Функционально-пространственная организация энергоэффективных домов

Формообразование является основополагающим и первоочередным шагом при проектировании энергоэффективного здания, на которое влияют различные взаимодействия. Для упорядочения процесса пространственной организации энергоэффективного объекта необходимо исследовать структуру объекта. Строение архитектурного объекта можно представить в виде отдельных структур, которые объединяются между собой по разным принципам их организации. Задачей данной статьи является выделение основных принципов, по которым отдельные элементы связываются между собой в единую структуру - энергоэффективное здание.

Для структуризации процесса формирования энергоэффективного здания предлагается разделить его на три этапа, с акцентом на этапе формирования геометрической модели объекта как определяющей.

• предпроектный этап
• этап формирования геометрической модели объекта
• этап оптимизации и творческого совершенствования объекта

Для оптимизации процесса проектирования на этапе формообразования предлагается разработать модель внутренней структуры объекта, сформировать ее геометрическую модель и ее взаимодействие с внешней средой, которой можно будет управлять и оптимизировать в зависимости от суммарной оценки энергоэффективности модели. Основой геометрической модели будут структурные элементы объекта (определенные объемы, например – функциональные зоны) и их взаимосвязи между собой, что формируются на основе взаимодействия технических показателей каждого элемента друг с другом, а также взаимодействия элементов с внешней средой. Изменение показателей отдельных элементов или изменение взаимосвязей между ними (пространственное взаиморасположение элементов относительно друг друга) будет приводить к изменению общего показателя энергоэффективности здания.

Таким образом можно будет управлять показателем энергоэффективности объекта на этапе формирования геометрической модели данного объекта. Для этого еще на этапе определения основных средств проектирования и на этапе формирования структурной модели нужно определиться с параметрами каждого структурного элемента, с конструктивными и инженерно-техническими решениями, а также с взаиморасположением каждого структурного элемента относительно друг друга.Но для того, чтобы сформировать геометрическую модель объекта, нужно сформировать объемно-планировочную структуру данного объекта.

Остановимся на особенностях функционально-пространственной организации энергоэффективного здания. Если рассматривать дом как структуру, состоящую из отдельных элементов, то нужно выделить основные принципы, по которым эти элементы связываются между собой. Функционально-пространственным элементом будем считать определенный объем (не только плановую проекцию) помещения (или части помещения), что выполняет определенную функциональную задачу. Структура пространственных связей может быть представлена в виде графа связи. Архитектор, кодируя в графе структуру необходимых связей, может ими манипулировать, подбирая разные варианты. Выделены три принципа формирования функционально-пространственной структуры энергоэффективного здания.

Дифференциация объемов по функционально социальным факторам

Первый принцип предусматривает дифференциацию объемов по функционально социальным факторам. Характер использования пространств указывает на основные требования к жилью - количество и характеристики функциональных зон бытовых процессов в здании. Если рассматривать индивидуальное жилье, можно выделить основные группы помещений, которые в свою очередь делятся на отдельные планировочные ячейки и зоны:

• общесемейная группа (общая комната, кухня, санузел, кабинет и др.)
• индивидуальная группа (спальни, санузлы, гардеробные и др.)
• группа помещений обслуживания (котельная и др.)
• коммуникации (лестницы, коридоры).

Синтезирования внутренней структуры здания по данному принципу является основным методом проектирования всех времен.

Связь внутренних и внешних пространств дома

Второй принцип учитывает связь внутренних и внешних пространств дома с учетом влияния окружающей среды. Здесь речь идет о взаимозависимости функционально-планировочных элементов - количества и качества помещений внутри дома и природно-климатических факторов:

• климатическая зона
• температурно-влажностный режим
• ветровой режим
• режим инсоляции
• наличие природных угроз (сейсмичность)
• локальные микроклиматические условия – окружающая застройка
• геология грунтов
• водные ресурсы
• растительный мир местности

Рассматривается организация участка и вводится разделение ее на дискретные единицы:

• сад
• элементы ландшафтного дизайна
• отдельные и временные здания и сооружения
• элементы внешнего декора и др.

И, самое главное, взаимозависимость функционально-планировочных элементов и природно-климатических факторов трансформируется в создание определенных желаемых приемов в пространственной организации здания.

Например:

• минимальный фронт ограждающих поверхностей
• широтная ориентация здания удлиненным фасадом на юг
• моделирование внутренней структуры с учетом инсоляции и пассивного солнечного обогрева
• уменьшение площади северного фасада с помощью ската кровли
• дифференциация остекления фасадов: максимальное остекление южного фасада, минимальное – северного
• учет высоты подъема летнего и зимнего солнца – защита южного фасада от перегрева: выступления в кровле, ламели, пристройки
• применение пассивных систем использования солнечного облучения - прямого облучения

Использование известных приемов

Третий принцип формирования функционально-пространственной структуры энергоэффективного здания включает использование известных приемов, присущих энергоэффективным зданиям:

• максимально компактный план и объем
• тепловое зонирование функционально-планировочных групп в доме
• исключение технических помещений из отопительного контура
• цвет поверхностей здания, улучшает теплопоступления
• устройство планировочных приемов для улучшения теплопоступлений и уменьшения теплопотерь – частичное углубление дома в почву, устройство атриумных помещений
• устройство буферных зон: для накопления тепла – встроенные и пристроенные оранжереи южной ориентации, изолирующие для предотвращения теплопотерь – буферные неотопительные помещения с северного фасада
• особенности конструкций: материалы ограждающих конструкций, обеспечивающих минимальный коэффициент теплопередачи
• тройное остекление с заполнением пространства между стеклом газом аргоном или низкоэмиссионное стекло, создание герметичной оболочки изнутри здания по всей ограждающей поверхности
• обеспечения герметичности всех переходных соединений, исключение «мосты холода»

Используя данные принципы формирования структуры энергоэффективного здания, на основе предложенных принципов моделирования, могут быть обнаружены готовые варианты комбинаций взаимодействия объемно-пространственных групп элементов различных типов, которые могут быть классифицированы с точки зрения энергоэффективности. Различные комбинации взаимодействия элементов планировочных групп здания могут быть сведены в таблицы уже готовых геометрических вариантов функционально пространственных решений.

Другими словами, можно предположить, что при заданных условиях на основе заданного количества элементов можно заранее выявить все возможные варианты их компоновки, при этом выделив из них только рациональные с точки зрения энергоэффективности.Используя данные принципы формирования структуры энергоэффективной здания, можно ускорить и рационализировать процесс проектирования, а также создать варианты комбинаций взаимосвязей пространственных элементов здания по заданным условиям.

В дальнейших исследованиях компании Дом Покров планируется создание геометрической модели объекта, используя приведенные принципы формирования его функционально-пространственной структуры.

Как утеплить каркасный дом эковатой

Второй оптимальный способ утеплить каркасный дом – это использовать эковату. В большинстве сл...

Расходы на утепление стен снаружи и изнутри дома

С начала 50-х до середины 80-х годов ХХ века большие бетонные плиты были распространенным мат...

Повышение энергоэффективности зданий на основе их термомодернизации

В большинстве европейских стран более 30% конечной энергии потребляется зда...