Устройство солнечного коллектора

Учебное пособие: «ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ С ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ И ИХ УЗЛЫ».

Для специальности 5В072900 - «Строительство»

Алматы - 2015

УДК 72:681.3

Рецензенты:

Кандидат технических наук, профессор,кафедры «Строительство», института «Архитектура и строительство» КазНТУ им. К.И. Сатпаева

Бубнович Э.В.

Ассоциированный профессор Факультета Общего строительства, кандидат технических наук

Нуршанов С.А.

Авторы:

Почетный работник Высшей школы РК, Почетный строитель РК, кандидат технических наук, ассоциированный профессор Факультета Архитектуры

Мухамедшакирова Ш.А.

Академический профессор Факультета Общего строительства, доктор технических наук

Наурузбаев К.А.

Мухамедшакирова Ш.А., Наурузбаев К.А.Учебное пособие: «ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ С ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ И ИХ УЗЛЫ».

для специальности 5В072900 «Строительство». – Алматы: МОК КазГАСА, 2015-315 с.

В учебном пособии рассмотрены концепции проектирования энергосберегающих зданий, мероприятия по энергосбережению в строительстве; градостроительные, архитектурно-планировочные, конструктивные меры, инженерные системы; использование альтернативных источников энергии в строительстве; примеры пассивных домов с мировым опытом в строительстве энергосберегающих зданий и узлы.

Рекомендуется для студентов архитектурных и строительных факультетов.

© МОК КазГАСА, 2015

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….

ГЛАВА I

1.1 Концепции проектирования энергосберегающих зданий

1.1.1 Пассивный дом

1.1.2 Активный дом

1.1.3 Солнечный дом

1.2 Мероприятия по энергосбережению в строительстве

1.3 Градостроительные, архитектурно-планировочные, конструктивные меры

1.3.1 Теплоизоляция стен

1.3.2 Внутреннее утепление

1.3.3 Система «Штукатурный фасад»

1.3.4 Система «вентилируемый фасад»

1.3.5 Слоистая кладка стен (колодезная кладка)

1.3.6Теплоизоляция кровли

1.3.7 Теплоизоляция фундамента

1.3.8 Решение окон

1.4 Инженерные системы

1.4.1 Вентиляция

1.4.2 Тепловой насос

1.5 Использование альтернативных источников энергии в архитектуре

1.5.1 Солнечная энергия

1.5.2 Ветровая энергия

1.5.3 Геотермальная энергия

1.6 Примеры пассивных домов. Мировой опыт в строительстве энергосберегающих зданий

ГЛАВА II

2.1 Узлы конструкции

2.1.1 Стены с защитно-декоративным слоем из толстослойной штукатурки

2.1.2 Стены с облицовочным слоем из кирпича (слоистая

кладка).

2.1.3 Стены с вентилируемой воздушной прослойкой

2.1.4 Стены деревянные из бруса

2.1.5 Стены деревянные из бревна

2.1.6 Стены с металлическим каркасом

2.1.7 Стены с деревянным каркасом

2.1.8 Стены подвала

2.1.9 Железобетонные покрытия с рулонной кровлей

2.1.10 Покрытия с профилированным настилом

и рулонной кровлей

2.1.11 Ограждающие конструкции мансард (скатные кровли)

