Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДИСЛОВИЕ
Эта книга явилась результатом длительного изучения Миннесотским университетом проблемы использования подземного пространства. Как ии странно, вначале нам пришлось отказаться от проектирования подземных жилищ и заняться проектированием подземных конструкций для зданий больших размеров с целью получения значительных выгод. Предполагалось максимально использовать дорогостоящую землю для целей наиболее важных или наиболее желаемых： поверхность земли ——под строительство жилых зданий, для сельскохозяйственных нужд и устройства зон отдыха, а подземное пространство ——для строительства складов н промышленных предприятий, В то время считалось, что упоминание о возможности строитель- ства подземных или заглубленных жилищ может из-за отрицательной психологической реакции вызвать негативное отношение к любым дру- гим подобным идеям. В немалой сте- □енн благодаря концепциям н энер- 「нчной деятельности Томаса Буша в области строительства заглублен- :ex жилищ реакция на идею исполь- ования подземного пространства 0?ла такой, словно речь шла лишь н °^общении результатов многих
"X работ в этой области и ие
более. Это не могло удивить нас: аналогичные вопросы экономии земли н охрана окружающей среды рассматриваются н в обычном жилищном строительстве, к тому же лишь в немногих .сооружениях можно до、 биться высоких энергетических показателей за счет использования регулирующих температуру свойств земли.
В самом деле, человек всегда об- ращался к земле, чтобы запятиться от воздействия неблагоприятных и экстремальных климатических условий. Лишь исторически непродолжительная эра доступного и дешевого топлива позволила нам строить дома, не зависящие от климатических условий, и снабжать эти дома энергией, которая необходима нам для создания комфортных условий. Теперь, когда количество природного топлива сокращается, а цены на него быстро растут, настало время пересмотреть взгляд на те возможности, которые предлагает нам земля.
При имеющихся в нашем распоряжении конструкциях нет необходимости возвращаться к пещерам. Цель строительства заглубленных жилнш,— поддержать или улучшить взаимоотношения их с окружающей средой; используя землю, как одеяло, укрыть здание со всех сторон: земля защи-
тит его как барьер от ветра, холода, нежелательной инфильтрации и будет препятствовать прямым потерям тепла. К категории подземных могут быть отнесены только несколько жилищ, рассмотренных в книге, для всех остальных земля используется для того, чтобы защитить их и все коммуникации, либо улучшить энергетические характеристики — отсюда термин «земляная защита». Применение земляной защиты позволяет
йе только значительно снизить расход энергии в нормальных условиях, но и уменьшить зависимость от снабжения топливом, особенно в условиях суровой зимы в штате Миннесота и других северных штатах.
Рэй Стерлинг
Директор Центра подземногопространства
Цель книги — сообщить читателю информацию, которая может быть полезна при архитектурном проектировании заглубленных жилищ. В первой части книги, представляющей собой руководство по проектированию, рассмотрены все наиболее важные аспекты, которые должны приниматься во внимание в процессе архитектурного и строительного проектирования заглубленного здания. Во второй части приводятся фотографии и чертежи построенных жилищ, иллюстрирующие различные пути практического осуществления положений, рассмотренных в первой части.
Информация, изложенная в первой части книги, в целом элементарна для профессионалов и предназначена в основном для заинтересованного читателя. Но определенный интерес для большинства читателей может представлять та часть, в которой рассматриваются энергетические характеристики заглубленных зданий и выбор механического оборудования. Обсуждение энергетиче-
ских вопросов мы постарались изложить в форме, доступной для широкого читателя.
В книге рассматриваются только индивидуальные заглубленные жилища, тем не менее очевидно, что большинство выводов применимо и для многоквартирных заглубленных домов, особенности проектирования которых явятся следующим этапом в области информации о проектировании. И хотя исследования были сосредоточены на изучении нужд н потребностей Миннесоты, большая часть информации найдет широкое распространение в остальных штатах. Проектирование заглубленных жилищ предусм атривает множество различных способов сохранения энергии, например пассивное использование солнечной энергии. Применение в совокупности таких мер позволит создать прочные конструкции, требующие минимальных эксплуатационных затрат, что в результате обеспечит низкую стоимость эксплуатации здания и возможность сохранения энергии.
