ЧАСТЬ 3.  Техническое задание или философия строительства купола-сада.

 Добросовестное прогнозирование даже обычного жилища требует не только профессиональных знаний, умений, опыта, некоего полета мысли, но и глубокого понимания в целом сегодняшних реалий и проблем в архитектуре и строительной отрасли. Тут не обойтись без  мэтров, формирующих эти самые реалии и раскрывающих суть основных проблем.

На сайте  www.vira.ru  в статье, Каким ученые видят пригород будущего, меня привлекли в общем поддерживающие мой проект высказывания, (а по сути, экспертные заключения) действительного члена Международной академии архитектуры, профессора Московского архитектурного института Вячеслава Глазычева. Я приведу их полностью.

 …технически жилой небоскреб уже не будущее, а прошлое. Даже многоквартирный дом выше 4–5 этажей — анахронизм. Людям должно быть просторно и уютно.
 Одно сегодня можно сказать точно: не стоит увлекаться слишком фантастическими мечтами. Важно помнить, что будущее не может возникнуть без настоящего, а в настоящем пока нет предпосылок для радикальных перемен в идеологии строительства. Кстати, на мой взгляд, в ближайшие десять лет в этой сфере вообще ничего особенного не произойдет. Впрочем, новшества не любят не только в России — во всем мире инновации приходят в жизнь непросто. Одно дело реализация единичных амбициозных проектов, и совсем другое — изменения в целой отрасли человеческой деятельности.                                                                                                         
 «Мы пока не готовы к архитектурному перевороту, который радикально изменит нашу жизнь. Стены, пол и потолок в домах наших детей все же останутся. Что будет быстро меняться? Инженерная оснастка. Дом перестанет быть потребителем энергии и станет, наоборот, ее производителем. Пассивная система вентиляции придет на смену принудительной: стены будут пронизаны скопированными у природы капиллярными каналами воздушных потоков.
Между тем все подобные разработки, конечно, приведут к подорожанию строительства. А раз так, стало быть, в ближайшее время массового внедрения новейших достижений в широком домостроении ждать не стоит. Но у нас вообще любят строить дорого и мало.
Что же касается внедрения новых технологий — отечественных или иностранных, то здесь проблема в том, что для их внедрения в массовое строительство потребуется создание целой инфраструктуры современных производств. Но крупный бизнес у нас пока неповоротлив, а средний просто не может выйти на рынок без государственных программ, предусматривающих льготные и долгосрочные кредиты, защиту со стороны казенных учреждений».                                                          
 «… нас тормозит не недостаток идей, а недостатки сложившейся управленческой системы. Увы, слишком многим пока желательно оставить все как есть. Появление нескольких по-настоящему жизнеспособных проектов может привести к возникновению конкуренции, которая заставит ситуацию сдвинуться. Новое должно быть реальным, и тогда оно поможет ускорить процессы обновления».        
                                                                                                 В. Глазычев                                                                                                                   

       Очень верю, что мой проект купола-сада окажется жизнеспособным!

 Формируя философию (техническое задание) купола-сада  я заложил в нее только известные, десятилетиями апробированные инженерные решения в эксплуатирующихся экологических домах, чтобы дом был:

  с суммарным энергетическим эффектом (синергией) от использования архитектурных, строительных и инженерных решений, таких как:

с самой простой энергоэффективной формой здания без архитектурных излишеств, но наилучшей для ориентации по частям света и розе ветров;

с энергоэффективным планировочным решением и рациональным расположением буферных зон;

с расположением всех окон на южной стороне, что даст огромный приток энергии и света через современные оконные системы с i-стеклом;

с высокой степенью герметизации непрерывной изолирующей оболочки купола с утепленным фундаментом;

со 100% отсутствием  мостиков холода;

с использованием внутренней аккумуляции тепла от солнечной энергии и Земли;

с обязательным использованием приточно-вытяжной вентиляции через грунтовый теплообменник с рекуперацией тепла, очисткой и подготовкой входящего воздуха;

- в котором отсутствует основная система отопления;

  у которого самое низкое энергопотребление;

  - нет вредных выбросов в атмосферу;

  - который можно построить в любом чистом поле;

  - у которого комфортный микроклимат в любом помещении;

  - в котором использованы нейтральные строительные материалы.