2.1.12 Чердачные перекрытия

2.1.13 Полы

2.1.14 Внутренняя облицовка стен по металлическому каркасу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Проблема энергосбережения становится все более актуальной в наше время, ведь с каждым днем увеличивается спрос на топливо и электроэнергию. Мы не можем представить нашу жизнь без электронных устройств и с увеличением количества окружающей нас техники увеличивается спрос на энергию. Увеличивается количество машин и растет спрос на бензин. С развитием производства поднимается спрос на топливные ресурсы и электроэнергию. И, наконец . рост населения в мире требует строительства домов, и, как следствие , повышается потребность в отоплении, горячем водоснабжении и электроэнергии. А между тем, запасы нефти и газа на земле ограничены, и неизвестно, сколько еще мы можем тратить ресурсы, не задумываясь об экономии. При возникновении дефицита очень трудно будет отказаться от привычных для нас благ цивилизации, поэтому заботиться о проблеме нехватки ресурсов нужно уже сейчас. Прекратить использовать электричество в современном мире невозможно, максимум, что можно сделать в этом плане – перейти на возобновляемые источники электроэнергии, то есть использовать энергию солнца, ветра, земли, а также приливов и отливов. Но существенно снизить затраты на отопление возможно уже сейчас, если свести к минимуму теплопотери в зданиях. Во многих странах СНГ, в частности в Казахстане, энергопотребление составляет 200-300 кВт ч/кВ.м г. Большая часть тепла, идущая на обогрев здания, уходит наружу. На [Рис.1] показан снимок жилого дома, сделанный тепловизором. Красным и желтым цветом обозначаются элементы, имеющие более высокую температуру , то есть в данных местах происходят теплопотери. Для сравнения рядом показан снимок утепленного дома, где синий и зеленый цвет стен показывает, что стены имеют температуру наружного воздуха, следовательно, теплопотерь не происходит.

Рис.1

Есть ли смысл «греть улицу» или лучше позаботиться о том, чтобы все тепло оставалось внутри? Именно эту проблему решает теплоизоляция помещений. Но просто утеплять здание недостаточно, нужно проследить за тем, чтобы тепло не уходило через щели в окнах, вентиляцию и неутепленные элементы конструкций. При строительстве энергоэффективных домов существует множество нюансов, учет которых, задача инженеров и архитекторов. В 2012 году в Казахстане вышел закон об энергосбережении. Здесь приведены некоторые статьи, касающиеся проблемы повышения энергоэфективности в строительстве. ЗАКОН РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» от 13 января 2012 года. Цель: снижение энергоемкости, к 2015 г. на 20-15%, к2025 на 25% Статья 8. Использование энергосберегающего оборудования и материалов, ограничения по приемке новых объектов и оплаты за потребленную тепловую энергию: в проектах строительства и объектов, потребляющих энергетические ресурсы, предусматривается обязательное использование энергосберегающих материалов; установка приборов учета энергетических ресурсов и автоматизированных систем; регулирования теплопотребления.

Статья 11. Обеспечение энергоэффективности зданий, строений, сооружений: проектируемые и строящиеся (реконструируемые, капитально ремонтируемые); здания, строения, сооружения должны соответствовать требованиям законодательства Республики Казахстан об энергосбережении и повышении энергоэффективности.

ГЛАВА I

1.1 Концепции проектирования энергосберегающих зданий

1.1.1 Пассивный дом, энергосберегающий дом или экодом [Рис.1.1] (нем. Passivhaus, англ. passive house) — сооружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление — в среднем около 10 % от удельной энергии на единицу объёма, потребляемой большинством современных зданий. В большинстве развитых стран существуют собственные требования к стандарту пассивного дома.

Рис. 1.1

Растут цены на электричество и тепло. Остро стоит вопрос эксплуатационных затрат на жилье. Показателем энергоэффективности объекта служат потери тепловой энергии с квадратного метра (кВт·ч/м²) в год или в отопительный период. В среднем составляет 100—120 кВт·ч/м². Энергосберегающим считается здание, где этот показатель ниже 40 кВт·ч/м². Для европейских стран этот показатель ещё ниже — порядка 10 кВт·ч/м². Достигается снижение потребления энергии в первую очередь за счет уменьшения теплопотерь здания. Архитектурная концепция пассивного дома базируется на принципах: компактности; качественного и эффективного утепления; отсутствия мостиков холода в материалах и узлах примыканий; правильной геометрии здания; зонировании; ориентации по сторонам света. Из активных методов в пассивном доме обязательным является использование системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией. В идеале, пассивный дом должен быть независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры [Рис.1.2]. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выделяемому живущими в нём людьми и бытовыми приборами. При необходимости дополнительного «активного» обогрева, желательным является использование альтернативных источников энергии.