Глава 1
ВЫБОР МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ
Выбор и определение местоположения заглубленного до- ма — один из наиболее важных аспектов всего процесса проектирования. Что касается обычных наземных зданий, то эта задача является второстепенной, так как архитектурные решения их хорошо известны, а проблемы экономии энергии нередко игнорируются. Для любого здания, удачно решенного с точки зрения энергетической эффективности, очень важно представлять себе преимущества, которые можно получить в результате правильного выбора его местоположения, учитывая ориентацию здания и характер растительности на участке.
При выборе и определении местоположения заглубленного здания важно также прини- мать во внимание особенности, существенные лишь для этого типа зданий, — топографию участка, геологические и гидрогеологические условия, разме- Ры участка и расположение соседних построек. Часть ин- формация о местоположении Довольно проста и очевидна, 京 АУ тем остальная часть равнительно сложна и носит технический характер. В этом 尔譯е”е сделана попытка изло- ь основные концепции по
ЗАГЛУБЛЕННОГО ЗДАНИЯ
выбору местоположения заглубленного здания и показать значение каждого из аспектов.
1.L ОРИЕНТАЦИЯ
Один из наиболее важных аспектов выбора местоположения здания ——его ориентация. Хотя здание называется заглубленным, не следует полагать, что оно полностью засыпано землей, так как по многим соображениям представляется необходимым наличие оконных и дверных проемов. Группировка проемов и определение направления, куда они будут выходить, могут быть названы ориентацией здания на площадке. Тремя важнейшими элементами, определяющими ориентацию, являются солнце, ветер и вид на местность. Правильная ориентация здания по отношению к солнцу и ветру может обеспечить значительную экономию энергии дополнительно к тому количеству, которое обусловлено засыпкой. Вид на местность ——это важный эстетический и психологический элемент ориентации.
Солнце — один из наиболее важных элементов, который следует учитывать при проектировании энергетически эффек-
Рис. 1.1. Углы стояния солнца над горизонтом на 45° северной широтыа — высота стояния солнца над горизонтом в 12 q — 68°30'; 6 — высота стояния солнца над горизонтом в 12 ч —傍30'Рис. 1.1. Углы стояния солнца над горизонтом на 45° северной широтыа — высота стояния солнца над горизонтом в 12 q — 68°30'; 6 — высота стояния солнца над горизонтом в 12 ч —傍30'号тров, хотя рнх ветров, Результате号тров, хотя рнх ветров, Результате6 .6 .Рис. 13 Влияние ветра:а — здание защищено засыпкой от зимних ветров; 6 — может сказаться турбулентность; в — сквозная вентиляция летом;г — вентиляция через проем в крышеРис. 13 Влияние ветра:а — здание защищено засыпкой от зимних ветров; 6 — может сказаться турбулентность; в — сквозная вентиляция летом;г — вентиляция через проем в крыше
Рис. 1.1. Углы стояния солнца над горизонтом на 45° северной широты
а — высота стояния солнца над горизонтом в 12 q — 68°30'; 6 — высота стояния солнца над горизонтом в 12 ч —傍30'
Рис. 1.1. Углы стояния солнца над горизонтом на 45° северной широты
а — высота стояния солнца над горизонтом в 12 q — 68°30'; 6 — высота стояния солнца над горизонтом в 12 ч —傍30'
号тров, хотя рнх ветров, Результате
号тров, хотя рнх ветров, Результате
6 .
6 .