 Форма любого сооружения, а тем более жилого, является фактором номер один при определении его энергоэффективности. Именно от общей площади поверхности ограждений, а не толщины слоя теплоизоляции, или устройства крыш, наличия двойного остекления, типа дверей, отопительных приборов и системы отопления зависит в первую очередь количество теплопотерь. Госпожа Форма!

Из 8 класса даже самой средней школы мы знаем, что только сфера способна объять заданный объем поверхностью  имеющей наименьшую площадь. А наиболее эффективной формой для перекрытия площади является полусфера. Или господин Купол!

  Если полусферу/купол  "обмять", переформовать в параллелепипед, то обнаружится, что мы потеряли почти 30% пространства. Если далее полученную коробку преобразовать в 3х гранную пирамиду, то потери составят уже 66%.

Поскольку большинство домов представляют собой комбинацию прямоугольных и треугольных форм, то средние потери внутренних площадей и пространств составят (по сравнению с  куполом) от 40 до 60%.

Чтобы проект квадратного скатного дома сделать энергоэффективным, помимо особых требований к конструкции самого дома, необходимо непосредственно по месту застройки учитывать:

- сезонную динамику инсоляционного климата;

ветровой режим участка;

сезонный градиент температуры и влажности воздуха;

интенсивность и объем сезонных осадков;

рельеф участка и прилегающей местности;

грунты и глубину их промерзания;

какие зеленые насаждения имеются, визуальное раскрытие ... и т.д.

Без такой оценки исходной ситуации проект энергоэффективного квадратного дома  будет фикцией ... И знаете, кто это все требует? Господин Угол! Все конструктивные решения по размещению инженерных систем в квадратном доме еще на стадии авторских эскизов прорисовываются с учетом требований инсоляции Углов и распределения тепловых потоков по Углам дома.

Для комфортного проживания в замкнутом жилом пространстве необходимо (согласно СНиПам) иметь заданные параметры воздушной среды: давление, температуру, влажность, скорость движения потоков воздуха и воздухообмен.

Для того, чтобы эти параметры были комфортными для человека,   созданы инженерные системы для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях дома. Дом, в помещениях которого заданы и поддерживаются параметры для комфортного проживания, становиться целостной системой, а все погодные (сезонные) колебания температур, осадки, ветра пытаются эту систему вывести из равновесия. Инженерные системы призваны поддерживать равновесие, т.е. поддерживать комфортные условия проживания.

Здесь кроется два важных момента. Первый – комфортные условия должны создавать здоровый микроклимат. Ведь одно дело нагреть помещения до комфортных 220С с помощью тепловой пушки на керосине, а другое, с помощью водяных теплых полов или рекуператора, где воздух предварительно очищен не только от механических взвесей, но и ионизирован, и имеет необходимую влажность. Второе – цена вопроса по созданию и обслуживанию здорового комфортного микроклимата в доме.

 Сегодня в продаже есть масса инженерных систем по созданию и поддержанию микроклимата в доме. Основные из них работают на электричестве или газе. Несложно представить, что принудительное создание и поддержание комфортных условий в доме с помощью таких систем обойдется весьма дорого. А если конструкция дома не энергоэффективна, а климатические условия проживания оставляют желать лучшего?

И еще один фактор. А как много людей в РФ, проживающих в частных домах, использует (и какие) инженерные системы?  В лучшем случае, при газовом/угольном/дровяном  отоплении – местное водяное отопление с регистрами/батареями под окнами,  переносной электрообогреватель, настольный ионизатор,  китайский фонтанчик на подставке, вытяжка на кухне, вентилятор в туалете… Сложно даже условно назвать весь этот набор – инженерной системой. Тем более энергоэффективной. Но прежде всего, энергоэффективной должна быть конструкция/форма дома.

 Мы уже все знаем, что основные каналы теплопотерь у дома это:   ограждающие   конструкции,  окна  и   с  теплом вентилируемого воздуха. (Таким образом, мы тут плавненько перейдем от молекулярной физики к физике прикладной). Ибо поняв физику среды обитания, мы сможем осознать, Зачем и Почему надо проектировать форму ограждения и внутреннее пространство жилого дома без Углов.