Рис. 1.2

Горячее водоснабжение также может осуществляется за счёт установок возобновляемой энергии: тепловых насосов или солнечных водонагревателей [Рис.1.3]. Решать проблему охлаждения/кондиционирования здания также предполагается за счет соответствующего архитектурного решения, а в случае необходимости дополнительного охлаждения — за счет альтернативных источников энергии, например, геотермального теплового насоса.

Рис. 1.3

Иногда определение «пассивный дом» путают с системой «умный дом», одной из задач которой является обеспечение контроля энергопотребления здания. Также отличается система «активного дома», которая помимо того, что мало тратит энергии, ещё и сама вырабатывает её столько, что может не только обеспечивать себя, но и отдавать в центральную сеть (дом с положительным энергобалансом). Критерий определения Пассивного дома определено «Институтом пассивного дома» в Германии г. Дармштадт. Это дом, у которого общее потребление первичной энергии (отопление, горячее водоснабжение, электроэнергия для бытовых приборов). Не должно превышать 120 кВт.ч/м2 в год (в таблице приведены сравнения домов разных годов и норм построек). Общие требования к пассивному дому и в настоящее время в Европе уровень энергоэффективности, на который сориентировано строительство и реконструкция домов, соответствует понятию "пассивный дом". Это такой дом, удельный расход тепловой энергии на отопление у которого не должен превышать 15 кВт∙ч/(м²год). Это приблизительно соответствует расчетной мощности подогрева 7-10 Вт на квадратный метр, что составляет 10% от уровня расчетной мощности отопительных систем обычных домов. Общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия), не должно превышать 120 кВт∙ч/(м²год). На практике это означает, что такой дом можно дополнительно не отапливать, все необходимое тепло может быть обеспечено за счет жизнедеятельности человека. Пассивные дома - уже не единичное явление в Европе. Таких домов зарегистрировано более 4000. В основном это небольшие жилые дома коттеджного типа. Но среди них есть и немало многоквартирных домов на 4-10 квартир. Расчеты показывают: чтобы сделать дом "пассивным", необходимо снизить тепловые потери дома на 90%. Для этого необходимо обеспечить ряд требований к тепловой защите здания и некоторым элементам конструкции [Табл.1.1]:

Таблица 1.1

Конструктивно дом должен быть не только хорошо утеплен и герметизирован. Дом в большей степени должен быть остеклен с южной стороны и представлять собой "тепловую ловушку".
Если сравнить возможности по сохранению тепла обычного добротного кирпичного дома с толщиной стен в 2 кирпича и "пассивного дома", то при внешней температуре -26 градусов мороза и отключении источников тепла температура в обычном доме за сутки снизится до +2-3 градусов, в пассивном доме до + 16 градусов по Цельсию. Поэтому так и получается, что даже в сильный мороз за счет тепла от приготовления пищи, работы бытовой техники и освещения в доме поддерживается нормальный микроклимат. Как построить пассивный дом? Как уже отмечалось, пассивный дом - это отличная теплоизоляция, герметичность, возврат тепла вытяжной вентиляции в дом с притоком свежего воздуха, энергоэффективная бытовая техника. Для того, что бы определиться с необходимыми конструктивными решениями, нужно составить энергетический баланс дома. Обычно приход-расход тепла имеет следующий вид[Табл.1.2]:

Таблица 1.2

Из приведенных данных видно, что около 70% утечек тепла приходится на конструкцию здания, 30% - на результат жизнедеятельности человека: вентиляцию и стоки. Значит основное внимание необходимо уделять теплоизоляции. В общем смысле основная задача пассивного дома - обеспечение тепловой эффективности, достаточной для отказа от дополнительного отопления. Но в концепции энергоэффективного дома ограничено общее потребление энергии, тепла, горячей и холодной воды, газа из сторонних источников уровнем 120 кВт∙ч/(м²год). Реальное совокупное энергопотребление среднего дома со средней семьей в несколько раз превышает указанную цифру. То есть энергосбережение во всех точках приложения энергии - необходимое условие для отнесения жилища к этой категории.Что заставляет людей стремиться к самограничению? Конечно, очень высокие цены на коммунальные услуги и энергоносители. Но в не меньшей степени и новая философия жизни, в которой нет снижения уровня комфорта, но есть желание жить в гармонии с внешней средой, не нанося ей ущерб. Современные технологии предоставляют для этого необходимые возможности: применение солнечных коллекторов позволяет полностью отказаться от использования газа и электрической энергии для подогрева воды и помещения; применение солнечных батарей и ветрогенераторов совместно с аккумуляторными батареями позволяет полностью отказаться от электроснабжения; применение контроллеров для управления электрическими устройствами и системой теплообеспечения позволяет оптимизировать микроклимат в помещении, согласовать работу устройств с наличием людей в доме; применение функционально насыщенной экономичной бытовой техники; возможность использования тепловых насосов для исключения сброса тепла и использования аккумулированной тепловой энергии; возможность использования биогаза, полученного при брожении и газогенерации взамен магистрального природного газа. Этот перечень можно существенно продолжить. В настоящее время мы, в основном, используем запасенную энергию Земли и крайне мало используем энергию из возобновляемых источников энергии моря, рек, водоемов, солнца, ветра. Пассивные дома совсем недавно казались малопонятной экзотикой. Сегодня это вполне достижимая реальность, предмет для широкого внедрения и преференций со стороны государства. Умные энергонезависимые дома пока тоже экзотика. Но количество таких домов увеличивается, технологии настраиваются на предложение доступных по цене и качеству устройств и материалов для обеспечения такого строительства. Во Франции несколько лет функционирует 10 этажное офисное здание с энергоснабжением от солнечных батарей. Количество вырабатываемой энергии превышает собственные нужды здания. В Китае открывается самое большое в мире здание общей площадью 75 тысяч квадратных метров с энергоснабжением от солнечных батарей. Значит появится опыт эксплуатации, стандарты исполнения и доступные цены. Это всего лишь вопрос времени. Такое строительство уже не дань моде и не эксперименты. Высокие цены на энергию и энергоносители делают выгодными вложения в энергонезависимые объекты [Рис.1.4].

Рис. 1.4

На данном графике представлена сравнительная стоимость строительства коттеджа для разных вариантов его исполнения. Первая колонка соответствует стоимости строительства коттеджа в варианте «Пассивный Дом». Вторая колонка соответствует коттеджу, построенному по строительным нормам 2003 года. Третья колонка соответствует дому той же площади, построенному в 70-х годах прошлого века. Из диаграммы видно, что строительство Пассивного Дома стоит немного дороже, чем строительство обычного современного дома, но посмотрим, что будет дальше в процессе эксплуатации:

Рис. 1.5

На графике [Рис.1.5] «Расходы» представлена стоимость эксплуатации трех вариантов домов, которые были представлены на графике «стоимость материалов». Различные варианты строительства домов подразумевают различные затраты на их отопление. Места пересечения кривых соответствуют моменту времени, когда один вариант дома начинает быть более выгодным, чем другой вариант. Из данных графиков видно, что Пассивный Дом сравнится по цене с обычным домом уже через 6,5 лет, а впоследствии окажется даже дешевле (т.е вложения в энергосберегающие технологии окупятся через 6,5 лет). Гораздо большая выгода прослеживается по сравнению с домом, построенному по старым нормам.

