6510

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Ю. Агеева

ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Ю. Агеева

ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК

Агеева Е. Ю. Особенности проектирования энергоэффективных зданий [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Е. Ю. Агеева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 70 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-R)

В учебном пособии изложен систематизированный материал по основам архитектурной

градостроительные и архитектурно-планировочные особенности энергоэффективных зданий, уделено внимание принципам использования энергосберегающих инженерных решений энергоэффективных зданий. Рекомендуется преподавателям, аспирантам, магистрантам и студентам специальностей «Архитектура», «Промышленное и гражданское строительство».

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений.

© Е.Ю. Агеева, 2016 © ННГАСУ, 2016.

3

Содержание

1.Энергоэффективные здания и факторы , влияющие на его композицию…………..5

2.Основы архитектурной композиции и принципы проектирования

2.2.1Градостроительные принципы проектирования………………………….31

2.2.2Архитектурно - планировочные принципы проектирования…………..43

2.2.3. Принципы использования энергосберегающих инженерных решений

…………………………………………………………………………………………..52

Список использованной литературы ………………………………………….66

4

1. Энергоэффективные здания и факторы , влияющие на его композицию

В настоящее время в большинстве городов России накопился ряд крупномасштабных критических проблем, затрудняющих их нормальное развитие и функционирование. К числу таких проблем относится полное или почти полное использование селитебных территорий в городской черте для традиционного жилищного строительства кварталами или микрорайонами на незастроенных территориях. Помимо этого имеет место острый дефицит теплотехнических ресурсов, при чрезвычайно больших теплопотерях в магистральных и внутриквартальных тепловых сетях, значительная часть которых, находится в предаварийном состоянии и в стадии перманентных ремонтов. Кроме того, эксплуатируемые в настоящее время жилые здания по показателям энергосбережения в 2—3 раза уступают не только аналогичным зданиям европейских стран, но не поспевают за действующими отечественными нормативными документами, что увеличивает расходы на их обслуживание.

Сложившаяся в настоящее время энергетическая и экономическая обстановка в стране требует иного, нового, отвечающего реалиям нашего времени, "подхода к проблеме энергосбережения при строительстве новых и реконструкции существующих объектов. Стоит задача повысить энергоэффективность существующего жилого фонда и, безусловно, использовать все имеющиеся научные разработки в новых проектах, с целью улучшить энергоэффективность новой застройки и придать ей новые преимущественные потребительские качества, очевидные не только жильцам, но и инвесторам, а также риэлторам.

Одним из эффективных путей нейтрализации указанных негативных тенденций и перспективных градообразующих форм застройки может стать строительство энергоэффективных зданий.

Энергоэффективные здания как новое направление в экспериментальном строительстве появились после мирового энергетического кризиса 1974 года. Проект первого энергоэффективного высотного здания начал осуществляться в 1972 году в Манчестере, штат Нью-Хемпшир, США архитекторами Николасом Исааком и Эндрю Исааком. В окончательном варианте проекта здание общей площадью

5

16350 м2 состояло из семи офисных этажей, технического этажа и двухъярусного гаража (рис. 1.1). Экономия энергии, затрачиваемой на вентиляцию здания, реализовывалась уменьшением объема поступления наружного воздуха путем рационализации планировки; замены наружного воздуха очищенным рециркуляционным, а также правильной организацией воздухораспределения. За счет применения рекуператоров тепла энергия, затрачиваемая на нагрев и охлаждение приточного воздуха, была уменьшена на 60-75%. Для снижения затрат электроэнергии на освещение была использована система управления искусственным освещением в зависимости от изменения уровня естественного освещения.

