Содержание к диссертации
Введение
Глава Анализ отечественной и зарубежной практики проектирования, строительства и эксплуатации экологически чистых домов и их ком плексов
1.1 Зарубежный опыт проектирования, строительства и эксплуатации экологически чистых домов и их комплексов 9
1.2 Отечественный опыт проектирования, строительства и эксплуатации экологически чистых домов и их комплексов 31
1.3 Исторические этапы развития экологизации архитектуры жилой среды 45
1.4 Основные тенденции и перспективы развития экологически чистого жилища в России 52
Выводы по главе 1 57
Глава Особенности формирования экологически чистых домов и их ком плексов
2.1 Требования, предъявляемые к формированию архитектуры ЭЧЖ. Теоретическая модель экодома.
2.2 Система факторов, влияющих на рациональное архитектурно - строительные решения экологически чистых домов и их комплексов . 65
2.3 Особенности конструктивных решений и типы строительных материалов для экологически чистого жилища 76
2.4 Специфика инженерного обеспечения экожилья 81
2.5 Классификация жилых экодомов и их комплексов 90
2.5.1 Перспективные типы экологически чистых жилых домов 94
Выводы по главе 2 104
3 Глава Принципы и приемы архитектурно-пространственного формирования экологически чистого жилища - экодома и комплекса экодомов
3.1 Принципы и приемы формирования объемно – планировочных решений экодомов 106
3.2 Влияние экологических аспектов на архитектурно-художественный облик ЭЧЖ
3.3 Принципы и приемы формирования архитектурно – планировочных 131 решений жилой среды с экодомами.
3.4 Методические рекомендации по формированию архитектурных ре- 154 шений ЭЧЖ.
3.5 Апробация принципов формирования архитектуры экологически чис- 163 того жилища в экспериментальном проектировании
3.6 Оценка предложенных архитектурных решений экодомов и их комплексов. 169
3.7 Социально – экономический эффект 178
Выводы по главе 3 181
Основные выводы и предложения 186
Список использованных источников
- Исторические этапы развития экологизации архитектуры жилой среды
- Система факторов, влияющих на рациональное архитектурно - строительные решения экологически чистых домов и их комплексов
- Влияние экологических аспектов на архитектурно-художественный облик ЭЧЖ
- Апробация принципов формирования архитектуры экологически чис- 163 того жилища в экспериментальном проектировании
Исторические этапы развития экологизации архитектуры жилой среды
На протяжении всей истории строительной деятельности человеку приходилось решать сложные проблемы создания пригодных для жизни сооружений и поселений, которые, в процессе своего развития, претерпевали множество изменений. Основной движущей силой являлось стремление к защите от неблагоприятных внешних факторов, комфорту и безопасности, улучшению качества проживания.
На всех этапах развития жилища и жилой среды можно выделить прототипы, основополагающие модели с экологическими приемами.
Первые жилые постройки демонстрировали рациональные приемы по улучшению микроклимата. Вырабатывались архитектурно- планировочные и конструктивные решения, которые способствовали естественной вентиляции и защите от потерь тепла.
Наиболее выраженными примерами оптимизации суровых погодных условий служили жилища в зонах с экстремальным климатом. Так, например, у северных народов для экономичности обогрева отмечается зонирование помещений: традиционно в центре располагалось тепловое ядро – очаг, к жилому объему пристраивались неотапливаемые хозпостройки, тем самым создавались буферные зоны; в борьбе с холодным климатом применялись местные строительные материалы с наименьшей теплопроводностью.
