Стерлинг - Проектирование заглубленных жилищ

Обобщен опыт США в проектировании и строительстве  заглубленных жилых зданий, возводимых с использованием теплоизоляционных и защитных свойств грунта. Приведены интересные решения заглубленных зданий для различных климатических зон и рельефа местности с минимальной площадью поверхности наружных стен. Даны рекомендации по использованию в качестве строительных материалов таких дешевых природных ресурсов, позволяющих экономить энергию, как грунтовая изоляция л пассивное солнечное  излучение.

Книга издается с незначительными сокращениями: в частности, исключены сведения, касающиеся чисто юридических и финансовых аспектов; планировочные решения, хороню известные советскому читателю, а также перечень американских нормативов.

Книга предназначена для архитекторов и проектировщиков.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Эта книга явилась результатом длительного изучения Миннесотским университетом проблемы  использования подземного пространства. Как ни странно, вначале нам пришлось отказаться от проектирования  подземных жилищ и заняться  проектированием подземных конструкций для Зданий больших размеров с целью получения значительных выгод. 

Предполагалось максимально  использовать дорогостоящую землю для  целей наиболее важных или наиболее желаемых; поверхность земли — под строительство жилых зданий, для сельскохозяйственных нужд и устройства зон отдыха, а подземное пространство — для строительства складов для промышленных предприятий. В то время считалось, что  упоминание о возможности строительства подземных или заглубленных Жилищ может из-за отрицательной психологической реакции вызвать негативное отношение к любым другим подобным идеям. В немалой степени благодаря концепциям и энергичной деятельности Томаса Буша в области строительства заглубленных жилищ реакция на идею использования подземного пространства была такой, словно речь шла лишь об обобщении многих  работ в этой области и не более. Это не могло удивить нас: аналогичные вопросы экономии  земли и охрана окружающей среды рассматриваются и в обычном жилищном строительстве, к тому же лишь в немногих - сооружениях можно добиться высоких энергетических  показателей за счет использования  регулирующих температуру свойств земли.

В самом деле, человек всегда обращался к земле, чтобы защититься от воздействия неблагоприятных и экстремальных климатических  условий. Лишь исторически  непродолжительная эра доступного и дешевого топлива позволила нам строить дома, не зависящие от  климатических условий, и снабжать эти дома энергией, которая необходима нам для создания комфортных условий.

Теперь, когда количество природного топлива сокращается, а цены на него быстро растут, настало время пересмотреть взгляд на те возможности, которые предлагает нам земля.

При имеющихся в нашем  распоряжении конструкциях нет необходимости возвращаться к пещерам. Цель строительства заглубленных жилищ — поддержать или улучшить взаимоотношения их с окружающей средой; используя землю, как одеяло, укрыть здание со всех сторон: земля защитит его как барьер от ветра, холода, нежелательной инфильтрации и будет препятствовать прямым потерям тепла. К категории подземных могут быть отнесены только несколько жилищ, рассмотренных в книге, для всех остальных земля используется для того, чтобы защитить их и все коммуникации, либо улучшить  энергетические характеристики — отсюда термин «земляная защита». 

Применение земляной защиты позволяет не только значительно снизить  расход энергии в нормальных условиях, по и уменьшить зависимость от снабжения топливом, особенно в  условиях суровой зимы в штате Миннесота и других северных штатах.

Цель книги — сообщить читателю информацию, которая может быть полезна при архитектурном проектировании заглубленных жилищ. В первой части книги, представляющей собой руководство по проектированию, рассмотрены все наиболее важные аспекты, которые должны приниматься во внимание в процессе архитектурного и  строительного проектирования  заглубленного здания. Во второй части  приводятся фотографии и чертежи  построенных жилищ, иллюстрирующие различные пути практического осуществления положений, рассмотренных в первой части.

Информация, изложенная в  первой части книги, в целом элементарна для профессионалов и  предназначена в основном для заинтересованного читателя. Но определенный  интерес для большинства читателей может представлять та часть, в  которой рассматриваются энергетические характеристики заглубленных зданий и выбор механического оборудования. Обсуждение  энергетических вопросов мы постарались  изложить в форме, доступной для  широкого читателя.