1.1.2 Активный дом (англ. active house, energy plus house), также дом с положительным энергобалансом, дом по стандарту «энергия плюс»представляет собой здание, которое производит энергии для собственных нужд более, чем в достаточном количестве. Общий годовой объем энергопотребления является положительным в отличие от дома с низким энергопотреблением. Базовым параметром Активного дома является объединение решений, разработанных институтом Пассивного дома (Германия), и технологий «Умного дома». Благодаря этому, удаётся создать дом, который не только тратит мало энергии, но ещё и грамотно распоряжается той незначительной, которую вынужден потреблять. Вторым важным аспектом является создание благоприятного микроклимата в помещениях — правильная вентиляция, поддержка температурного режима и др.

Рис. 1.6

Активный дом — это дом, способный снабдить энергией и теплом не только себя, но и гостевой дом, баню и нагреть бассейн [Рис.1.6]. Первый в мире Активный дом построен в Дании, и он, помимо того, что потребляет мало энергии, как Пассивный дом, так ещё и вырабатывает её столько, что может отдавать её в центральную сеть, за что в большинстве стран можно получать деньги. Таким образом, дом становится источником дохода, а не затрат. К примеру, в Дании разработчики утверждают, что дом окупит себя за 30 лет.

1.1.3 Солнечный дом часть энергии, требуемой для его отопления, охлаждения или освещения, получает от солнца. Конструкция солнечного дома учитывает условия участка, климата и строительных материалов для минимизации использования энергии. Современные дома являются достаточно герметичными, поэтому очень важно не преувеличить площадь остекления южной стороны дома, или позаботиться, чтобы тени не давали максимально нагревать всю стеклянную поверхность, иначе потребуется значительно больше энергии для охлаждения.

Рис.1.7 Рис. 1.8

Архитектурная концепция солнечного дома широко известна и схематично может быть представлена так как [Рис.1.7, Рис.1.8]. Пространство, защищенное от ветра и раскрытое солнцу, формируется развернутой к югу радиальной в плане ветрозащитной стенкой, собирающей солнечные лучи, и козырьком - кровлей, дающим тень от высокого летнего солнца [Рис.1.9].

Рис. 1.9

Проектирование солнечного дома: пассивные меры - комплекс мероприятий, позволяющий снизить расход энергии без дополнительных энергопотребляющих устройств; выбор оптимальной формы здания. Как правило, рекомендуется компактная, близкая к квадрату форма плана с минимальным периметром наружных стен. Показателем компактности служит коэффициент, равный отношению площади наружных стен к внутреннему объему здания. Для уменьшения поверхности наружных стен могут использоваться цилиндрические, полусферические и другие нетрадиционные формы[Рис.1.10, Рис.1.11]

Рис. 1.10 Рис 1.11

Ориентация по сторонам горизонта: [Рис.1.12, Рис.1.13] Для эффективного использования солнечной радиации южная стена или кровля жилого дома должны облучаться прямыми солнечными лучами с 9.00 до 15.00 даже в самый неблагоприятный день. Для этого солнцевоспринимающий фасад должен быть ориентирован на юг с отклонением не более чем на 10..20°.

Большой эффект дает дифференциация помещений по энергопотребностям и режиму эксплуатации. Малоотапливаемые помещения (шкафы, кладовые, санузлы, гаражи и др.) рекомендуется размешать вдоль северной стены как буферные элементы.

Рис. 1.12 Рис. 1.13

Выбор конструкции [Рис.1.14]Тепловая масса. Тепловая масса в пассивном солнечном доме - это чаще всего бетон, кирпич, камень и плитка, которые поглощают тепло солнечных лучей во время отопительного сезона, и теплого воздуха в доме во время сезона охлаждения.
В хорошо изолированных домах в умеренных климатических условиях, может быть достаточно тепловой массы домашней мебели и гипсокартона.

Рис. 1.14

Использование остекления. Прозрачные конструктивные элементы (окна, иногда и зимний сад) [Рис.1.15, Рис. 1.16]обеспечивают внутреннюю часть здания светом и теплом – особенно если они направлены на юг. Однако они также являются источником потери тепла, когда солнце не светит. На северном фасаде стеклянная поверхность должна быть минимального размера, на южном фасаде – большого размера, но не слишком большого.