Сначала разберем влияние формы ограждения на температурные поля в статическом состоянии на примере скатно-квадратного дома. В этом нам поможет учебник К. Н. Фокина Строительная физика: на рис. 1 и 2 показаны изотермы в наружном углу стены из однородного материала и распределение температур на внутренней поверхности наружного угла.

 

 






 Из этих данных следует:

по углам помещений внутри дома интенсивность конвенционных потоков воздуха снижена, вследствие чего тепловосприятие стены уменьшается и в углу образуется обычный застой воздуха;

наружная площадь угла ограждения больше чем внутренняя площадь, поэтому поверхность внешней стены имеет высокую теплоотдачу и малое тепловосприятие;

А из этого следует, что:

наружная поверхность ограждения самого угла испытывает большее охлаждение, чем наружная поверхность глади стены;

а температура внутренней поверхности наружного угла ниже, чем температура внутренней поверхности глади стены;

Из учебника так же можно узнать, что:

чем больше разница температур внутреннего и наружного воздуха, тем больше разница температур внутренней поверхности в углу и на глади стены;

что разность температур внутренней поверхности в углу и на глади стены с увеличением угла ограждения будет уменьшаться. А в круглых ограждениях (включая купол) разность отсутствует;

разность температур внутренней поверхности в углу и на глади стены уменьшается с увеличением термического сопротивления стены;

разность температур внутренней поверхности в углу и на глади стены не зависит от толщины стены, а только от термического сопротивления стены;

Можно сказать, что передача теплоты излучением в углах классических домов примерно в 2 раза меньше, чем на стенах в пролетах между углами. Кроме этого, понижение температуры поверхности стены в наружном углу особенно неблагоприятно сказывается на микроклимате помещений, ибо является основной причиной отсыревания и промерзания наружных углов в помещениях дома.

Теперь рассмотрим тепловые процессы в скатно-квадратной форме ограждения при воздействии на неё ветра.

Как можно догадаться, что углы (как и все выступы) ограждающей конструкции квадратного дома  вызывают завихрения ветрового потока. Вихревые явления увеличивают тепловую отдачу стен, и тепловой поток многократно возрастает. При этом угол интенсивно охлаждается, а тепло по материалу ограждения интенсивно подаётся в наружный угол.

Завихрения на скатной кровле также вызывают увеличение теплоотдачи поверхности покрытия и подачу тепла по материалу ската в места завихрения. При этом углы, по своим функциям, становятся тепловыми насосами, сильно охлаждая дом через чердачное пространство. По самым скромным расчетам теплопотери при сильном ветре могут достигать 30%.

Первый вывод: купольные конструкции в энергосбережении имеют огромное преимущество перед скатно-квадратными формами.

 (О том как воздействуют ветра на купольную конструкцию я описал в статье Длинная дорога к куполу, которую можно прочитать на сайте).

Второй вывод: Сплошная, без разрывов и тепловых мостиков конструкция скорлупы купола из базальтофибробетона покрытого слоем пенополиуретана не создает разности температур на поверхности внутренних стен, она долговечна и надежна. От воздействия атмосферных осадков  ППУ защищает  слой стеклофибробетона, который  устойчив к длительному воздействию и резким перепадам  температур, имеет высокую химическую и биологическую стойкость, морозоустойчив. Коэффициент термического сопротивления скорлупы R = 7,7 м2 × °С/Вт.

 Кроме этого, форма купола удовлетворяет всем эстетическим требованиям и имеет свою архитектурно-художественную выразительность.

Обтекаемая форма купола, отсутствие фасадных плоскостей дает конструкции возможность равномерного поверхностного распределения природных перегрузок - снеговых, ветровых, сейсмических. Все это значительно расширяет сферу применения куполов (причем не только в жилищном строительстве). Сложный рельеф, суровые природные условия - ничего этого не существует для купольного строения, правильно спроектированный и построенный, он будет день за днем работать для вас, вместо того, чтобы вы сами всю вашу жизнь трудились на него.

Эстетика здания или сооружения складывается из гармонии пропорций, цветового решения и воспринимаемой логичности конструктивного решения. Логичная конструкция практически всегда красива и экономична и эта связь, красоты и экономичности – важнейшее свойство конструкции куполов.

Когда в построенном здании гармонируют между собой функция, пропорции, цвет и логичность конструкции – такое здание называют произведением строительного искусства.