В книге рассматриваются только индивидуальные заглубленные  жилища, тем не менее, очевидно, что большинство выводов применимо и для многоквартирных заглубленных  домов, особенности, проектирования  которых явятся следующим этапом в области информации о  проектировании. И хотя исследования были сосредоточены на изучении нужд и потребностей Миннесоты, большая часть информации найдет широкое распространение в остальных штатах. Проектирование заглубленных жилищ предусматривает множество различных способов сохранения  энергии, например пассивное использование солнечной энергии. Применение в совокупности таких мер позволит создать прочные конструкции, требующие минимальных эксплуатационных затрат, что в результате  обеспечит низкую стоимость эксплуатации здания и возможность сохранения энергии.

ЧАСТЬ 1

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Глава 1

ВЫБОР МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЗАГЛУБЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Выбор и определение  местоположения заглубленного дома — один из наиболее важных аспектов всего процесса  проектирования. Что касается  обычных наземных зданий, то эта задача является  второстепенной, так как архитектурные решения их хорошо известны,  а проблемы экономии энергии нередко игнорируются. Для любого здания, удачно  решенного с точки зрения энергетической эффективности, очень важно представлять себе преимущества, которые можно получить в результате правильного выбора его  местоположения, учитывая ориентацию  здания и характер растительности на участке.

При выборе и определении местоположения заглубленного здания важно также  принимать во внимание особенности, существенные лишь для этого типа зданий, — топографию участка, геологические и  гидрогеологические условия,  размеры участка и расположение соседних построек. Часть  информация о местоположении довольно проста и очевидна, между тем остальная часть сравнительно сложна и носит технический характер. В этом разделе сделана попытка изложить основные концепции по выбору местоположения  заглубленного здания и показать \значение каждого из аспектов.

1.1. ОРИЕНТАЦИЯ

Один из наиболее важных аспектов выбора  местоположения здания — его ориентация. Хотя здание называется  заглубленным, не следует полагать, что оно полностью  засыпано землей, так как по многим соображениям  представляется необходимым  наличие оконных и дверных  проемов. Группировка проемов и определение направления,  куда они будут выходить, могут быть названы ориентацией здания на площадке. Тремя  важнейшими элементами,  определяющими ориентацию,  являются солнце, ветер и вид на местность. Правильная ориентация здания по отношению к солнцу и ветру может  обеспечить значительную экономию энергии дополнительно к тому количеству, которое  обусловлено засыпкой. Вид на местность— это важный  эстетический и психологический  элемент ориентации.

Солнце — один из наиболее важных элементов, который следует учитывать при  проектировании энергетически эффективных зданий. Энергия  солнечной радиации может быть использована для получения тепла в здании, как в активной, так и в пассивной форме.  Большинство активных систем использования солнечной  энергии имеют плоские  коллекторы, которые могут быть  установлены непосредственно на здании или по соседству с ним.

Расположение системы  солнечных коллекторов на здании  оказывает непосредственное  влияние на ориентацию и проектные решения заглубленного  жилища. Обычно коллектор должен быть ориентирован строго на юг, но в зависимости от каждой конкретной системы допустимы различные варианты.

Все пассивные методы  использования солнечной энергии основаны на применении  энергии солнечной радиации, которая попадает в дом через окна. Пассивное использование солнечной энергии в энергетически эффективном доме весьма желательно, так как оно не  требует капитальных затрат, которые необходимы при активных методах, и в то же время позволяет экономить значительное количество энергии. Согласно последним исследованиям в области применения пассивных методов использования  солнечной энергии, двойное  остекление окон, ориентированных на юг, позволит получить определенную экономию энергии  даже без использования портьер или жалюзи в ночное время.

Это доступное тепло солнечной радиации следует  рассматривать как весьма важный  фактор при выборе  местоположения заглубленного здания, у которого оконные проемы  обычно располагаются по одному фасаду, чтобы обеспечить максимальную засыпку здания.

