Градостроительные принципы формирования архитектурных решений энергоэффективных зданий
Покупка
Новинка
Тематика:
Градостроительство
Издательство:
Поволжский государственный технологический университет
Автор:
Смирнова Светлана Николаевна
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 88
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-8158-2356-3
Артикул: 822965.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Отличительной особенностью дисциплины «Экологичное и энергоэффективное проектирование» является комплексный подход к проектированию: от оценки и учета климатических особенностей района строительства до применения инновационных разработок в области энергоснабжения здания. В данном учебном пособии рассмотрен первый этап реализации методики архитектурного проектирования экологичных и энергоэффективных зданий, основанной на градостроительных принципах формирования архитектурных решений экологичных и энергоэффективных зданий. Приведены рекомендации к выполнению практических и расчетно-графической работ (раздел «Экспериментальное моделирование»). Для студентов направлений подготовки 07.03.01 «Архитектура», 08.03.01 «Строительство» очной формы обучения.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
С. Н. Смирнова ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ Учебное пособие Йошкар-Ола 2023
- 2 - УДК 728.1 ББК 38.711 С 50 Рецензенты: проректор по воспитательной работе ПГТУ, доктор технических наук, профессор В. Г. Котлов; главный архитектор ООО «АиСТ» И. М. Нестерова Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГТУ Смирнова, С. Н. С 50 Градостроительные принципы формирования архитектурных ре- шений энергоэффективных зданий: учебное пособие / С. Н. Смирнова. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2023. – 88 с. ISBN 978-5-8158-2356-3 Отличительной особенностью дисциплины «Экологичное и энергоэф- фективное проектирование» является комплексный подход к проектированию: от оценки и учета климатических особенностей района строительства до применения инновационных разработок в области энергоснабжения здания. В данном учебном пособии рассмотрен первый этап реализации методики архитектурного проектирования экологичных и энергоэффективных зданий, основанной на градостроительных принципах формирования архитектурных решений экологичных и энергоэффективных зданий. Приведены рекомендации к выполнению практических и расчетно-графической работ (раздел «Экспериментальное моделирование»). Для студентов направлений подготовки 07.03.01 «Архитектура», 08.03.01 «Строительство» очной формы обучения. УДК 728.1 ББК 38.711 ISBN 978-5-8158-2356-3 © Смирнова С. Н., 2023 © Поволжский государственный технологический университет, 2023
- 3 - ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................4 ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................5 1. УЧЕТ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ..........................................................6 1.1. Учет климата и энергосбережения в традиционном мировом народном строительстве .......................................................6 1.2. Архитектура современности и климат .....................................25 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ. ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ.................................41 2.1. Теоретическая модель ЭЖЗ.......................................................41 2.2. Принцип выбора местоположения ЭЖЗ малой и средней этажности с учетом климатических особенностей. .........................44 2.3. Принцип выбора местоположения здания с учетом ландшафта............................................................................................62 2.4. Принцип выбора местоположения ЭЖЗ малой и средней этажности с учетом существующей застройки в районе предполагаемого строительства.........................................................64 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ...............................66 3.1. Парклет – минимальная единица экосреды в городе..............66 3.2. Климатически обусловленная форма .......................................71 3.3. Площадь солнечных часов ........................................................81 3.4. Расчетно-графическая работа по оценке климатических условий.................................................................................................81 Список литературы......................................................................................84
- 4 - ПРЕДИСЛОВИЕ Лучшая архитектура исходит из синтеза всех эле- ментов, из которых по отдельности состоит здание: от его связи с городским пейзажем или очертаний его конструкций; службы (инженерные системы), которые позволяют ему работать; экология здания; используемые материалы; характер пространств; использование света и тени; символика формы… Успешная, устойчивая архитектура решает все эти задачи и многое другое. Н. Фостер [2] Мировой многовековой народный опыт строительства базируется на максимальном учете всех параметров климата. Решения по учету сурового климата можно увидеть в архитектуре традиционных сибирских и северных изб, эскимосского иглу, яранги, чума и т.д. Но и в жарком, влажном климате будут наблюдаться свои традиции в строительстве жилых домов, только благодаря которым строения в разных климатических условиях будут жизнеспособны. Таким образом, актуальность климатической целесообразности зда- ний играет определяющую роль уже на стадии начального эскизного проектирования зданий. Проблема учета влияния климата на проектирование зданий и за- стройки населенных мест нашла широкое отражение в трудах Дж. Аронина, В. С. Беляева, А. М. Берегового, Б. М. Давидсона, В. К. Лицке- вича, Т. А. Маркуса, А. П. Михеева, Э. Н. Морриса, Н. В. Оболенского, Л. Н. Орловой, Л. Н. Петряниной, Э. И. Реттера, Ф. Л. Серебровского, Л. П. Хохловой и многих других. В основу настоящего учебного пособия положена многолетняя работа автора, в полной мере изложенная в диссертационном исследовании на соискание ученой степени кандидата архитектуры по специальности 18.00.02 (05.23.21) «Принципы формирования архитектурных решений энергоэффективных жилых зданий» [3, 4]. В традиционном жилище энергосберегающие приемы были отрабо- таны на протяжении нескольких тысячелетий. Климат явился решающим фактором при определении их конструкции, формы и используемого материала. Для проектирования энергоэффективной архитектуры на современном этапе полезно изучение этого опыта.
