«Стеклянный дом» с пассивным использованием тепла солнечной радиации
Здания с большой площадью светопрозрачных ограждающих конструкций позволяют снизить затраты тепла на отопление и освещение его за счет пассивного использования тепла солнечной радиации и преимущественно естественного освещения. Такие здания часто отличаются интересным архитектурным обликом. Большая площадь светопрозрачных наружных ограждающих конструкций позволяет визуально увеличить внутренний объем помещений.
Одно из первых зданий с большой площадью наружного остекления было построено в Испании еще в 1830 году. Фасад этого здания был сделан из дерева и стекла. В 1920-х годах появились первые здания с ограждающими конструкциями, полностью выполненными из стекла. Одним из первых здания с светопрозрачными ненесущими ограждающими конструкциями стал создавать известный архитектор Ле Корбюзье (Charles Edouard Jeanneret, Le Corbusier, 1887–1965).
Наряду с достоинствами подобные здания имеют и ряд недостатков. Главной проблемой при строительстве таких зданий является риск неприемлемо высоких температур в помещениях в летнее время. В жилых зданиях, у жителей, находящихся за прозрачными стенами, может возникнуть чувство «незащищенности» и связанный с этим психологический дискомфорт.
В последние годы в связи с появлением новых светопрозрачных ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными характеристиками в мире снова возник интерес к строительству подобных зданий. Большое внимание таким зданиям уделяется, например, в Финляндии. В Хельсинки построен целый ряд подобных домов. Интересным примером энергоэффективного и экологического строительства является информационный центр «KORONA» в VIIKKI* – университетском районе Хельсинки. В этом здании располагаются научная библиотека Хельсинского университета и филиал библиотеки Хельсинки, а также администрация факультетов и другие вспомогательные университетские службы, помещения для преподавания и проведения лекций. Здание информационного центра имеет двойную стену, причем внешний слой выполнен из светопрозрачных элементов. В пространстве между стенами располагаются сады. Воздух для системы кондиционирования забирается из различных зон этого пространства – в зависимости от требований параметров приточного воздуха в разное время суток и в разные времена года.
По периметру двойной стены расположены три зимних сада: Египетский, Римский и Японский бамбуковый. Эти сады являются местом для отдыха, открытым для всех посетителей здания информационного центра
Один из вариантов экспериментального жилого здания с большой площадью светопрозрачных ограждающих конструкций был реализован в Дании. В Эгебьергерде (Egebjerggеrd), к западу от Копенгагена, датской некоммерческой ассоциацией домостроителей «Ballerup Ejendomsselskab» был построен одноквартирный «Стеклянный дом». Этот проект представляет определенный интерес для российских специалистов, поскольку климат Дании хотя и мягче, но сопоставим с климатическими условиями европейской части нашей страны.
«Стеклянные дома» в Хельсинки
Информационный центр «KORONA»
Описание здания
Здание «Стеклянного дома» было построено в 1996 году к проводимой Датским научно-исследовательским строительным институтом (Danish Building Research Institute, SBI) выставке «Energy-aware housing – a window on the future». В течение месяца, с 24 мая до 23 июня 1996 года, здание экспонировалось на выставке, затем двенадцать месяцев в нем проживала семья, после чего «Стеклянный дом» стал использоваться как общественный центр нового жилого комплекса. «Стеклянный дом» представляет собой двухэтажное здание общей площадью 205 м 2 .
Проект здания был выполнен архитекторами Боем Лундгаардом (Boye Lundgaard) и Лин Трандберг (Lene Trandberg) и базировался на исследованиях, проводимых SBI. Целью проекта являлась экспериментальная оценка влияния светопрозрачных и полупрозрачных наружных ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными характеристиками на энергопотребление, естественную освещенность и микроклимат помещений «Стеклянного дома».
Наружные ограждающие конструкции «Стеклянного дома»
Наружные ограждающие конструкции здания практически целиком выполнены из прозрачного и полупрозрачного стекла с повышенными теплозащитными характеристиками. В центральной части здания расположены кухня, ванная комната и туалет. Стены вокруг центральной части, плиты покрытия и межэтажного перекрытия, а также колонны, поддерживающие покрытие над двухэтажным атриумом, выполнены из монолитного железобетона.