Если исходить из оптимального использования солнечного  освещения, то следует признать целесообразной ориентацию всех оконных проемов на юг, оставив, таким образом, три стены полностью под засыпку. Количество энергии,  получаемой путем пассивного  использования солнечной радиации, значительно уменьшается при окнах, ориентированных на восток и запад, и полностью исключается при окнах,  ориентированных на север. Необходимо сознавать, что условия площадки и некоторые другие условия  проектирования могут ограничивать  принятие выгодных решений. В этих случаях допустимы  альтернативные решения, которые  позволят использовать максимальное количество солнечной  энергии. Применение верхнего света (световых фонарей), например, может быть использовано в целях накопления (пассивной) солнечной энергии, однако  проектирование таких элементов должно быть выполнено весьма тщательно, так как они могут стать причиной потерь энергии.

Важно также отметить, что солнечный свет, желательный во время отопительного сезона, нежелателен в помещении в теплое время года, когда  возникает потребность в  охлаждении воздуха. Существуют  различные способы уменьшения поступления солнечного тепла, например, использование  растений, навесов или жалюзи.

Дополнительные рекомендации по активному и пассивному  использованию солнечной  энергии приведены в гл. 3. Ветер. Влияние ветра на ориентацию заглубленного  здания — серьезный  энергетический фактор. Из-за того, что непосредственное воздействие холодных зимних ветров  увеличивает потери тепла в здании в результате инфильтрации и охлаждающего эффекта  воздушного потока, желательно защитить здание от этого воздействия любыми доступными способами. В северном  полушарии преобладают  северо-западные ветры. Уменьшение  площади оконных и дверных проемов на северном и западном  фасадах здания может улучшить его энергетическую  эффективность. Заглубление здания дает возможность полностью исключить воздействие господствующих зимних ветров, так как Земля защищает конструкцию от ветра. Заглубленные здания, в том числе с внутренними  двориками, могут быть в  значительной степени защищены от ветра господствующих, хотя воздействие слабых ветров, возникающих в результате турбуленции, не исключено. Характер турбуленции зависит от многих  особенностей проекта: размера  внутренних двориков, деталей ограждающих конструкций и особенностей рельефа.

В летнее время для  естественной вентиляции желательно использовать господствующие бризы. Обычно они дуют с  северо-востока, но иногда  направление может быть иное в зависимости от местных  условий, характера растительности и топографических  особенностей. К сожалению, ориентация заглубленного здания окнами на юг не позволяет обеспечить необходимую вентиляцию. 

Некоторые проемы, например окна или вытяжки, должны быть сделаны на северной  стороне или в крыше здания с целью создания естественной сквозной вентиляции. 

Существует множество различных решений, обеспечивающих  хорошую естественную  вентиляцию. Если проектировщик считает целесообразным сделать максимальную изоляцию  здания грунтом, уменьшив при этом объем естественной  вентиляции, то в таком случае может быть применена  механическая вентиляция. Основные положения о взаимосвязи  вентиляции и создания  комфортных условий приведены в гл 3.

Вид из окон — одна из наиболее важных  характеристик заглубленного здания. При проектировании здания на живописном ландшафте следует учитывать два серьезных  соображения. Допустим, желаемый вид из окна ориентирован не на юг. Такая ориентация  оконных проемов не позволит использовать дополнительное тепло, которое можно получить непосредственно от солнца.

Второе соображение  заключается в том, что вид из окон заглубленного здания может быть более ограничен, чем из обычного. Это не имеет  существенного значения при  проектировании здания на  «падающем» рельефе. Однако при проектировании его на  спокойном рельефе предусмотрен ряд решений, которые позволяют расширить обзор из  заглубленного здания (см. гл. 2).

В случае нежелательного вида из окон, например, на магистраль или на соседние застройки, важное значение приобретает выбор другой ориентации окон (в частности, весьма эффективна ориентация во внутренний дворик).