- 5 - ВВЕДЕНИЕ Кем должен быть архитектор и почему? Он неустанный наблюдатель. Он всегда энергично и действенно исследует природу. Он видит, что по законам природы все ее формы взаимозависимы и возникают одна из другой. Через каждый его проект в здание должна входить частица природы. Фрэнк Ллойд Райт (1867-1959 г.г.) [1] Только после скрупулезного изучения местности, городской среды, климатической и экологической обстановки Норман Фостер приступает к разработке дизайна. «Хотя мы начинаем с идеи создания выразительного объекта и осуществления его с помощью высоких технологий, главное – это его интеграция с природой», – подтверждает сам «зелёный архитектор» ( рис. 1). «Форма следует за климатом», – вторит Фостеру индийский архитек- тор Чарльз Корреа. «Хорошая архитектура должна быть тесно связана с воздухом – как с наружным, находящимся непосредственно над поверхностью земли, так и с воздухом верхних слоев атмосферы, играющим важную роль в создании климата», – еще раз подтверждает американский исследователь, автор книги «Климат и архитектура» Джеффри Эллис Аронин. По словам Френка Ллойда Райта, архитектор превращается в «неустанного наблюдателя». В связи с этим чрезвычайно важно обладать всесторонними знаниями в области строительных конструкций, инноваций в сфере теплоснабжения и инженерного обеспечения зданий, знать климатические особенности региона, влияние формы и объемно-планировочного решения здания на потребности в энергетических ресурсах. Кажется, ничего нового. В современных реалиях жизни и вытекаю- щих отсюда требованиях к проектированию архитектор (др.-греч. «главный строитель»: архи – главный, старший; тéктонас – строитель) по праву должен взять на себя ответственность, возложенную на него еще с того момента, как он выбрал профессию архитектора – по сути главного строителя, призванного решить еще в первом приближении, может быть, на стадии уже клаузурного наброска, всё нарастающие экологические и экономические проблемы. А это, в первую очередь, проектировать здания, потребляющие минимум энергии. Архитекторы в своей профессиональной работе должны также быть сведущи в социологии, скульптуре, механике, живописи, плотничных и столярных работах, электротехнике, общественной гигиене и оздоровительных мероприятиях, географии, водопроводно-канализационных
- 6 - работах, озеленении, гражданском строительстве, планировке городов, нормах проектирования, рисунке, физике, сметном деле, в климатологии и микроклиматологии и многих других науках. Фактически архитектор должен быть климатологом в гораздо боль- шей степени, чем знатоком какой-либо из вышеперечисленных наук. Тем не менее очень редко можно услышать об этой очень важной роли архитектора [ 1]. Скетчи Н. Фостера, демонстрирующие его подход к проектированию Режим доступа: https://losko.ru/norman-foster/ Итак, первый шаг архитектора – это оценить климатические условия строительства объекта: отрицательные попытаться нейтрализовать, а положительные использовать для улучшения энергообеспечения здания и поддержания комфортного микроклимата.
- 7 - 1 1.1. Учет климата и энергосбережения в традиционном мировом народном строительстве Мировой многовековой народный опыт строительства жилых зданий базируется на максимальном учете всех параметров климата. И неслучайно при упоминании о каком-то месте земного шара в памяти человека возникают удивительные архитектурные образы. Может быть, это шатры Аравии, оставшиеся в наследство человечеству еще со времен Авраама, японская мачия, юрты кочевников степей Монголии, Казахстана или даже грузинские сакли, впечатляющие своей монументальностью… Только на одной территории севера России можно встретить уникаль- нейшие типы жилища человека: чум ненцев, эвенков, якутов; чукотскую ярангу; иглу эскимосов и североевропейскую избу. Всех их объединяют учет климатических факторов при планировке дома и размещении на местности, включение построек в природный ландшафт, образование замкнутых и защищенных структур, компактность объема, рациональность конструктивной схемы, использование местных природных материалов, расположение помещений по принципу теплового зонирования, устройство буферных зон во внутреннем объеме дома. В современной архитектурной практике Федеральный закон РФ № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» не допускает ввод в эксплуатацию зданий, построенных, реконструированных, прошедших капитальный ремонт и не соответствующих требованиям энергетической эффективности и требованиям УЧЕТ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ
- 8 - оснащенности их приборами учета используемых энергетических ресурсов ( ст. 11, п. 6) [5]. Мировой энергетический кризис 70-х годов привел, в частности, к по- явлению нового научно-экспериментального направления в строительстве, связанного с понятием «здание с эффективным использованием энергии». Первое такое здание было построено в 1974 году в г. Манчестере ( штат Нью-Хэмпшир, США). Традиционные же типы жилища, как оказалось, являются эталоном энергоэффективности. Интересен хотя бы тот факт, что в традиционном жилище народов севера – чуме – используемые в качестве покрышек наружные оленьи шкуры обязательно располагают мехом наружу, а внутренние – внутрь. Кочевники, кроме того, постригают мех и оставляют ни больше ни меньше как всего лишь треть его длины. Кажется неразумным? Но их действия выверены до мелочей, иначе на длинном волосе может образоваться ледяная корка, которая ухудшит влажностный и тепловой режим помещения. И таких особенностей немало … Теория формирования архитектурных решений энергоэффективных зданий, как известно, подразумевает реализацию при проектировании следующих групп принципов: градостроительных, архитектурно-планировочных, конструктивных и принципов использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии [3, 4]. В группе градостроительных принципов решаются выбор местополо- жения здания с учетом климатических особенностей, ландшафта, существующей застройки в районе предполагаемого строительства. Ответом народного северного жилища здесь служат ориентация построек на солнечную сторону, включение построек в природный ландшафт (приречно- овражный тип расселения), создание замкнутой структуры поселений, ориентация застройки, способствующая защите от ветров и снега и удобству сообщений с положительными и отрицательными свойствами окружающего ландшафта. Немаловажную роль в повышении энергоэффективности жилища приобетает тепловое зонирование – организация на пути следования теплового потока из внутренней зоны (теплового ядра) к наружной поверхности ряда зон с постепенным понижением требуемой в них температуры. Особое внимание в этом случае уделяется наличию буферных зон – вспомогательных неотапливаемых пространств, снижающих теплопоступления и теплопотери, как правило, за счет теплоизолирующей воздушной прослойки. Попытаемся рассмотреть традиционное жилище народов Севера Рос- сии – чум, ярангу, иглу, северорусскую избу.