Общая площадь остекления «Стеклянного дома» составляет 216 м 2 , при этом площади прозрачного и полупрозрачного остекления примерно равны. Коэффициент остекления составляет 95 % для фиксированных прозрачных и полупрозрачных панелей и 45 % для окон. Большая площадь остекления позволяет использовать тепло солнечной радиации для обогрева внутренних помещений и естественное освещение, в результате чего уменьшаются затраты энергии на климатизацию и освещение здания.
Светопрозрачные ограждающие конструкции выполнены с тройным остеклением и заполнены криптоном. Из-за большой массы стеклянных элементов в конструкции дверей используется двойное остекление. Коэффициент теплопропускания составляет 0,50 для ограждающих конструкций с тройным остеклением, 0,70 для ограждающих конструкций с двойным остеклением и 0,40 для полупрозрачных ограждающих конструкций. Коэффициент светопропускания для ограждающих конструкций с тройным остеклением составляет 0,65, для ограждающих конструкций с двойным остеклением – 0,80, а для полупрозрачных ограждающих конструкций – 0,55.
По соображениям безопасности внутренние стекла многослойны. Для рассеивания яркого солнечного света используется матовая пленка, нанесенная на участки с прозрачным остеклением.
Для снижения теплопоступлений от солнечной радиации в летнее время используются солнцезащитные устройства в виде легких, но плотных тканевых роликовых штор, расположенных на внутренней стороне светопрозрачных ограждающих конструкций.
Оконные рамы и переплеты выполнены из древесины лауаны (Lauan), отличающейся высокой прочностью и долговечностью. Высокая прочность древесины позволила сделать рамы и оконные переплеты узкими, что увеличило инсоляцию помещений и улучшило внешний вид здания. Кроме этого, узкие рамы и оконные переплеты повышают теплозащитные характеристики ограждающих конструкций. Сопротивление теплопередаче стеклянного фасада составляет в среднем 1,0 м 2 •°C/Вт.
Система климатизации здания
Вентиляция
Поскольку создателями дома изначально предусматривалась возможность его использования в качестве общественного центра, то на кухне, в ванной комнате и в туалете была запроектирована система механической вентиляции. Вентиляция жилых помещений здания естественная, с организацией притока через три зенитных фонаря, через окна в верхней части здания и дверные проемы с применением системы автоматизации. При превышении в помещениях заданной температуры два зенитных фонаря и половина окон открываются автоматически для естественного проветривания. Жители дома также могут проветривать помещения, открывая окна или наружные двери.
Одна из главных проблем, возникших при проектировании «Стеклянного дома», – риск неприемлемо высоких температур в помещениях в солнечные летние дни. Проектировщики рассчитали тепловой баланс внутреннего воздуха в летний период при помощи программного пакета «tsbi3», разработанного в SBI. В летний период температура в помещениях достигает максимума после 12 часов дня. При открывании наружных дверей увеличивается уровень естественной вентиляции, что позволяет очень быстро понизить температуру помещений до приемлемой величины.
Отопление
В здании запроектирована система водяного отопления. На первом этаже в качестве отопительных приборов используются конвекторы, расположенные по периметру всего фасада, что уменьшает вероятность возникновения потоков холодного воздуха в нижней части помещений от относительно холодных наружных ограждающих конструкций. На втором этаже в качестве отопительных приборов используются обычные радиаторы, размещенные на бетонной стене городских тепловых сетей.
Экспериментальная проверка результатов реализации проекта
В период эксплуатации «Стеклянного дома» велись измерения потребляемой тепловой энергии, электрической энергии и воды, а также температуры помещений, кратности воздухообмена в помещениях и освещенности помещений.
По расчетам проектировщиков, удельные среднегодовые затраты тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение здания составляют 39 кВт•ч/м 2 (число градусо-суток отопительного периода – 3 000). По датским строительным нормам (Danish Building Regulations BR 95) в зданиях такого типа максимально допустимые затраты тепловой энергии составляют 62 кВт•ч/м 2 . Среднегодовые затраты тепловой энергии на отопление оценивались в 11 МВт•ч, в т. ч. 3 МВт•ч на горячее водоснабжение (ГВС). Однако фактические затраты тепловой энергии, измеренные в отопительный период с сентября 1997 года по апрель 1998 года, оказались выше ожидаемых на 67 % и составили 19 100 кВт•ч. Это произошло из-за расхождений между расчетными и реальными параметрами наружного климата, а также более низкими, чем ожидалось, теплозащитными характеристиками ограждающих конструкций.
В отопительный период средние удельные теплопоступления от солнечной радиации через ограждающие конструкции практически равны средним удельным теплопотерям через ограждающие конструкции. Создатели здания подсчитали, что в климатических условиях Дании для фасадов южной, западной и восточной ориентации отношение удельных теплопоступлений от солнечной радиации за отопительный период к удельным теплопотерям через светопрозрачные ограждающие конструкции делает применение таких ограждающих конструкций более выгодным, чем использование непрозрачных ограждающих конструкций с сопротивлением теплопередаче ниже 3,3 м 2 •°C/Вт. Значительные теплопотери через ограждающие конструкции северной ориентации частично компенсируются снижением потребления электрической энергии на освещение за счет использования естественного освещения.
Эффективность вентиляции и солнцезащиты «Стеклянного дома» оценивалась в летний период, когда риск неприемлемо высоких температур в помещениях был особенно велик. В период наблюдений здание не эксплуатировалось, и для естественного проветривания использовалось только автоматическое открывание окон и зенитных фонарей (наружные двери не открывались). Измерение температуры воздуха проводилось в помещении гостиной.
В первый период наблюдений продолжительностью две недели не использовались солнцезащитные устройства. При этом средняя температура воздуха в помещении гостиной превышала температуру наружного воздуха на 5,2 °C. Максимальное превышение температуры воздуха в помещении над температурой наружного воздуха было зафиксировано в 12 часов дня и составило 7,2 °C.
Во второй период наблюдений солнцезащитные устройства использовались. Этот период также составил две недели. Средняя температура воздуха в помещении гостиной превышала температуру наружного воздуха на 2,8 °C, а в 12 часов дня температура воздуха в помещениях превышала температуру наружного воздуха на 4,6 °C. Относительно низкая разность температур свидетельствует о высокой эффективности естественной вентиляции через автоматически открываемые окна и зенитные фонари при использовании солнцезащитных устройств.
Тепловой баланс «Стеклянного дома» в отопительный период с октября 1997 года по апрель 1998 года
Субъективная оценка комфортности проживания в «Стеклянном доме»
Кроме объективной оценки качества микроклимата помещений оценивалось и субъективное восприятие условий жизни в «Стеклянном доме»: визуальный комфорт, восприятие естественной освещенности и т. д.
По отзывам членов семьи, проживавших в данном здании, наиболее важным преимуществом «Стеклянного дома» стала высокая естественная освещенность помещений. Однако в солнечные летние дни очень яркий свет вызывал дискомфорт, заставляя жителей носить в доме солнечные очки. В пасмурные дни наиболее выгодным оказалось использование полупрозрачных окон. Кроме этого, использование полупрозрачных ограждающих конструкций вместо светопрозрачных позволяет повысить чувство защищенности и увеличить психологический комфорт людей, находящихся в здании. По этой же причине подобные дома следует располагать в частных садах.
В ряде случаев, чаще всего в послеполуденное время, температура помещений «Солнечного дома» под действием тепла солнечной радиации достигала очень больших величин, однако естественное проветривание за счет открывания окон, зенитных фонарей и дверей позволяло очень быстро понизить температуру воздуха в помещениях до температуры наружного воздуха.
Заключение
«Стеклянный дом» с пассивным использованием тепла солнечной радиации не является прототипом одноквартирных жилых домов будущего, однако опыт его проектирования и эксплуатации может оказаться полезным при проектировании энергоэффективных зданий в регионах с холодным климатом. Опыт проектирования и эксплуатации «Стеклянного дома» использовался при создании многоэтажного многоквартирного жилого дома с высокоэффективными светопрозрачными ограждающими конструкциями, построенного в Дании теми же архитекторами.
