Тепловая эффективность объемно-планировочных решений

При проектировании многоэтажных жилых зданий столь же тщательно, как требования комфорта и экономичности планировочных решений, необходимо учитывать требования тепловой эффективности. Обострение теплоэнергетической ситуации в мире, рост цен на топливо и исчерпание в перспективе природных ресурсов отдельных видов топливно-энергетического сырья, а также то обстоятельство, что до 40% ресурсов топлива уходит на отопление зданий и сооружений, требуют тщательного учета возможностей сокращения расходов топлива путем рационализации градостроительных, объемно-планировочных и конструктивных решений зданий.

Характеристикой тепловой эффективности проектного решения зданий служит показатель удельного расхода тепла на отопление. Удельный расход вычисляют как отношение тепловой мощности (тепловой нагрузки) в кДж/ч на 1 м2 общей площади здания.

Для контроля тепловой эффективности проектного решения регламентированы контрольные показатели удельного расхода тепла для гражданских зданий разной этажности, строящихся в различных природно-климатических условиях (табл. 2). На изменение величины этого показателя влияют выбор общих объемно-планировочных габаритов здания (табл. 3) - длины, ширины, высоты, изрезанность внешнего периметра, оцениваемая показателем удельного периметра наружных стен (отношение периметра этих стен к общей площади типового этажа), а также решение таких элементов объемно-планировочного решения, как принятые освещенность помещений, число балконов, лоджий и эркеров.

Таблица 2. Контрольные показатели удельного расхода тепла, кДж/(ч·м2 общ. пл.)

Таблица 3. Влияние объемно-планировочных параметров 9-этажных домов на относительные показатели удельных расходов тепла, в % (на 1 м2 общ. пл. при расчетной температуре наружного воздуха - 30°С)

Анализ показателей табл. 4 свидетельствует о большом влиянии на сокращение расходов тепла ширины здания. Следующий по значению - фактор освещенности: отношение площади проема к площади пола освещаемого помещения. (Иногда для удобства расчетов его заменяют показателем проемности наружных стен — отношением площади окон к площади наружных стен брутто). Из табл. 4 видно, что в наибольшей степени влияние этого фактора сказывается при изменении освещенности с 1:4 до 1:7. Дальнейшее резкое снижение освещенности не дает существенного повышения тепловой эффективности.

Таблица 4. Зависимость удельного расхода тепла в 9-этажных домах от показателя удельного периметра наружных стен, %

Протяженность многосекционных зданий мало влияет на сокращение удельного расхода тепла: увеличение длины здания вдвое (со 100 до 200 м) дает экономию всего на 3,5%. Однако сопоставление многосекционного здания с односекционным свидетельствует о резком увеличении в последнем удельного расхода тепла (на 19—20%). Поэтому необходимо сводить объем применения односекционных зданий в застройке к композиционно обусловленному минимуму, особенно при строительстве в районах с суровым климатом.

Увеличение этажности от 5 до 12 сопровождается уменьшением удельного расхода тепла, однако при дальнейшем увеличении этажности расход тепла вновь увеличивается за счет растущего влияния гравитационного и ветрового давления, увеличения расхода тепла на подогрев инфильтрующегося через проемы наружного воздуха. Это обстоятельство показывает, что строительство зданий выше 12 этажей в районах с суровым климатом недостаточно целесообразно.

Однако с позиций требований тепловой эффективности повышение этажности нецелесообразно и в жарком климате. Если в малоэтажных зданиях озеленение и обводнение участков, соответствующая ориентация зданий позволяют привести температуру внутреннего воздуха в помещениях при естественном воздухообмене в жаркое время года к гигиенически допустимым значениям, то на верхних этажах многоэтажных зданий  температура  воздуха превышает эти значения на 3° и более. Это требует в ряде случаев искусственного охлаждения воздуха. Если учесть, что стоимость охлаждения в три раза превышает объем средств, затрачиваемых на отопление, то становится очевидным, что вопрос о выборе этажности в таких условиях требует при проектировании дополнительного анализа с позиций тепловой эффективности.

В качестве обобщающего показателя влияние объемно-планировочного решения на показатели расхода тепла используют показатель удельного периметра наружных стен (табл. 4).

Как видно из табл. 4, увеличение удельного периметра в полтора раза приводит в различных климатических условиях к росту удельных расходов тепла от 18 до 24%. Это обстоятельство требует дифференцированного подхода к изрезанности плана здания при различных климатических условиях. Членение здания ризалитами, уступами, лоджиями и пр. является следствием ряда факторов — композиционных, архитектурно-планировочных, экономических, противопожарных и т. д. Сводить членение зданий к минимуму, придавая объему элементарную форму прямоугольного параллелепипеда, т. е. к показателю удельного периметра около 0,2, целесообразно только в районах с суровым климатом. В районах с умеренным климатом, как показали исследования жилища, экономически приемлемы показатели удельного периметра 0,24—0,26, позволяющие полноценно решать для этих условий композиционные и функциональные задачи.

В жарком сухом климате показатель удельного периметра может строго не регламентироваться. Наиболее важные функциональные требования к объемно-планировочным решениям жилых зданий для такого климата — защита зданий от перегрева в летнее время и обеспечение сквозного проветривания квартир. Решению этих задач способствует членение домов ризалитами, обеспечивающими самозатенение здания, устройство лоджий, организация углового и сквозного проветривания квартир.

Кроме перечисленных мер для экономии удельного расхода топлива в умеренном и холодном климате прибегают к уменьшению числа балконов и лоджий в здании (не более одного балкона или одной лоджии на квартиру) и числа выходов на балконы (только из одного помещения), а в суровом климате — к устройству балконов и лоджий только на путях противопожарной эвакуации.

В связи с влиянием высотного подпора на потери тепла в высоких зданиях прибегают к устройству двойных тамбуров даже в относительно мягком климате. Так, например, в зданиях высотой 16 этажей и более двойные тамбуры устраивают в районах с расчетной температурой холодной пятидневки t_н - 20°С, в зданиях высотой 12-15 этажей при t_н от - 21 до - 25°С, в зданиях 9- 11 этажей при t_н от - 26 до -35°С.