Рис. 13 Влияние ветра:
а — здание защищено засыпкой от зимних ветров; 6 — может сказаться турбулентность; в — сквозная вентиляция летом;
г — вентиляция через проем в крыше
Рис. 13 Влияние ветра:
а — здание защищено засыпкой от зимних ветров; 6 — может сказаться турбулентность; в — сквозная вентиляция летом;
г — вентиляция через проем в крыше
тивных зданий. Энергия солнечной радиации может быть использована для получения тепла в здании как в активной, так и в пассивной форме. Большинство активных систем использования солнечной энергии имеют плоские коллекторы, которые могут быть установлены непосредственно на здании или по соседству с ним. Расположение системы солнечных коллекторов на здании оказывает непосредственное влияние на ориентацию и проектные решения заглубленного жилища. Обычно коллектор должен быть ориентирован строго на юг, но в зависимости от каждой конкретной системы допустимы различные варианты.
Все пассивные методы использования солнечной энергии основаны на применении энергии солнечной радиации, которая попадает в дом через окна. Пассивное использование солнечной энергии в энергетически эффективном доме весьма желательно, так как оно не требует капитальных затрат, которые необходимы при активных методах, и в то же время позволяет экономить значительное количество энергии. Согласно
последним исследованиям в области применения пассивных методов использования солнеч- ‘ ной энергии, двойное остекле-: ние окон, ориентированных на юг, позволит получить опреде-: ленную экономию энергии даже без использования портьер или жалюзи в ночное время. Это доступное тепло солнечной радиации следует рассматри-； вать как весьма важный фактор при выборе местоположе-; ния заглубленного здания, у , которого оконные проемы обыч-； но располагаются по одному | фасаду, чтобы обеспечить мак- j симальную засыпку здания, j Если исходить из оптимального | использования солнечного ос-] вещения, то следует признать I целесообразной ориентацию ] всех оконных проемов на юг,] оставив, таким образом, три I стены полностью под засыпку. 1 Количество энергии, получае- I мой путем пассивного исполь- I зования солнечной радиации, I значительно уменьшается при I окнах, ориентированных на I восток и запад, и полностью I исключается при окнах, ориен- I тированных на север.I
Необходймо сознавать, что I условия площадки и некоторые 1 другие условия проектирова- I ния могут ограничивать приня- I тие выгодных решений. В этих | случаях допустимы альтерна- I тивные решения, которые поз- 1 волят использовать максималь-] ное количество солнечной знер- j гии. Применение верхнего света 1 (световых фонарей); например, I может быть использовано в I целях накопления (пассивной) I солнечной энергии, однако про- I ектирование таких элементов I должно быть выполнено весьма I
тщательно, так как ойй могут стать причиной потерь энергии. Важно также отметить, что солнечный свет, желательный в0 время отопительного сезона, нежелателен в помещении в теплое время года, когда возникает потребность в охлаждении воздуха. Существуют различные способы уменьшения поступления солнечного тепла, например, использование растений, навесов или жалюзи. Дополнительные рекомендации по активному и пассивному использованию солнечной энергии приведены в гл. 3.
Ветер. Влияние ветра на ориентацию заглубленного здания —— серьезный энергетический фактор. Из-за того, что непосредственное воздействие холодных зимних ветров увеличивает потери тепла в здании в результате инфильтрации и охлаждающего эффекта воздушного потока, желательно защитить здание от этого воздействия любыми доступными способами. В северном полушарии преобладают северо-западные ветры. Уменьшение площади оконных и дверных проемов на северном и западном фасадах здания может улучшить его энергетическую эффективность. Заглубление здания дает возможность полностью исклю- чить воздействие господствую- ^Их зимних ветров, так как земля защищает конструкцию :т ветра. Заглубленные здания, том числе с внутренними дво- риками, могут быть в значи- rc：*F?自 степени защищены от
"~ господствующих воздействие ела- возникающих в турбуленции, не
исключено. Характер турбулен- ции зависит от многих особенностей проекта: размера внутренних двориков, деталей ограждающих конструкций и особенностей рельефа.