Поделиться статьей в социальных сетях:
Особенности отопления помещения с панорамными окнами
Панорамное окно — мечта многих. Вы только представьте прекрасный вид из окна на сад, или огни ночного города у ваших ног, облака, бегущие по небу, и широкий обзор улиц или природы. К тому же комната с панорамным окном выглядит гораздо светлее, просторнее и интереснее, чем обычными маленькими оконцами. В многоквартирных домах и частных усадьбах все чаще делают огромные окна от потолка до пола. Все прекрасно в них, если правильно организовать обогрев. Каждый знает, что чем больше будет площадь стеклянных отсеков, тем выше будет уровень теплопотерь.
Панорамное окно и отопление комнаты
Впервые панорамное остекление стали использовать в южных регионах. Так в старых районах Прованса, где температура зимой не ниже 10 градусов по цельсию, можно встретить множество прекрасных домиков с окнами в пол. Прекрасные виды Франции, романтика, все это впечатляет и завораживает. Глядя на такую красоту, в наших регионах стали перенимать опыт строительства. Однако наши зимы несколько более суровые. И климат не настолько мягкий.
В соответствии со строительными нормами и правилами предписывается под каждым окном располагать на стене отопительные радиаторы. По понятным причинам в данном случае расположить батареи на стене нет возможности. Народные умельцы по разному подходят к решению проблем. Например, при желании можно установить больше радиаторов на соседних стенах, использовать системы кондиционирования или теплый пол, в конце концов обогреватели. Но при неправильном размещении источников тепла и расчете их мощности, возникает ряд других проблем:
Перепады температуры в различных частях помещения. В дальних от окна уголках будет тепло, возможно даже жарко. Непосредственно возле стекла будет не комфортно и эффект от красивого вида будет несколько испорчен. К тому же резкие перепады температуры в одной комнате наносят вред здоровью, особенно плохо они повлияют на пожилых людей, детей и тех, у кого ослаблен иммунитет.
Если уменьшить количество источников тепла, можно выровнять температуру в помещении, но к сожалению в зимнее время она будет низкой. Не все любят холодный воздух, комната может стать не функциональной.
Стекла в панорамных окнах будут покрываться капельками воды, в случае если стены плохо утеплены, или в комнате собралось много людей, при повышенной влажности и тд. Стекающая с окон вода может стать причиной повреждения покрытия на полу, причиной развития вредных микроорганизмов и грибков.
Приведенные выше проблемы решаемы, но делать это лучше на первоначальном этапе. Это позволит вам сэкономить время и деньги. Прежде чем приступать к ремонту, озаботьтесь монтажом системы обогрева панорамных окон.
Правильный обогрев помещения с панорамными окнами
Существует несколько эффективных видов обогрева помещений с панорамными окнами. Среди них есть как более дорогие, так и доступные по цене варианты. Рассмотрим четыре основных вида отопительных приборов:
Одним из наиболее стильных, удобных и эффективных видов отопления является использование внутрипольных конвекторов.
Напольные батареи конвекторного типа, которые по высоте ниже обычных радиаторов.
Высокие батареи — вертикальные радиаторы, устанавливаются сбоку от стеклопакета.
Обогрев плинтусными конвекторами.
Далее предлагаем детальнее остановиться на каждом типе отопления.
Внутрипольный конвектор: преимущества и недостатки
Такая система отопления монтируется на этапе ремонта. Конвектор устанавливается ниже уровня покрытия пола и закрывается декоративной решеткой.
не занимают пространство в помещении;
выглядят эффектно и стильно, не портят интерьер;
создают тепловую завесу, отсекая холодный воздух от комнаты;
не закрывают обзор;
широкий ассортимент, отличающийся по ширине, длине, материалу, наличию вентиляторов и тд;
при правильном расчете количества элементов, конвектора обеспечивают высокую теплоотдачу, создавая комфортную атмосферу.
Недостатки внутрипольных конвекторов:
Сложности в установке — необходим проект. Может быть недостаточно пространства. Для монтажа конвектора необходим зазор, оптимальной является высота более 8 сантиметров.
Высокая цена непосредственно батарей и монтажа.
Выбирая модель с вентилятором, будьте готовы к шуму. В то же время, без вентилятора только внутрипольных конвекторов может быть недостаточно для отопления помещения целиком.