В качестве наглядного примера автор приводит жилище эскимосов – иглу. Оно выполнялось из снежных блоков и имело полусферическую форму. /илл. 1/. Снежные иглу хорошо защищали от морозов и позволяли поднимать температуру воздуха внутри до плюс 30 С. Внутренние поверхности покрывались мехами и шкурами, тем самым, создавая легкий буферный слой, который увеличивал теплоизоляцию и уменьшал потери тепла. Как правило, жи-- лой объем имел один вход, защищенный навесом из шкур, также представляющий собой переходную зону, буфер между наружным пространством и внутренним. [1]
Кроме исторических примеров жилища, где максимально сохранялось тепло, встречаются такие, в которых явно наблюдаются приемы аккумулирования солнечной тепловой энергии, например крепость Монтесумы в Аризоне, построенная в 700 г. /илл. 1/ индейцами на крутом южном склоне известнякового массива. Южные стены крепости были выполнены из adobe (самана). Толстые стены, благодаря хорошим теплотехническим свойствам, были способны аккумулировать значительное количество солнечной теплоты в течение зимнего дня. Этого количества солнечного тепла было достаточно для подогрева в ночное время помещений, расположенных глубоко в скальном массиве.
В летнее время, когда солнце находилось в зените, естественный скальный навес над крепостью выполнял функции затеняющего козырька, защищая внутренние помещения от перегрева. Естественная вентиляция обеспечивалась люками, которые открывались для охлаждения помещений и теплоаккумулирующих стен. [2]
Таким образом, индейцы благодаря знанию и использованию природных возможностей, создавали благоприятные бытовые условия в своих жилищах как в зимнее, так и в летнее время.
В истории формирования комфортной и здоровой жилой среды найдется множество примеров экологизации. Уже до н.э., в наиболее развитых государствах, существовали примеры планировки поселений, которые снижали отрицательные природно-климатические условия на их территории. Архитектурно-строительными средствами обеспечивались инсоляция, защита от ветра и перегрева. На территории выполнялось озеленение. Среди прочих можно назвать города – полисы древней Греции, индийские поселения, в которых основной чертой было четкое зонирование, ограниченная площадь поселения. Экологические приемы просматриваются в решениях идеальных городов Платона, Видрувия, Леонардо да Винчи и др.
При разработке архитектурно- планировочных решений жилища и их комплексов учет климатических факторов являлся важной чертой на протяжении длительного времени. Зависимость архитектуры жилья от климатических особенностей в зарубежной практике можно рассмотреть на примере проектирования жилища в США, всю территорию которых условно разделяют на 4 больших зоны: холодного, умеренного, жаркого сухого и жаркого влажного климата.
В зоне холодного климата распространены компактные объемы с асимметричными двускатными кровлями (Salt box, Cape cod). Планировочные схемы основаны на традиционных решениях домов первых поселенцев Новой Англии. Обычно это 2-этажный объем, перекрытый скатной кровлей. Крутой скат кровли ориентирован на юг, более длинный, пологий - на север, т.к. в этом случае он лучше противостоит ветровой нагрузке. На 1-ом этаже -единое пространство обшей комнаты - столовой - кухни, к которым с северной стороны, в качестве защитной буферной зоны, примыкают хозяйственные помещения. На 2-м или мансардном этаже размещаются спальные комнаты. Подвальные и цокольные этажи, чердаки усиленно утеплены, вход в дом организован через тамбур. Основные проемы, защищенные ставнями, ориентированы на юг.[3]
Таким образом, наблюдается утепление основного объема здания вспомогательными помещениями.
В зоне умеренного климата необходимость ориентации жилых помещений на юг привела к созданию линейно-широтной планировочной схемы. В основе ее обычно лежит принцип ранчо - американской фермы со свободным размещением объемов, дающим возможность дальнейшего развития и в то же время изоляции от внешней среды. Важным элементом ранчо является замкнутый или полузамкнутый двор, образованный жилыми и хозяйственными постройками. [3]
Система факторов, влияющих на рациональное архитектурно - строительные решения экологически чистых домов и их комплексов
В отечественной практике развитие экологического подхода в архитектуре и строительстве началось немного позже зарубежного, так как не наблюдались энергетические кризисы, подтолкнувшие западные страны к энерго- и ресурсосбережению.
Прообразом экодома в отечественной практике можно считать традиционную русскую избу /илл.7/. Главной задачей при создании жилья в климатических условиях России, кроме разумной функциональной организации, было сохранение комфортных микроклиматических условий проживания для человека – тепла, его экономное использование. Приемы и способы строительства формировались веками и привели к созданию целостной системы крестьянского дома, обеспечивая комфортный микроклимат в течение всего года.
В избе присутствовало зонирование помещений, выделялось тепловое ядро. Печь являлась основным источником тепла и практически всегда устраивалась в центре дома, обеспечивая тем самым наиболее выгодные условия отопления жилого пространства. Печи имели большие размеры и высокую теплоемкость, что позволяло удерживать тепло и обеспечить равномерный обогрев помещений в течение всех суток. Для этих же целей служили устраиваемые в печах специальные каналы для повторного оборота теплого воздуха и равномерного распределения тепла по поверхности печи [1].
Учитывая суровую зиму, приходилось применять в строительстве местный материал с меньшей теплопроводностью, компактную планировку, устройство буферных зон - различного вида пристроек к жилому объему. По горизонтали устраивали веранды, сени, по вертикали - чердаки, подклети и пр. Стены сеней устраивались из более тонкого леса, чем изба, дома перекрывались скатной крышей. Веранды примыкали с торца или же с длинной стороны дома. При наличии сильных ветров сени располагали с наветренной стороны. В средней полосе вход в жилой дом всегда устраивался с севера. От снега, ветра и мороза его защищало крыльцо с навесом. Для утепления полов применялись завалинки (утепляющая конструкция из досок, присыпанных грунтом.) Увеличение высоты подпольного пространства было призвано уменьшить проникновение холода от земли.
Таким образом, в народном зодчестве заложен огромный опыт строительства жилых домов с экологическим потенциалом, где максимально учитываются природно-климатические условия местности, определены и канонизированы основополагающие принципы организации усадьбы в естественной природной среде.
При организации русского села, определении приемов застройки селитебной территории учитывались такие природные факторы, как наличие плодородных земель, источников питьевой воды, строительных материалов, особенности рельефа местности, контуры лесных массивов и т.п. Предпочтение всегда отдавалось месту, откуда открывались живописные пейзажи. Говоря современным языком – соблюдались основные экологические требования.
Усадебный характер жилой застройки Российских поселений, преобладание деревянного строительства, сам подход к формированию среды, согласно которому не было склонности к стереотипам, жестким правилам и схемам, приводили к необычайно разнообразным, индивидуальным и живописным пространственно - композиционным и планировочным решениям. [12]
В средней полосе не наблюдается определяющей роли солнца и ветров при трассировке сельских улиц и ориентации жилых домов и, как правило, дома всегда обращены на улицу или на доминирующий участок ландшафта.
Основу ансамбля русского села традиционно составляли две главные части – естественные компоненты природного ландшафта и искусственные объекты, создаваемые творческой деятельностью человека.Входящие в состав поселений водные пространства играли активную роль в формированиипоселений - способствовали улучшению микроклимата, были тесно связаны с хозяйственной деятельностью жителей, обогащали внешний облик, придавали большую выразительность общей объемно - пространственной композиции. [13, 14]
Особенностью внешнего облика малых сел и деревень, их силуэта и панорам является доминирующая роль вековых деревьев и рощ, придающих им особое очарование и характерные черты. Эти насаждения, ставшие излюбленным местом гнездования птиц, сделали малые села неотъемлемым элементом экосистемы. [13]
Таким образом, ансамбль русского села, представлял собой единый архитектурно- природный организм, гармонично увязывающий искусственно созданные объекты с местным ландшафтом.
Анализ развития традиционных поселений России дает возможность охарактеризовать их как поселения с большим экологическим потенциалом, но с минимальным культурным, социальным и обслуживающим секторами. [14]
Более поздние исторические примеры изображают иную модель жилища - в период развития городов, появления дешевого стекла и топлива, снижались требования к объемно-планировочному решению, наблюдается уменьшение толщины ограждающих конструкций и увеличение площадей остекления. Дешевая, на то время, энергия, дала развитие систем централизованного отопления, механической вентиляции и кондиционирования воздуха и сделала возможным обеспечение уровня комфортности в зданиях без должного учета влияния внешней среды.
Целенаправленное формирование жилых зданий с экологической направленностью в отечественной практике началось в 90-е годы ХХ столетия. Решением задач по созданию энергоэффективных, доступных, экологически чистых домов занимались многие научные институты: “ЦНИИПЖилища”, “СибЗНИИЭП”, “ЛенЗНИИЭП” и мн. др.
Влияние экологических аспектов на архитектурно-художественный облик ЭЧЖ
За рубежом и в России отмечается усиленное развитие экодомов и их комплексов. Их количество растет с каждым годом.
Активно развиваются отдельные направления экологизации жилой среды существующих поселений – применение исключительно природных экологичных материалов, возобновимых источников энергии, биоархитектуры, фитомелиорации, подземного строительства, как одного из средств экономии земельных ресурсов и пр.
В настоящее время вырос интерес к разработкам безотходных технологий, в основе которых лежит система замкнутых процессов в природе. В замкнутом цикле рационально используются все компоненты сырья и энергии (первичные сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы), т.е. не нарушается сложившееся экологическое равновесие в биосфере.
Любые экологические технологии только условно могут быть названы безотходными, т.к. в действительности процессы жизнедеятельности даже в природной среде дают небольшое количество отходов, постепенно накапливаемых на Земле в виде осадочных пород.[29] Поэтому имеет смысл говорить о малоотходном существовании, сопоставимом с объемами отходов в биосферных циклах.
В последние 30-35 лет в развитых странах происходит революция в жилищном строительстве. Дома стремительно эволюционируют в направлении ресурсосбережении, энергоэффективности, биопозитивности, автономности. За последние годы в этих областях были достигнуты впечатляющие результаты. Энергоэффективные здания, требующие для эксплуатации значительно меньше энергоресурсов, строятся в некоторых странах уже в массовом порядке. Счет на наиболее совершенные, практически не нуждающиеся в отоплении дома идет на тысячи. В ЕС ставится вопрос о переходе к подобным жилищам как общераспространенным. При этом высокие экс--52 плуатационные показатели достигаются ценой весьма незначительного удорожания или даже без него.
Анализ зарубежной практики показывает, что экодома получают признание, как в развитых странах, так и в развивающихся, где данное движение поддерживает программа ООН «ХАБИТАТ».
В вопросах биопозитивного строительства наиболее развитыми оказались следующие страны: США [30,31], Канада, Германия, Швеция и т.д. В России и ближнем зарубежье этот процесс наблюдается последние десять лет.
Энергоэффективность и ресурсосбережение являются одними из основных свойств экологических домов. К настоящему времени в мире построено огромное количество энергоэффективных зданий, но на сегодня они не стали образом архитектуры конца ХХ века. Нет примеров широкого использования комплекса экологичных решений, как для создания индивидуального жилища, так и для комфортной биопозитивной жилой среды.
Наблюдается увеличение заинтересованности в создании благоустроенного, здорового, безопасного, экологичного жилища со стороны научных деятелей, специалистов различных областей и обычных граждан.
Таким образом, основными тенденциями экологизации архитектуры жилища в России, по мнению автора, являются следующие /илл.13/: - повышение тепловой эффективности здания за счет улучшения его тепловой инерции посредством применения в строительстве конструкций с меньшей теплопроводностью и эффективной теплоизоляции, которая приводит к значительному сокращению затрат на отопление; -тепловое зонирование внутреннего пространства жилого дома, позволяющее сократить его теплопотери и тем самым снизить затраты на отопление, основанное на рациональном размещении помещений с повышенными тепловыделениями, использовании неотапливаемых помещений (веранда, теплица, кладовые) в качестве буферных пространств; -сооружение пристроенных и надстроенных зимних садов и теплиц, создающее специфические условия естественного освещения, инсоляции и проветривания (в случае если окна помещений выходят в остекленное про--53 странство). Использование надстроенных теплиц дает возможность снизить площадь застройки, что экономит земельный ресурс; - аккумулирование солнечной радиации формой и элементами здания такими как: термосифоны, стены Тромба, теплицы и пр. - использование альтернативных источников энергии, которое рассматривается в настоящее время как одно из основных направлений решения экологических проблем. Энергосбережение за счет автономного обеспечения энергией, а именно: солнечной, ветровой энергии, энергии океанов, геотермальных источников и пр. дает возможность не загрязнять окружающую среду; -предварительная очистка удаляемых из здания отходов. Применение биотуалетов, биоколлекторов, метатенков и пр. дает возможность отказаться от централизованных канализационных сетей, уменьшить антропогенное влияние на природу; -ориентация индивидуального жилищного строительства из экологических природных строительных материалов; - организация «зеленых» крыш и стен, в качестве экологического, эсте тического приема.
Наметившиеся тенденции формируют новые типы жилища с повышенным комфортом и в то же время максимально безопасные, как для здоровья человека, так и для окружающей среды.
Перечисленные выше тенденции развития экологически чистого жилищного строительства связаны с общими изменениями всех процессов жизнедеятельности. Формирование экодомов ведет к образованию их комплексов и затрагивает вопросы архитектурного формирования комфортной биопозитивной жилой среды.
Апробация принципов формирования архитектуры экологически чис- 163 того жилища в экспериментальном проектировании
В процессе анализа отечественного и зарубежного опыта создания модели экологического дома автором были проанализированы основные факторы, оказывающие влияние на формирование архитектуры ЭЧЖ.
Как правило, наиболее экологичным является малоэтажный индивидуальный дом с независимыми системами жизнеобеспечения. ЭЧЖ имеет высокие требования к объемно-планировочной структуре, инженерному обеспечению, строительным материалам и конструкциям. Эти требования связаны с системой факторов и предпосылок, внешних и внутренних, которые влияют на формирование объемно- пространственной структуры составляющих в целом. /илл. 15/
Основные факторы, влияющие на формирование ЭЧЖ и их комплексов, представляют собой сложную многоуровневую систему, которую можно представить в виде динамичного взаимодействия двух основных частей - природ-н о - к л и м а т и ч е с к о й и а н т р о п о г е н н о й . Каждая часть в свою очередь, подразделяется на ряд взаимодействующих подгрупп: природно-к лимат ич еская - на природные и климатические факторы; ант роп оген-ная формируются в зависимости от потребностей и уровня развития общества, градостроительных решений, экологических, эстетических и социально-экономических требований.
Характер формирования архитектуры ЭЧЖ и их комплексов определяется динамикой положительного и отрицательного воздействия факторов с позиции экологичности, а также интенсивностью прямых и обратных связей между ними.
К основным факторам, влияющим на формирование архитектурных решений жилой среды с экодомами, автор относит:
Природно-климатические факторы, представляющие естественную среду и включающие в себя определенную географическую территорию с присущим ей рельефом, геологическими условиями, ландшафтом и климатическими характеристиками, водными и воздушными бассейнами, флорой и фауной, вы -65 полняющую двойную функцию, являясь и внешней средой, и средством удовлетворения биологических потребностей.
В сфере создания жилища природно-климатические факторы выступают в качестве естественной основы для его организации, исполняя роль объективных и относительно константных условий, изначально заданных природой и в значительной мере определяющих структуру искусственной среды, создаваемой человеком.
Данная группа факторов оказывает как положительные, так и отрицательные воздействия на жилую среду, влияет на размещение объекта, выбор объемно-планировочного решения, способствующего защите или компенсации неблагоприятного природного окружения, инженерно-технические решения и пр.