Второе здание, которое было запроектировано и построено как энергоэффективное – это здание «EKONO-house» в г. Отаниеми близ Хельсинки, Финляндия, 1979 г. Авторами проекта стали инженеры фирмы, работавшие под руководством архитектора Хеймо Каутонена. Основными инновационными энергосберегающими решениями здания «EKONO-house» являются:

∙эффективное использование внутреннего объема здания для минимизации площади ограждающих конструкций и уменьшения через них теплопотерь;

6

∙эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций для уменьшения теплопотерь;

∙высокая теплоемкость ограждающих конструкций для накопления тепла и повышения теплоустойчивости здания;

∙аккумулирование тепла солнечной радиации в основании здания для снижения нагрузки на систему отопления;

∙применение вентилируемых окон для уменьшения теплопоступлений в летнее время и уменьшения теплопотерь в зимнее время;

∙минимальные утечки воздуха (герметичность здания) и низкий расход наружного воздуха в системе вентиляции для снижения затрат энергии на отопление здания;

∙эффективное освещение для снижения затрат электрической энергии;

∙система автоматического управления оборудованием климатизации и освещением для оптимизации и учета потребления энергии.

Ключевая особенность системы климатизации здания «EKONO-house» – окна специальной конструкции, так называемые «вентилируемые окна». В отличие от окон традиционной конструкции, имеющих замкнутую воздушную прослойку между стеклами, вентилируемые окна имеют вверху и внизу щели, через которые движется (вентилируется) внутренний воздух. Ежегодное удельное теплопотребление первой секции здания «EKONO-house» составило 124 кВт·ч/м2. Это на 50 % ниже удельного теплопотребления административных зданий, построенных в Финляндии в то время. Подобные здания в США имели еще большее удельное теплопотребление. Ежегодное удельное электропотребление первой секции составило 79 кВт·ч/м2, что также ниже электропотребления подобных зданий в Финляндии или США.

Идея использования энергосберегающих технологий получила свое продолжение в проекте жилого района VIIKKI, Хельсинки, Финляндия, 1980-е гг. Энергоснабжение района обеспечивается комбинацией районного тепло- и электроснабжения Хельсинки и солнечного теплоснабжения. Система солнечного

7

теплоснабжения состоит из восьми установленных на здании солнечных коллекторов общей площадью 1248 м2.

В мае 1997 года во Франкфурте-на-Майне было завершено строительство здания «Commerzbank». Его высота составляет 259 метров, высота с антенной – 300 метров (24-е место в мире по высоте). Здание, разработанное британским архитектором сэром Норманом Фостером и его студией «Foster and Partners» (Лондон), представляет собой радикальный пересмотр всей концепции строительства высотных зданий. В небоскребе используются главным образом естественное освещение и естественная вентиляция, имеется атриум, проходящий от уровня земли до самого верхнего этажа, и из каждого офиса или части здания открывается вид на город. Атриум является каналом естественной вентиляции для смежных офисных помещений здания. Каждый этаж имеет три крыла, два из которых выделены под офисные помещения, а третье является частью одного из четырехэтажных зимних садов.

Четырехэтажные сады – « зеленые легкие» здания, размещенные по спирали вокруг треугольной формы здания, обеспечивают для каждого яруса вид на растительность и устраняют неразделенность больших объемов офисного пространства. Для снижения затрат энергии на климатизацию здания, а также для организации естественной вентиляции светопрозрачные ограждения офисов здания сделаны двухслойными. Естественная вентиляция здания «Commerzbank» осуществляется под действием гравитационных сил и под действием ветрового давления. Выбор ориентации здания относительно преобладающего направления ветра позволил обеспечить достаточную естественную вентиляцию. Все функции здания направлены на удовлетворение потребностей сотрудников и в то же время предполагают высокую эффективность использования энергии. Это достигается при управлении инженерным оборудованием «интеллектуальной» системой, которая обеспечивает оптимальный режим работы систем вентиляции, отопления и охлаждения, а также параметры микроклимата непосредственно в рабочей зоне. При разработке проекта использовались методы компьютерного моделирования и аэродинамические исследования.