Вертикальные радиаторы: достоинства и недостатки
Современный рынок предлагает дизайнерские варианты и более простые трубчатые модели. Радиаторы монтируются на пол или стену непосредственно возле окон.
Легко вписываются в интерьер, существует широкий выбор моделей.
Относятся к бюджетному варианту, так как не требуют больших затрат на составление проектной документации и относительно просто устанавливаются.
Высокий уровень теплоотдачи, при относительно небольших размерах.
Такие радиаторы могут быть основным или вспомогательным источником тепла.
Если панорамное остекление большой площади, только вертикальных конвекторов будет недостаточно. Необходимы дополнительные подогрева, например, теплый пол.
Занимают часть стены, перед ними пространство желательно не занимать мебелью и прочими интерьерными элементами, препятствующими свободному теплообмену.
Цена, хоть и ниже чем у предыдущего варианта, но выше, чем у напольных.
Если окно занимает более чем одну стену, достаточно сложно рассчитать оптимальное количество и расположение радиаторов.
Панорамные окна могут быть радиусными, угловыми и прямыми. От типа остекления зависит выбор места монтажа отопительных приборов и выбор моделей. Расчет и проектирование для угловых и радиусных может потребовать знаний. Рекомендуем обращаться к профессионалам. Это позволит избежать ошибок и не придется переделывать систему после окончания ремонта.
Низкие радиаторы: плюсы и минусы
Низкие — это батареи высотой от 13 до 30 сантиметров и шириной 10-15 сантиметров. В каталогах многих производителей представлены модели на ножках и устанавливаемые на пол, отличающиеся материалами и цветами, теплоотдачей и прочими деталями.
Плюсами выбора являются:
Доступная цена. Сами радиаторы дешевле, чем предыдущие варианты, к тому же стоимость их установки ниже.
Простота монтажа и обслуживания. Возможны подключения снизу, по диагонали, с боков, седловидное.
Большой выбор моделей.
Закрывают подход к стеклу, загораживая нижнюю часть.
Уменьшают площадь пола.
Дешевые варианты радиаторов не всегда имеют стильный вид и не под все интерьеры подходят.
Для высокой теплоотдачи приходится выбирать широкие модели, что не всегда просто обыграть в интерьере.
Низкие радиаторы могут быть нескольких видов. Алюминиевыми — наиболее экономичный вариант, но проигрывает по внешним характеристикам. У таких моделей недоступно нижнее подключение. Второй вариант — стальные батареи, они дороже. Ряд дизайнеров разработали целые линейки, отличающиеся по ширине и высоте, теплоотдаче и методам подключения. Есть возможность выбрать мощность. Шире спектр возможностей подключения.
Плинтусные конвекторы: достоинства и недостатки
Этот тип обогревателей можно назвать новинкой на отечественном рынке.
компактный, не требует много места для монтажа и не перекрывает обзор;
стильный внешний вид, не привлекает лишнего внимания;
не занимает полезную площадь;
достаточно просты в монтаже.
относительно высокая стоимость;
невысокая мощность;
необходимость правильно рассчитать параметры для монтажа и подключения.
На отечественном рынке представлены модели, отличающиеся материалами из которых изготовлены нагревательные элементы и типом используемой энергии. Такие обогреватели могут работать от электричества или на водной основе. Сложность может возникнуть на этапе проектирования, расчетов и монтажа. Если вы устанавливаете электрические радиаторы, необходимо предусмотреть качественную проводку и предохранители.
Независимо от выбора типа обогрева помещения с панорамным окном, важно правильно рассчитать мощность всего оборудования. Котлы и трубы, радиаторы и насосы, электросети — все это имеет немаловажное значение. Для проектирования системы отопления желательно нанимать профессионалов. Даже если у вас центральное отопление, возможно необходимо будет выбрать и установить дополнительные источники тепла. Например, камин, кондиционер, инфракрасные обогреватели и так далее. Приступая к проведению отопления, выбору радиаторов и их монтажу, почитайте статьи, проконсультируйтесь с экспертами. Это позволит избежать ошибок. От температуры в помещении зависит комфорт и уют.