Рис. 1.15 Рис. 1.16

Защита от перегрева. При окнах, выходящих на юг, очень важно наличие козырька крыши, чтобы летнее солнце не попадало на окна. При хорошем проектировании, возможно, рассчитать козырек крыши так, чтобы солнце не попадало на окна, начиная с определённого дня [Рис.1.17, Рис. 1.18]. Точные данные по высоте солнца и углу падения лучей для ваших регионов вы можете узнать в Национальных институтах метрологии.

Рис. 1.17 Рис. 1.18

Стена тромба - это нагревание наружного термомассива. Это может быть бетонная, кирпичная или каменная стенка, расположена на южной стороне дома и покрашена в темный цвет. На небольшом расстоянии от стены устанавливается стеклянная облицовка, а теплоносителем служит воздух, находящийся между прослойкой. Воздух нагревает стену, а стена постепенно отдает тепло в помещения [Рис.1.19].

Рис. 1.19

Активные меры– действия, направленные на мониторинг и управление электроэнергией, использование экономичного оборудования: воздушные солнечные коллекторы [Рис.1.20]. Такие солнечные коллекторы можно на зиму устанавливать на открытых площадках около дома, а летом демонтировать. Воздух из зданий подается в коллектор, нагревается солнечными лучами и затем поступает снова в помещение. Вентилятор включается по сигналу разности двух температур. В процессе работы системы посылающий этот сигнал датчик определяет, светит ли солнце и достаточно ли нагрет солнечный коллектор, чтобы нагреть воздух до нужной температуры; второй прибор определяет, нуждается ли помещение в тепле или нет.

Рис. 1.20

Водяной коллектор [Рис.1.21] поглощает радиацию в солнечном коллекторе специальная поверхность, соединенная с медными трубками, по которым циркулирует теплоноситель. Теплоноситель, проходя по всей площади коллектора, нагревается и попадает в резервуар, где отдает тепло через теплообменник в бак - аккумулятор тепла. Коллекторы и трубопроводы имеют хорошую теплоизоляцию, уменьшающие потери энергии.

Рис. 1.21

Отопление помещений при помощи солнечного коллектора[Рис.1.22]: солнечный коллектор южной ориентации наклонно опирается на стену здания. Высокий бак с горячей водой без теплоизоляции находится в помещении, примыкая хорошо изолированной стенкой к наружной стене. В результате естественной конвекции вода циркулирует из плоского коллектора в бак и обратно в коллектор. Тепло в помещение бак излучает своей передней стенкой.

Рис. 1.22

«Солнечные стены» - панельное отопление [Рис.1.23, Рис. 1.24] невидимые поверхности нагрева из медных - соответственно соединенных труб в стенах и которые полу отдают тепло; помещению в форме медленного равномерного излучения и обеспечивают комфортный климат. Температура поверхностей стены при стеновом отоплении не превышает 30 С.. Это обеспечивает небольшие конвективные потоки, что в итоге становится результатом минимальной подвижности воздуха в помещении. Отсутствует горячий воздух, который бы поднимался вверх и переносил мелкодисперсную пыль. Это благоприятно сказывается на легких, что очень важно для больных аллергией.

Рис. 1.23 Рис. 1.24

Солнечный накопитель [Рис.1.25]. Большой накопитель со встроенным водоподогревателем накапливает солнечное тепло для отопления и нагрева воды на несколько дней или даже недель. Объем накопителя в солнечном доме с покрытием гелиоустановкой от 50 до 80% определяет параметры от 150 до 250 литров на каждый квадратный метр площади коллектора. В доме, полностью отапливаемом солнечной энергией, используются накопители размером 40 м³.

