Градостроительные принципы формирования архитектурных решений энергоэффективных зданий

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. Лицкевича, 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 (приречноовражный 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 Кармакулах. 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