Повышение энергоэффективности в строительстве с помощью архитектурно-планировочных решений

В статье освещается проблема энергосбережения в строительстве, определяются основные архитектурно-планировочные решения, с помощью которых можно значительно снизить энергопотребление.

Ключевые слова: энергоэффективность, наружный климат, архитектурно-планировочные решения.

С течением времени заинтересованность общественности в повышении энергоэффективности применяемых технологий только растет. Это обусловлено чрезмерными тратами на энергоснабжение и негативным влиянием на окружающую среду, которое на сегодняшний день стоит особенно остро из-за стабильного роста количества энергии, потребляемой на обогрев (в зимнее время) и охлаждение (в летний период) зданий. Данную проблему можно решить прибегая к инновационным решениям которые, не изменяя привычный образ жизни способны положительно повлиять не только на микроклимат помещений, но и приносить меньше вреда экологии [1, c. 33].

Методология проектирования энергоэффективного здания стоит в комплексном анализе здания как единой энергетической системы, так как обособленное применение инновационных технологий приведет к снижению энергетической эффективности здания.

Проектирование, согласно данной методологии, состоит из следующих этапов:

1. Математический расчет тепломассообменных процессов, которые будут происходить в проектируемом здании.
2. Определение ограничивающих условий. На данном этапе происходит формулирование конечной задачи, которая может представлять собой: снижение затрат энергии на отопление, снижение потребления электроэнергии оборудованием на протяжении всего периода эксплуатации, уменьшение установочной мощности оборудования, предназначенного для создания комфортного микроклимата и прочее.
3. Выбор способа, который решит поставленную оптимизационную задачу, а также будет экономически обоснован, технически осуществим и экологичен.

При проектировании энергоэффективного здания наружный климат и само здание следует рассматривать как две независимые энергетические подсистемы. Используя потенциал наружного климата, можно определить методы его использования для отопления здания в холодный период времени и охлаждения — в теплый. В то время как анализ заданных характеристик здания поможет в подборе оптимальных архитектурно-конструктивных, теплотехнических или энергетических показателей [2, c. 23].

Одним из самых часто используемых способов снижения негативного воздействия наружного климата на здание является подбор оптимальных архитектурно-планировочных решений.

1. Выбор участка под строительство. Начинать следует с выбора местоположения здания, при этом учитывается климат, рельеф местности и уже существующая застройка в потенциальном районе строительства. Идеальной считается равнинная местность, окруженная лесным массивом и удаленная от рек и водоёмов. В данном случае холодный ветер не сможет подняться выше уровня лесных массивов, что позволит снизить затраты на утепление верхних этажей высотных зданий. Также массив поможет в борьбе с зимними осадками: он может предотвратить наметание снега на строение, а удаленность от водоёмов защитит от испарения воды и сделает микроклимат несколько мягче [3, с. 10].
2. Определение формы и ориентации здания. Это один из важнейших факторов, который можно с максимальной эффективностью использовать при проектировании здания без дополнительных капиталовложений и ресурсов.
   1. Ориентация. Для более экономного потребления энергоресурсов следует располагать фасад с большей площадью остекления на юг, так как за счет инсоляции можно снизить энергопотребление на отопление в холодный период, а в теплый — снизить потребление электроэнергии, так как естественного освещения будет достаточно для соблюдения нормы, установленной СП 52.13330.2016. Более того инсоляционный режим регулируется СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076–01, который устанавливает обязательную продолжительность инсоляции 2,5–3 ч./сут. для жилых помещений. Также правильная ориентация здания способна избежать дополнительных затрат на утепление и ветрозащиту.
   2. Форма здания. При отсутствии солнечной радиации и ветра и при отрицательных значениях температуры наружного воздуха наименьшие теплопотери через ограждения обеспечивает сферическая форма здания. Наиболее приближенной к сфере фигурой является куб. Следовательно, если имеет место только температурное воздействие наружного климата на здание, то идеальной формой здания является куб. Если строительство планируется в зоне с высокой скоростью ветра и преобладающим направлением ветра — север, то стоит обратить внимание на круглую форму здания, так как именно оно поможет свести к минимуму негативное влияние такой особенности наружного климата. Рассматривая таким образом каждый проект и применяя полученные данные, можно значительно увеличить энергоэффективность каждого здания, а также значительно повысить уровень комфортности пребывания или проживания людей в таких зданиях.
3. Выбор остекления здания и солнцезащиты. Для наибольшего сохранения светового тепла, необходимо установить окна со специальным покрытием (оксид олова, легированный фтором (FTO); нитрид кремния (SiN); оксид индия-титана (ITO); оксид индия (InO) и др.), которые будут отражать длинноволновое инфракрасное излучение обратно внутрь, тем самым, уменьшая потери энергии через окно. Для того чтобы избежать чрезмерного нагрева помещения в теплый период достаточно установить карнизы над окнами, которые будут препятствовать проникновению большого количества солнечных лучей в период, когда солнце находится высоко над горизонтом [4, с. 74].

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что применение архитектурно-планировочных решений направлено на уменьшение влияния негативных факторов наружного климата и использование положительных, что в свою очередь способно значительно увеличить энергоэффективность возводимых зданий. Применяя данные методы и принципы можно значительно улучшить состояние окружающей среды и снизить эксплуатационные затраты на период всего жизненного цикла здания.

Литература:

1. Исследование влияния формы здания на его энергоэффективность / М. В. Рубцова, Е. А. Шевченко, Э. Е. Семенова — Текст: непосредственный // Инженерные системы и сооружения. — 2020. — № 3–4 (41–42). — С. 30–35.
2. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003 [Электронный ресурс]. — URL: http://docs.cntd.ru/document/120009552
3. Рубцова М. В., Семенова Э. Е. Учет влияния формы здания на его энергоэффективность// Инженерно-строительный вестник Прикаспия: научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань: ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2021. № 2 (36). С. 10–15.
4. Головнев, С. Г. Оценка влияния архитектурно-планировочных решений гражданских зданий на энергоэффективность / С. Г. Головнев, А. Е. Русанов. — Текст: непосредственный // Академический вестник УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН. — 2012. — № 4. — С. 74–76.