Рис. 1.25

Солнечная батарея — это несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств [Рис.1.26], прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Как правило, солнечные батареи устанавливаются на стене дома (на южной стене) или на участке, так как гораздо проще монтировать их (нет необходимости герметизировать отверстия в крыше) и очищать от снега. Для хранения энергии используется несколько аккумуляторных батарей свинцового или гелевого типа.

Рис. 1.26

1.2 Мероприятия по энергосбережению в строительстве. Энергосбережение в строительстве достигается рядом мер:

Градостроительные меры помогают снизить тепловую нагрузку на здания, используя такие аспекты, как расположение здания в окружающей среде с учетом движения солнца и направления ветра. Перед проектированием составляется роза ветров , тщательно изучается климатология региона – выявляется среднегодовая температура, температура наиболее холодной пятидневки и влажность региона. На основе этой информации выясняется преобладающий тип погоды в регионе и определяется тепловой режим эксплуатации здания: открытый, закрытый и изолированный. Оценка климатического фона местности методом типов погоды. Эта оценка позволяет учесть продолжительность тех или других погодных условий в течение года и, поскольку каждый тип погоды специально разработан применительно к задачам архитектурной климатологии, позволяет архитектору выйти на рекомендации по проектированию. Погоду зимой определяет температура и ветер. При температуре ниже нуля ветер особенно вреден, т.к. сдувает прилегающий к телу нагретый слой воздуха и усиливает охлаждение организма; так же сильно охлаждаются здания. Летом, при температуре более 21-22 ⁰С, влажная среда затрудняет процесс испарения влаги с кожи человека, ему «жарко» (лето на Черноморском побережье Кавказа); чем суше воздух, тем испарение сильнее и легче переносится сильная жара (лето в Средней Азии). Поэтому летом погоду во многом определяет температура и влажность. Учитывая сказанное, ЦНИИЭП жилища разработал классификацию, разделив погоды на семь типов: жаркая (с нормальной или повышенной влажностью воздуха), сухая жаркая, теплая, комфортная, прохладная, холодная и суровая. Здания эксплуатируются при разных погодах в разных режимах изоляции помещений от внешней среды. Выделено четыре режима эксплуатации помещений зданий: изолированный, закрытый, полуоткрытый и открытый. Жаркая погода (лето в Африке, в Восточной Азии или самые жаркие дни на Черноморском побережье Кавказа). Для получения комфортного микроклимата помещения должны быть изолированы от наружной среды, окна днём закрыты, защищены от солнца, необходимо искусственное охлаждение воздуха (кондиционирование). В городской среде лучшее место – в плотной тени при активном движении воздуха. Характерны температуры 25-28 ⁰С и выше при нормальной и повышенной влажности воздуха. Сухая жаркая погода (лето в пустынях Африки, Азии, самые жаркие дни в Средней Азии). Режим эксплуатации помещений закрытый, днем окна закрыты ставнями, полная защита от солнца, искусственное охлаждение (кондиционирование) и вентиляторы-фены, ночью – лучшие условия на открытых площадках, на плоских крышах, балконах, лоджиях, ночью помещения могут проветриваться. В наружной среде лучшие условия в плотной тени, возле каменных затенённых стен, рядом с фонтанами. Характерны температуры 32-40 ⁰С и низкая влажность воздуха – менее 24%. Тёплая погода (самые жаркие дни лета в средней полосе России). Режим эксплуатации помещений предполагают полуоткрытый, желательно сквозное или угловое проветривание помещений. На открытых окнах днём – солнцезащитные устройства, предпочтительны вентиляторы-фены. Ориентация помещений север-юг с открытыми помещениями – лоджии, террасы, веранды, дворики. В наружной среде предпочтительны затенённые, хорошо проветриваемые площадки. Температура воздуха 20-32 ⁰С. Комфортная погода (лучшая часть лета в средней полосе России). Режим эксплуатации открытый, здание практически не несёт теплозащитной функции, хотя днём и защищено от избытка солнца, помещения раскрыты во внешнюю среду, хорошо аэрируются, желательны открытые помещения – лоджии, террасы, веранды, дворики. Условия снаружи комфортные. Температуры 12-28 ⁰С. Прохладная погода (апрель-май, октябрь в Москве). Режим полуоткрытый, человек защищен от легкого охлаждения, предпочтительны помещения, обращенные на солнечные стороны, воздухообмен через форточки, фрамуги, клапаны. В помещениях аккумулируется тепло, выделяемое человеком, а также бытовыми процессами (варка, стирка, глажение и др.). В наружной среде предпочтительны солнечные, защищённые от ветра площадки. Температуры 4-12 ⁰С. Холодная погода (зима на севере и центральном Казахстане). Режим закрытый, объёмно-планировочные решения зданий компактны, входы через тамбуры и отапливаемые лестницы, высокие теплозащитные качества ограждений, работают отопление и вытяжная вентиляция, окна закрыты, уплотнены. В наружной среде предпочтительны защищенные от ветра и освещенные солнцем площадки. Температуры от +4 до минус 12 ⁰С. Суровая погода (зима в районах, граничащих с Сибирью). Режим изолированный, объёмно планировочные решения максимально компактны, входы через двойные отапливаемые тамбуры, максимальная теплозащита, окна с тройным остеклением, стеклопакетами и уплотнёнными притворами, отопление большой мощности, вентиляция приточно-вытяжная с подогревом и увлажнением воздуха. В наружной среде необходима защита от ветра, а в районах с постоянными зимними ветрами (на побережьях северных морей) желательны крытые переходы между жилищем и сферой обслуживания. Характерна температура минус 36 ⁰С и ниже или более высокая – до минус 12 ⁰С при повышенных скоростях ветра. Используя данные СНиП РК 2.04-01-2010 «Строительная климатология» проводятся расчеты необходимой толщины слоя теплоизоляции и выявляются архитектурные особенности будущего дома. В настоящее время существуют компьютерные программы, позволяющие рассчитать толщину теплоизоляционного слоя для всех элементов конструкции, например, Multi-Comfort House Designer (MCH Designer), Passive House Planning Package (PHPP) и другие. При расположении здания в городской среде нужно учитывать затенение, которое может возникнуть при близком расположении других зданий или деревьев. В южных же регионах наоборот стоит позаботиться о деревьях, дающих густую тень, которую используют для охлаждения стен и крыши.