Купольные  жилые дома отличаются наибольшим разнообразием объемно-планировочных решений. Благодаря свободному размещению на участке и отсутствию затенения соседними зданиями они могут иметь любую форму в плане и ориентацию. Использованию в них пассивного солнечного энергообеспечения способствует свободное построение внутреннего пространства и отсутствие жесткой фиксации помещений в зоне дневного пребывания. Это облегчает процесс естественной конвекции нагретого воздуха, являющийся основой пассивного солнечного отопления.

Мой проект купола-сада где-то на 20% дороже обычных коттеджей, но окупает он себя сторицей через 10-15 лет, ибо владельцу не нужно вкладывать деньги на отопление и горячую воду, а чистый воздух, чистые овощи и фрукты в великолепном саду вообще оценке не поддаются.

Его владельцы не будут зависеть от капризов электроснабжения, их потребности в электроэнергии в любую погоду будут полностью обеспечиваться, в зависимости от географии местоположения дома, солнцем, ветром или водой. Альтернативная энергетика для частного потребления уже сегодня дешевле и надежней, чем существующие сети, и это, помимо всего, инвестиции в будущее.

Для круглогодичного обеспечения потребностей теплом и горячей водой в куполе используются солнечные коллекторы. Это самая передовая технология в области отопления и горячего водоснабжения, которой не требуется сжигания никакого топлива. С помощью системы солнечного теплоснабжения в течение всего года нагрузка на горячее водоснабжение может удовлетворяться полностью при расходе воды 100 л/чел в сутки.

Использование компостирующего биотуалета не снижает комфорта проживания.

 Система индивидуальной автономной дренажной очистки сточных вод обеспечивает полный цикл очистки и позволяет собирать дождевую воду, воду  из ванной, после стирки и использовать ее для полива и технических нужд. Никакого запаха, экологичность и долгий срок службы.

Все органические отходы и зеленая масса с оазиса утилизируются  в биогазовой установке, таким образом, из отходов получается газ для приготовления пищи и отличное удобрение для сада и огорода. Неорганические утилизируются отдельно. Когда накапливается достаточное количество, их можно сдать на переработку

 Инженерное оборудование купола дополнено камином, летней и зимней готовочной печью, грунтовым теплообменником, солнечным коллектором, солнечными панелями, ветряной электростанцией. Комбинация отопительного котла с солнечной тепловой установкой служит для обогрева помещений и сада, приготовления горячей воды для бытовых нужд.

 Все продумано с учетом новейших достижений в области альтернативной энергетики, строительных материалов, бытовой техники. Иметь такой купол-сад – это вершина рациональности и комфорта для любого хозяина.

 Справка от Ю.Лапина:

 «Экодом — это непосредственное жилье. Оно в большой мере опирается непосредственно на то, что дает природа — солнечный свет, ветер, тепло Земли, жизнедеятельность растений. Он использует индивидуальные инженерные системы жизнеобеспечения, которые приспособлены к особенностям окружающего ландшафта. Отсюда проистекает высокая степень автономности экодома и его повышенная устойчивость по отношению к различного рода авариям и природным катаклизмам, что немаловажно для переходных, неспокойных эпох, таких, как переживаемая сейчас.Таким образом, экодом — это крепость не только в прямом, но и в переносном смысле".                                                          

Продолжение следует. Часть 4. Купол-сад

  • Второй вывод: Сплошная, без разрывов и тепловых мостиков конструкция скорлупы купола из базальтофибробетона покрытого слоем пенополиуретана не создает разности температур на поверхности внутренних стен, она долговечна и надежна. От воздействия атмосферных осадков ППУ защищает слой стеклофибробетона, который устойчив к длительному воздействию и резким перепадам температур, имеет высокую химическую и биологическую стойкость, морозоустойчив. Коэффициент термического сопротивления скорлупы R = 7,7 м2 × °С/Вт.

    Не поянтно, что мешает кубические дома, покрывать чем то аналогичным?
    Т.е. если я правильно понял, что если материал будет с 0 теплопроводностью, что кубические дома, что круглые, будут одинаковы по энергопотерям во внешний периметр.
    + ведь можно еще изнутри все покрыть теплоотражающим материалом... что бы увеличить энергоэффективность, как кубических так и сферических домов...

    Гость (Laa911)
  • солнечные коллекторы и т.п. я так понимаю, это полностью применимо и к кубическим домам, и это не фактор использования сферического жилья?

    Гость (Laa911)
  • проект купола-сада где-то на 20% дороже обычных коттеджей, но окупает он себя сторицей через 10-15 лет, - хотелось бы понимать о каких размерах котеджа, и купола сада идет речь, и было бы интересно посмотреть на математику в целом.

    Речь идет о том что купольное строительство в 10 раз дешевле как по процессу, так и по затрату материалов, а вывод что он дороже чем котедж :-(

    Гость (Laa911)
  • 1. Не покрывают классику "чем то аналогичным". Есть предел толщинам ограждающих конструкций, когда она уже не играет роли, кроме расходов на ее создание... Но даже если мы покроем внешний слой стен ППУ таким же слоем как и купол - углы со своими характеристиками никуда не денутся...
    2. конечно же все "активные"системы будут работать и в классике - только КПД у них будет значительно меньше.
    3. Очень хороший вопрос. Главный, наверное. В нем сосредоточены все знания о куполе и о строительстве в целом. Я иногда пишу так - если у Вас есть деньги на строительство классического дома, то за эти деньги Вы сможете построить очень хороший купольный дом. Но если у Вас нет денег на строительство классического дома, то Вы никогда не построите и купольный дом. И вот дальше идет куча вопросов ... Почему то и почему это?

    Все знают что купол это ... меньше площади участка, меньше материала, меньше сроки строительства, меньше расходов на содержание, ....потому что в профессионально грамотно построенном куполе собранные в единое целое эффективности (форма, расположение, системы, материалы, планировка, и т.п.) создают Синергию!

    Но если купол строить как пытается строить его "банальная российская семья" или как многие пытаются строить их "по мотивам фотографий" увиденных на сайте, где в качестве технологических карт выступают не всегда качественно переведенные рекламные статьи о достоинствах куполов, тогда и встают Ваши вопросы. Потому что все кто пишет о куполах "все трещат" о дешевизне, доступности, малой материалоемкости, энергетической эффективности, и прочая прочая прочая... Совершенно при этом не зная технологий куполостроения, сваливая все в одну кучу, перемешивая понятия и значения...

    Я часто в своих статьях и письмах вставляю фразу: "купола не гнут на коленке".
    Если кто внимательно читал на сайте статью "Длинная дорога к куполу", там ведь почти все разжевано по куполам и их "доступности".
    Все "сэкономленные" средства при строительстве купола на материалах, на времени строительства, на внутреннем пространстве (потребности в кв.м. за счет меньших площадей)и прочее, Должны пойти на строительство систем - которые сделают купол Пассивным, а вот делать его активно-пассивным, решается в дальнейшем каждым персонально.
    Когда люди поймут, что купол надо построить только "пассивным", и только тогда в нем "поселиться Синергия" - тогда и придет понимание того, почему купол выходит дороже на стадии строительства и как он с первого дня эксплуатации начинает возвращать владельцу вложенные в его строительство средства. Но если не построить грунтовый теплообменник, если не утеплить надлежащим образом фундамент и плиту, если не использовать проект и профессиональных строителей ... то никогда не будет и толики тех эффективностей, которые может дать купол. Посмотрите как и какими строили хиппи свои первые купола в США. Без слез не взглянешь. Как и на то, что строят сегодня у нас. Что купола, что классику. Гастарбайтстрой рулит!

    Сорокодум
  • Здравствуйте!
    Вы и все остальные специалисты по строительству куполов оперируете существенными параметрами энергосбережения купольных домов в сравнении с прямоугольными строениями (70%). Сообщается, что интенсивность конвенционных потоков воздуха снижена именно по углам дома. На схемах купола и прямоугольного здания это наглядно видно. Правильно ли я понимаю, что данные параметры верны для пустого купола, без жилых комнат и хозяйственных помещений? Правильно ли я понимаю, что в куполе с прямоугольными комнатами, коридорчиками, перегородками и прочими углами, занимающими 50% и более от объема купола параметры энергосбережения купола, связанные с интенсивностью конвенционных потоков воздуха, будут существенно ниже?
    С уважением

    Гость (Павел)