технико-экономические вопросы и выработать новые принципы формообразования.

Необходимость снижения теплопотерь зданиями и комплексами с целью экономии энергии требует компактного решения. При одном и том же объеме наиболее компактны формы в виде полусферы, полуцилиндра, усеченного конуса, куба. Уменьшение поверхности наружных ограждений достигается также укрупнением объемов зданий, их блокировкой, объединением “под одной крышей”.

Здания и комплексы с солнечным и ветровым энергообеспечением должны отличаться четкой ориентированностью по солнцу и направлениям господствующих ветров. Уклоны крыши и наклоны стен, площади крыш и стен также определяются солнцем и ветром. Основная часть жилых помещений группируется с южной стороны дома.

Наличие специфических планировочных элементов (теплицы, веранды аккумуляторные и т.д.) существенно влияет на форму дома и его художественно-образное решение.

Наличие гелиотехнических и ветроэнергетических установок, а также элементов ветрозащиты (коллекторов) создает специфический,необычный, нетрадиционный образ дома: стекла коллекторов, в которых отражается небо, мачты ветряков определяют художественно-образные особенности зданий и комплексов с автономной энергетикой. Солнцеулавливающие и ветроэнергетические устройства включаются в архитектурные конструкции зданий.

Разнообразие геометрических форм ограждающих конструкций – стен, кровель – не может быть принято только в целях наилучшего расположения солнцеулавливающих устройств. Необходима органическая увязка формы здания или комплекса с организацией его внутреннего пространства.

В современных условиях материальной базой для дальнейшего совершенствования архитектурно-художественных решений сельских жилых домов для Севера является индустриализация строительства в самых различных формах при ведущей роли заводского домостроения. Современный советский архитектор не имеет права игнорировать достижения научно-технической революции или относиться к технике только как средству создания архаических архитектурных образов. Трудно не согласиться со словами Н.А. Милютина: “Советский архитектор, стоящий на позициях социалистического строительства, не может не ставить перед собой задачи широчайшего применения в строительном деле СССР новейших достижений науки и техники… Только при этом условии мы сможем научиться строить социалистические здания во “много раз лучше и дешевле капиталистов”.

“За последние полвека сформировался новый тип архитектора … ученого-художника-проектировщика”, – пишет С.Хан-Магомедов.—“Изменилась и роль конструкций, материалов, технологии строительства и рекомендаций прикладной науки в процессах формообразования в современной архитектуре. Все это теперь не просто технические средства, но и важнейшие стилеобразуюшие факторы. Давайте же в конце концов признаем, что связанные с ними формообразующие импульсы создают формы, ставшие уже давно не просто техническими средствами, а частью художественной культуры”.



Жилище севера - Системы автономного энергообеспечения зданий и образ сельского дома будущего

Разделы

Содержание блога

Содержание сайта.


Другое

Статьи по теме "Жилище севера"