Минимальные расстояния между зданиями регламентируются СНИП и зависят от географического расположения участка строительства и от типа зданий. Тень также могут давать высокие холмы или горы, [Рис.1.27]. Этот момент также нужно учитывать при проектировании – ведь в концепции строительства энергоэффективных домов одну из важнейших ролей играет солнце- как источник световой и тепловой энергии. Прежде чем начать проектирование, нужно тщательно изучить местные условия, собрать как можно больше данных об участке строительства.

Рис.1.27

Защита от ветра.Для оптимального распределения окон по периметру здания, проектирование дома должно учитывать не только общее направление строения, но и «розу ветров».Вход в жилище желательно располагать с подветренной стороны, а окна, выходящие на север, делать меньшего размера, либо не планировать вообще. Различные надворные и хозяйственные постройки нужно располагать так, чтобы в жилые комнаты не проникали оттуда шум, пыль и посторонние запахи. При умеренном климате защите от зимних ветров также уделяют больше значение. В периоды сильных порывов воздуха даже слабый мороз будет казаться ледяной стужей. Поэтому в регионах с холодным климатом используются различные способы защиты от этой природной «напасти». К примеру, с запада и севера у дома высаживают растения ветроломы.

Архитектурно планировочное решение также позволит снизить тепловую нагрузку путем правильной ориентации помещений по сторонам света, рационального соотношения остекления, использования различных архитектурных приемов, позволяющих уменьшить теплопотери, увеличить количество света в здании, а также использовать солнечную энергию для обогрева помещений.

Рис.1.28

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: