Сохранение энергии и конструктивные решения

Сохранение энергии

Одним из главных аспектов архитектурного проектирования и строительства заглубленных жилищ следует назвать экономию энергии, которая может быть получена в таком типе зданий (см. гл. 3). Существуют два пути сохранения энергии, непосредственно влияющих на выбор конфигурации заглубленного здания — компактность планировки и максимально возможный объем обсыпки здания.

Потери тепла и, следовательно, количество потребляемой зданием энергии есть функция площади поверхности, через которую происходят потери тепла. У здания с большой площадью поверхности потери тепла будут больше, чем у здания с меньшей площадью поверхности, при одинаковых прочих условиях. Очевидно, что здания с одинаковой площадью пола могут иметь различную общую поверхность в зависимости от конфигурации в плане, как это показано на рис. 2.1.

Максимальный объем здания при минимальной площади поверхности стен можно получить, если здание будет круглым в плане. Так как конструкции круглой формы не всегда удобны в строительстве, то наиболее приемлемой и достаточно компактной формой следует считать квадратную или прямоугольную.

Если сравнивать одноэтажные и двухэтажные здания одинаковой площади, двухэтажные здания имеют значительно меньшую общую поверхность, чем одноэтажные. Чем более протяженным и менее компактным проектируется здание, тем больше будут потери тепла. Этот принцип остается верным и для заглубленного здания. Поскольку земля летом холоднее, чем само здание, тепло из него переходит в землю, и это явление следует использовать как способ охлаждения. В этом случае здание с большей поверхностью будет иметь преимущество с точки зрения его охлаждения. В условиях климата Миннесоты основное внимание должно быть уделено уменьшению потерь тепла зимой, а следовательно,— проектированию максимально компактного здания.

Второй важный фактор сохранения энергии, который влияет на проектирование здания - объем обсыпки стен и кровли сооружения. От этого параметра зависит количество сэкономленной энергии, поэтому определение объема обсыпки становится одним из главных аспектов проектирования.

Для максимального сохранения энергии идеальным решением было бы полностью закрытое, максимально заглубленное помещение. Естественно, такое решение неприемлемо как с точки зрения условий внутренней среды помещения, так и с точки зрения положений строительного законодательства. Оконные проемы, внутренние дворики, световые фонари и другие подобные элементы, которые улучшают условия среды обитания, могут быть решены без значительного уменьшения размера экономии энергии, которую обеспечивает заглубление здания, а в некоторых случаях могут увеличить эту экономию. 

Строительное законодательство

Проблемы строительного законодательства применительно для заглубленных домов: здесь необходимо назвать одно из наиболее важных положений, которое касается строительных законов, относящихся к проектированию заглубленных зданий. Для жилых зданий строительными нормами предусматривается, что любая жилая комната должна иметь окно, выполняющее различные функции: обеспечивать освещение и вентиляцию, а также служить запасным выходом при эвакуации людей. Для подсобных помещений это требование исключается так же, как и для ванных комнат, потому что они должны иметь механическую вентиляцию. В наземных зданиях осуществление этих требований не встречает затруднений. Между тем в проектах заглубленных зданий имеется тенденция к уменьшению числа окон и одновременно к концентрации их с целью увеличения энергетической эффективности помещения. Если это требование строго соблюдается, то оно становится одним из доминирующих при проектировании из-за того, что могут потребоваться нежелательные дополнительные проемы или придется неоправданно усложнять конфигурацию здания, чтобы иметь возможность сгруппировать все необходимые окна.

Несомненно, подземный дом без необходимого естественного освещения, вентиляции, условий безопасности и хорошей связи с внешней средой совершенно не пригоден для жилья. Однако решения, позволяющие каким-либо иным способом осуществить те функции, которые обычно выполняют окна (освещение, вентиляция), могут значительно упростить задачу проектировщиков. В основном, проектные соображения и решения, приведенные в этой и других главах, учитывают действующие строительные нормы. В некоторых случаях будут указаны изменения, которые представляется целесообразным сделать в существующих нормах. 

Выбор конструктивных решений

Для любого здания конструктивные решения представляют собой важнейшую часть проекта. Применительно к заглубленным зданиям это тем более верно, поскольку нагрузки от засыпки на кровлю весьма значительны. Конструктивные элементы, воспринимающие эти нагрузки, могут быть подразделены на две группы: более удобные плоские кровли и различные варианты менее удобных пространственных покрытий.

Плоские кровли представляют собой предварительно напряженные железобетонные или монолитные железобетонные плиты, уложенные по деревянным или стальным балкам. Все эти системы имеют общие характеристики, которые позволяют выбрать наиболее простую и обычно прямоугольную конфигурацию здания с плоской или скатной кровлей.

Необходимость выдерживать большие, чем нормальные, нагрузки на кровлю у заглубленных зданий может привести к необычным конструктивным решениям — сферическим и сводчатым конструкциям из бетона или стали. Такие конструкции способны нести большую нагрузку и более эффективны, чем плоская кровля, хотя они могут ограничивать планировку помещений. Эти конструкции в большей степени, чем обычные, влияют на выбор размеров, формы здания, и внутренних помещений. Кроме того, конструкции, в основе которых лежат купола или арки, не очень хороши для устройства оконных проемов, уменьшающих несущую способность этих систем.

Например, если основной несущей конструкцией служит большепролетная арка, то окна могут быть размещены только в торцах здания, а планировка внутренних помещений должна учитывать кривизну кровли. В этом случае наиболее удобной будет конструкция, допускающая устройство второго этажа, либо состоящая из ряда примыкающих друг к другу небольших помещений, что позволит сделать больше оконных проемов. Планы и фотографии построенных заглубленных зданий, в конструкции которых используются стальные арочные элементы, смотрите на страницах нашего сайта x-dom.ru.

Применение этих систем может привести к разработке очень интересных решений, возникающих в результате стремления к максимально эффективному использованию обсыпки. Однако следует отдавать себе отчет в том, что применение необычных систем вызывает различные ограничения при проектировании и ужесточает требования к конфигурации здания.

В качестве примеров, иллюстрирующих различные аспекты проектирования заглубленных зданий, приведены проектные решения, главным образом, использующие обычные конструктивные элементы. С этой точки зрения можно сказать, что подавляющее большинство заглубленных индивидуальных домов будет построено с при--менением обычных конструктивных решений. Вместе с тем следует отметить, что все проектные и энергетические соображения, касающиеся строительства заглубленных зданий, в настоящей работе рассмотрены с позиции использования любых конструктивных систем" как обычной плоской кровли, так и пространственных покрытий.