В летнее время для естественной вентиляции желательно использовать господствующие бризы. Обычно они дуют с северо-востока, но иногда направление может быть иное в зависимости от местных условий, характера растительности и топографических особенностей. К сожалению, ориентация заглубленного здания окнами на юг не позволяет обеспечить необходимую вентиляцию. Некоторые проемы, например окна или вытяжки, должны быть сделаны на северной стороне или в крыше здания с целью создания естественной сквозной вентиляции. Существует множество различных решений, обеспечивающих хорошую естественную вентиляцию. Если проектировщик считает целесообразным сделать максимальную изоляцию здания грунтом, уменьшив при этом объем естественной вентиляции, то в таком случае может быть применена механическая вентиляция. Основные положения о взаимосвязи вентиляции и создания комфортных условий приведены в гл 3.
Вид из окон — одна из наиболее важных характеристик заглубленного здания. При ■проектировании здания на живописном ландшафте следует учитывать два серьезных соображения. Допустим, желаемый вид из окна ориентирован не на юг. Такая ориентация окон-' ных проемов не позволит
использовать дополнительное тепло, которое можно получить непосредственно от солнца. Второе соображение заключается в том, что вид из окон заглубленного здания может быть более ограничен, чем из обычного. Это не имеет существенного значения при проектировании здания на «падающем» рельефе. Однако при проектировании его на спокойном рельефе предусмотрен ряд решений, которые позволяют расширить обзор из заглубленного здания (см. гл. 2).
В случае нежелательного вида из окон, например, на магистраль или на соседние застройки, важное значение приобретает выбор другой ориентации окон (в частности, весьма эффективна ориентация во внутренний дворик).
ТОПОГРАФИЯ
Топографические особенности рельефа могут самым различным образом влиять на проектные решения. Они изме-1 няют и характер ветров, и рас-| пределение температур вокруг! здания и, конечно, существен-! ное значение могут иметь для! выбора системы водоотведения.] Во всяком случае, очень важно! при проектировании учитывать! характер рельефа ——спокойный! или《падающий》，а также кру-| тизну и ориентацию склона! Поскольку наличие оконными проемов предусмотрено требо-Л ваниями строительных норм, тя кроме того, желательно для визуального контакта с окру-1 жающей средой, заглубленные жилища должны иметь хотя бьа один фасад, выходящий на от| крытый склон. 1
На спокойном рельефе возможно проектирование как полузаглубленных, так и полностью заглубленных зданий, обычно в одном уровне. При расположении здания на спокойном рельефе допускается решение в двух уровнях, но оно возможно лишь в особых случаях ——при большом объеме засыпки. Падающий рельеф дает возможность спроектировать здание в склоне, в этом случае ориентация окон зависит от ориентации склона. Вообще говоря, наиболее удобны склоны, ориентированные на юг, однако может возникнуть необходимость в решении, позволяющем использовать максимальное количество солнечной энергии при другой ориентации фасада. Сравнительно крутые склоны весьма приемлемы для проектирования заглубленного здания в двух уровнях. Такое здание имеет ряд возможностей для значительной экономии энергии (см. разд. 3.3).
РАСТИТЕЛЬНОСТЬ
Использование деревьев и кустарников на участке может быть рассмотрено в различных аспектах. Однако в данной книге мы рассмотрим их применение как дополнительную меру по сохранению энергии. Хотя размеры экономии предсказать трудно, тем не менее известны случаи значительного сохранения энергии в летнее время путем использования зе- "еннх насаждений, которые "етом затеняют окна, ориентированные на юг, что позволяет Уменьшить воздействие солнеч-
Рис. 1.4. Влияние топографических условий: а — плоский рельеф; 6 — плоский рельеф, возвышающееся здание; в — падающий рельеф, одноэтажное здание； а — падающий рельеф, двухэтажное здание
ной радиации. На южной стороне целесообразно высаживать деревья, сбрасывающие зимой листья, что дает возможность увеличить воздействие солнечной радиации в то время, когда это наиболее необходимо.