8

К началу девяностых годов во Франкфурте-на-Майне назрела острая необходимость в перепланировке центральной части города. Было принято решение об уплотнении застройки банковского квартала города и строительстве высотных зданий. Наряду с «Commerzbank» и рядом других объектов было построено «MAIN TOWER». Здание заняло четвертое место по высоте (200 метров, с учетом антенны – 240 метров) и было сдано в эксплуатацию в январе 2000 года. «MAIN TOWER» представляет собой две башни, одна из которых, высотой 200 метров, в плане круглая, а другая, высотой 170 метров – квадратная. Общая площадь помещений, включая подземные этажи, составляет 101705 м2.

При проектировании и строительстве здания «MAIN TOWER» были использованы следующие энергоэффективные мероприятия:

∙применение автономных источников энергосбережения;

∙использование тепла земли для снижения затрат энергии на отопление;

∙использование основания здания для накопления тепла или холода;

∙использование светопрозрачных ограждающих конструкций с высокими тепло- и солнцезащитными характеристиками, а также применение автоматических солнцезащитных устройств для снижения теплопотерь в зимнее время и снижения нагрузки на систему климатизации в летнее время;

∙использование в теплую погоду естественной вентиляции через открываемые окна для снижения затрат энергии и улучшения микроклимата помещений;

∙применение охлаждаемых потолков и панельно-лучистого отопления для снижения затрат энергии на охлаждение и отопление, а также для улучшения комфорта;

∙применение «интеллектуальной» системы автоматического управления инженерным оборудованием для обеспечения комфортных параметров микроклимата помещений и снижения затрат энергии;

∙автоматическое регулирование уровня искусственного освещения и использование осветительных ламп нового типа, обеспечивающих снижение затрат энергии на 2025%.

Для энергоснабжения здания «MAIN TOWER» используются:

∙автономные источники тепловой и электрической энергии, работающие на природном газе;

9

∙тепло земли для отопления и охлаждения здания;

∙внешние источники тепловой и электрической энергии (централизованное теплоснабжение и энергосистема города).

Окна здания «MAIN TOWER» выполнены в виде двойных стеклопакетов, заполненных криптоном. Толщина специальных стекол, покрытых с двух сторон металлоксидной пленкой, выполняющей солнцезащитные функции, составляет 10 мм. В круглой части башни наружное стекло стеклопакета выгнуто в соответствии с радиусом кривизны башни, а внутренне стекло – плоское .

Здание «MAIN TOWER» оборудовано системой механической вентиляции, однако, в теплую погоду для снижения затрат энергии и улучшения микроклимата помещений возможно использование естественной вентиляции через открываемые окна, створки которых выдвигаются параллельно фасаду. Расстояние, на которое выдвигаются створки, регулируется от 1 до 200 мм, в зависимости от условий наружного климата.

Благодаря остеклению «от пола до потолка» в здании «MAIN TOWER» обеспечивается высокая степень естественного освещения в течение светлого времени суток. Если в помещении достаточно светло, то лампы на потолке, расположенные рядом с окном, автоматически выключаются. Такое решение также позволяет снизить затраты энергии на освещение.

ВРоссии единственным энергоэффективным высотным зданием является 17этажный энергоэффективный жилой дом в микрорайоне Никулино-2 в г. Москве, разработанный и реализованный в период с 1998 по 2002 гг. Энергоэффективные мероприятия, использованные при проектировании и строительстве жилого дома:

∙теплонасосная установка для горячего водоснабжения, использующая тепло грунта

иудаляемого вентиляционного воздуха;

∙система вентиляции с механической вытяжкой и естественным притоком;

∙система отопления, обеспечивающая возможность поквартирного учета и регулирования тепловой энергии и индивидуального регулирования температуры воздуха в помещениях;

∙наружные ограждающие конструкции с повышенной теплозащитой. Теплоэнергоснабжение здания осуществляется двумя путями:

10