Благоприятность территории для размещения ЭЧЖ и их комплексов оценивается по качеству рельефа, его расчлененности, уклонам, изрезанности оврагами и промоинами, долинами рек, минерально-сырьевым и бальнеологическим ресурсам, гидрологическим ресурсам (ресурсы поверхностных вод), почвам и растительности.
Как показывает практика, комплексы экодомов и целые экопоселения могут создаваться для экотуризма, в качестве рекреационных зон и оздоровления. Поэтому наличие таких природных ресурсов как минеральные источники, лечебные грязи и пр. могут стать определяющими в назначении поселения и характере застройки.
Географические условия Рельеф территории. Основными характеристиками рельефа местности, являются величина уклона и его ориентация по сторонам света (экспозиция). Величина уклона снижает продолжительность солнечной освещенности территории посредством увеличения падающих теней от строительных и природных объектов. Рельеф оказывает влияние на объемно-планировочное решение ЭЧЖ: смещение уровней этажей, вписание в ландшафт, возможность использования обваловки и пр.
Анализ нормативных материалов [32], практики проектирования и эксплуатации показывает, что наиболее благоприятными являются площадки с южной, юго-восточной и восточной ориентацией склонов. Северная ориентация снижает продолжительность солнечной освещенности территории посредством увеличения падающих теней от строительных и природных объектов. Величина уклона рельефа влияет на трассировку улиц, инженерных сетей, планировочное решение всего поселения, объемно-композиционные приемы.
Особенностью рельефа местности, например, Орловской области является большая изрезанность. Перепад высот в 164м - один из существенных факторов, определяющих специфику территории. В общем оценить степень расчленения территории можно по показателю отношения длины овражно-балочной сети к 1 км. площади). Для Орловской области 1,6 км/км Форма склонов преимущественно выпуклая. [33]
Расчлененный рельеф создает особые условия для формирования радиационных инверсий, деградации земель при неправильной агротехнике, способствует формированию туманов. Снижение температуры в пониженных местах рельефа на 4-5С по сравнению с возвышенными, создает благоприятные условия в теплый сезон для формирования в балках, оврагах и речных долинах росы и туманов охлаждения.
Таким образом в на территории Орловской местности в ряде случаев возможно использовать обваловку зданий и гармонично вписывать их в ландшафт.
Геологические условия местности включают в себя физико-механические характеристики грунта, экологические характеристики, особые условия строительства и определяют инженерную подготовку, конструктивные решения, вид фундаментов жилого дома.
Экологические характеристики участка строительства, такие как наличие радона, геопатогенных зон, естественная радиоактивность местности (вблизи залежей и разработок природных ископаемых) являются неблагоприятными и неприемлемыми для строительства ЭЧЖ. Радон - природный газ, выделяемый повсеместно поверхностью Земли. При наличии незначительного скопления выделений следует увеличивать высоту цоколя здания, устраивать в нем проветривание, размещать нежилые помещения на первом этаже (например - семейный бизнес), использовать инженерное оборудование, способствующее движению и очистке воздушного объема помещений.
Экологически неблагоприятные территории следует исключать из перспективных площадок под застройку. К таким территориям следует относить площадки бывших кладбищ, скотомогильников, выработанные полигоны для ТБО и пр.
Особые условия строительства, такие как сейсмика и вечномерзлые грунты, влияют на объемно-планировочную, конструктивную схему здания и решения инженерной подготовки и фундаментов.
Для строительства ЭЧЖ непригодны территории с карстами, ввиду наличия на них геопатогенных зон.
Гидрологические характеристики учитываются при градостроительном размещении комплекса экодомов с позиции обеспечения водой, эстетических и санитарно-гигиенических требований. Определяющим фактором является уровень грунтовых вод и связанные с этим мероприятия по инженерной подготовке территории. Характер подземных вод определяет возможность использования индивидуального и независимого водоснабжения дома с помощью артезианских скважин и тем самым влияет на вид инженерного оборудования, применяемого в жилом доме.