Другой убедительный пример использования зеленых насаждений с целью экономии энергии ——уменьшение влияния ветра. Сооружение земляных насыпей может обеспечить необходимую защиту заглубленного здания от ветра с северной и западной сторон. Однако, если окна доступны для зимних ветров, следует рекомендовать посадку вечнозе-
Рис. 1.5. Влияние растительности: а — дерево затеняет дом в летнее время; 6— солнечная радиация проникает в дом зимой; в — растительность используется для ослабления ветра
леных кустарников, которые могут дать значительную экономию энергии.
В докладе, подготовленном для Агентства по энергетике Миннесоты, приведены результаты обследования двух идентичных домов в Северной Дакоте: один был окружен с трех сторон зелеными насаждениями, а другой не имел защиты от ветра. В здании, защищенном от ветра, потребление топлива оказалось на 40% меньше, чем в здании, не имеющем такой защиты. Это не только указывает на целесообразность посадок деревьев и кустарников, с точки зрения уменьшения расходов на энергию, но и свидетельствует о возможной
экономии, которую можно проектировать для заглубленного здания, защищенного с трех сторон засыпкой, уменьшающей влияние ветра в еще большей степени, чем зеленые насаждения.
РАЗМЕРЫ УЧАСТКА
И СОСЕДНИЕ ПОСТРОЙКИ
При проектировании заглубленных зданий в городской застройке или в пригороде важное значение имеют размеры строительного участка и наличие зданий на соседних участках. При посадке заглубленного здания внутри развитой надземной застройки должны быть учтены три особенности.
Первая заключается в том, что могут потребоваться дополнительные земляные работы на участке и обваловка здания. Размеры дополнительной площадки при таком решении не слишком велики, однако может возникнуть необходимость в , несколько большей площади в целом, чем это нужно для обыч-' ного здания.
Вторая особенность касает-; ся разрывов между зданиями в условиях сложившейся застройки. Соблюдение необходимых разрывов может оказаться решающим фактором при проектировании заглублен-, ных зданий. Может возникнуть необходимость в увеличении разрывов из-за большего подземного пространства, используемого под строительство, по сравнению с площадью обычного прямоугольного дома, если дом имеет внутренний дворик. В этом случае потребуется пересчет разрывов.
Последняя особенность заключается в увязке расположения здания и определения его размеров в зависимости от окружающей застройки, которая может ограничивать обзор, закрывать солнечный свет, наконец, просто создавать неприятное ощущение того, что комнаты просматриваются из соседних зданий.
Все эти затруднения возникают лишь при расположении заглубленного здания на небольшом участке среди сложившейся застройки. Для новой застройки, которая состоит только из заглубленных зданий, можно не учитывать рассмотренных особенностей. Аналогичные и другие нормативные положения более подробно изложены в гл, 6.
ГРУНТЫ И ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ
Заглубленное здание про-, ектируют преимущественно из более тяжелых конструкций, чем обычное, и, естественно, должна быть значительно больше глубина заложения фундамента. В связи с этим геологические и гидрогеологические условия имеют особенно важное значение при выборе местоположения здания, а также при проектировании фундаментов и стен. Некоторые грунты могут оказаться непригодными для строительства из-за их низкой несущей способности или пучинистости.
Изучение гидрогеологических условий важно и для проектирования гидроизоляции, а также элементов конструкции. Высокий уровень грунтовых вод может потребовать столь
Размер участка для заглубленного здания
Очень близкое расположение соседних строений
Рис.. 1.6. Влияние размеров участка и соседних строений
дорогостоящих решений конструкций и гидроизоляции, что выгоднее будет отказаться от участка для строительства.
Учитывая эти обстоятельства, геологические и гидрогеологические условия площадки следует определять еще до того, как будет выполнен значительный объем работы или вложены деньги в участок под строительство или в разработку проекта здания. Это важно помнить тем, кто собирается строить заглубленные здания и ищет участок под строительство. Затраты на изыскания, проведенные на участке до его приобретения, могут оказаться бросовыми в том случае, если участок окажется непригодным для строительства. Если же
изыскания до покупки участка не были сделаны, участок может оказаться непригодным для строительства или стоимость строительства на нем может оказаться исключительно высокой.