- 9 - Чум – переносное жилище народов северо-восточной Европы (саами, ненцы) и Сибири (эвенки, манси, северные якуты, ороки, мганасаны, тувинцы- тоджинцы и др.). Конический остов жилища состоит из 30–50 наклонных шестов. Зимой чум накрывается шкурами оленя, изюбра или лося, сшитыми в полотнища, летом – вываренной берестой или корой, иногда парусиной или мешковиной. Вход завешивается шкурами, летом – грубой тканью. В центре чума находится очаг, по обе стороны от входа располагаются места для спанья: на пол кладут бересту, циновки из ивовых прутьев и сухой травы, сверху – оленьи шкуры (см. табл. 1.1). Таблица 1.1. Характеристика традиционной архитектуры северного жилища – чума Вид жилища Схема теплового зонирования ЧУМ Борисов А.А. Чум ненцев в Малых Кар- макулах. Новая Земля. 1896. Холст на картоне, масло Условные обозначения: буферные зоны Спальный полог, опускающийся на ночь, делит пространство чума на «комнатки» – «чум в чуме». Дополнительная буферная зона создается «спальным мешком», внутри которого температура воздуха колеблется от +13 °С до +20 °С. Создание череды буферных зон обеспечивает комфортную температуру в месте постоянного пребывания человека при температуре окружающей среды -30 °С. Северные традиции в архитектуре и строительстве складывались ве- ками. Яранга – переносное жилище некоторых кочевых народов (чукчей, коряков, эвенов, юкагиров) северо-востока Сибири. Каркас собирают из лёгких деревянных шестов в форме слегка наклонённой внутрь стенки и конуса или купола над ней. Сверху каркас покрывают оленьими или моржовыми шкурами. В среднем на ярангу обычного размера требуется потратить около 50 шкур. Яранга состоит из двух половин: чоттагина и полога. Чоттагин пред- ставляет собой подобие сеней. Это холодная часть жилища. Полог – теплый шатер, сшитый из оленьих шкур, отапливается и освещается
- 10 - жировой лампой. Он служит спальным помещением. В ярангах двери закрываются только в пургу. В чоттагине стоят ящики с одеждой, выделанными шкурами, отрезами тканей. Рядом стоят бочки с квашениями. Над очагом висит котел. Полог освещается каменными жирниками ( горит, например, полоска меха, опущенная в жир и пропитанная им). Температура воздуха в пологе ночью близка к нулю. Максимум ее приходится на вечер, когда вносят котел или чайник, и достигает +20…+25 °С (см. табл. 1.2) [6]. В этом заключается следование концепции «двойной оболочки». Двойная оболочка наружных конструкций позволяет нагретому воздуху циркулировать по воздушным прослойкам, расположенным в ограждающих конструкциях. Тем самым нагретый воздух охватывает все здание и хорошо его изолирует (рис. 1.1). Таблица 1.2. Характеристика традиционной архитектуры северного жилища – яранги Вид жилища Схема теплового зонирования ЯРАНГА Чукотская яранга, 1913 г. Условные обозначения: буферные зоны Для климатологического анализа особый интерес представляет жи- лище эскимосов – иглу, построенное из самого простого и доступного в местных условиях строительного материала – снега и льда. Форма иглу идеальна для суровых условий, так как обеспечивает минимум поверхности на единицу объёма. С точки зрения аэродинамики она оказывает небольшое сопротивление ветру, а отсюда и меньшие потери тепла. Внутренние поверхности купола и пола, обычно покрываемые мехами и шкурами, Рисунок 1.1. Яранга. Внешний вид
- 11 - увеличивали теплоизоляцию и обеспечивали относительно высокую температуру поверхности. Небольшие отверстия в середине купола, которые открывались в сторону, противоположную господствующему направлению ветра, обеспечивали ограниченную вентиляцию [7]. Иглу – куполообразная постройка из уплотнённых ветром снежных или ледяных блоков. Вход через отверстие в полу, к которому ведет длинный коридор, прорытый в снегу ниже уровня пола. Если снег неглубокий, вход делают в стене, а перед ним строят коридор из снежных блоков. Большая часть пространства внутри занята лежанкой из снега, покрытой шкурами. Иногда и стены покрывают изнутри шкурами. Свет проникает через толщу стен, иногда через окна из озерного льда или тюленьих кишок. Отапливается и освещается жирниками – плошками с жиром, светильниками. Для защиты входа от ветра к хижине, сооруженной на тонком снежном покрове, пристраивают тамбур или с наветренной стороны складывают стенки. Тамбур лучше защищает от ветра и снежных заносов; тамбур можно использовать также как кладовую или укрытие для собак (табл. 1.3). Таблица 1.3. Характеристика традиционной архитектуры северного жилища – иглу Вид жилища ИГЛУ Внутренний и внешний вид эскимосского иглу (Большая советская энциклопедия) Схема теплового зонирования Условные обозначения: буферные зоны
Доступ онлайн
В корзину