Эта проблема решается путем предварительного выяснения геологических и гидрогеологических условий участка без проведения серьезных физических исследований условий. Такую информацию можно получить на соседних заселенных территориях. Источниками ее в этом случае могут быть: местные фирмы, занимающиеся изучением и испытанием грунтов; местные инженеры, консультирующие в области строительства; городские управления по делам строительства; местные агенты по продаже недвижимости; владельцы соседних участков/
Располагая подобной информацией, можно сделать более обоснованные выводы о пригодности участка (или, по крайней мере, о том, насколько приемлемы существующие ограничения). Если данные предварительных исследований, окажутся приемлемыми, то до окончательного оформления покупки участка должны быть ■ выполнены детальные исследо-
Г л а е
АСПЕКТЫ АРХИТЕКТУРНОГО
ВЫБОР ОСНОВНЫХ РЕШЕНИЙ
При выборе основных решений важно учитывать требования тех людей, которые будут находиться в здании, с последующей реализацией этих тре- 14
вания, в результате которых могут выявиться такие допол- Я нительные подробности, из-за 'I которых отказ от покупки бу- ] дет наилучшим решением.才 Определяющим моментом в Л проведении исследований на Л этой стадии является то об- Я стоятельство, что владелец зем- я ли не может завершить сделку,- Я хотя в нее уже сделаны значи- я тельные вложения. Однако сто- 'Я имость исследований может ■ быть поделена между партне- я рами следующими путями: по- 1 купатель и продавец принима- 1 ют на себя расходы на исследо- 』 вания; покупатель оплачивает. | расходы на исследования в слу-. | чае положительных результа- | тов, а продавец — в случае от- 1 рицательных результатов. 1
Вообще говоря, если участок | пригоден, с точки зрения всех .1 прочих условий, то - влияние | геологических условий на про* J ектные решения не слишком Я велико. Грунтовые воды и I фильтрующие характеристики Л грунтов могут оказать значи- , тельное влияние на проектные Я решения. Более подробная ин- Я формация о влияний геологи- Я ческих и гидрогеологических Я условий участка на проектиро- ■ ванне, а также особенности Я проведения исследований рас- Л смотрены в гл. 4., fl
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
бований в том объеме, который будет спроектирован и осуществлен. Следовательно, назначение и число комнат, их размеры, а также связи между помещениями должны быть оп- ределены до начала проектиро-
вания.Так как основные функциональные потребности большинства семей одинаковы (приготовление пищи, питание, сон и отдых), основные решения большинства домов для одной семьи также будут одинаковыми. Благодаря общим требованиям к домам с учетом снижения финансовых затрат и стремления к унификации, эти здания находят широкий спрос. Естественно, заглубленный дом подчиняется тем же правилам проектирования и законам рынка, что и наземный, и должен быть решен таким образом, чтобы отвечать всем требованиям и выполнять те же функции, которые владелец предъявляет к наземному дому. Однако заглубленный дом имеет ряд особенностей, которые обусловливают особенности проектирования. Например, при строительстве частично или полностью заглубленного дома нельзя использовать параметры цокольного (или подвального) этажа обычного здания аналогичной площади из-за того, что увеличение глубины для такого здания намного удорожает строительство и непрактично. Цокольный этаж считается сравнительно дешевым объемом наземного здания в Миннесоте, так как высота стен цокольного этажа и глубина заложения фундаментов должна быть в пределах 107 см, т. е. ниже глубины промерза-. ния. У заглубленного здания стены опущены ниже этой глубины, что исключает возможность получить дополнительный дешевый объем.
Типичный цокольный этаж- в обычном доме выполняет ряд
важных функций (в нем размещаются помещения для стирки, механическое оборудование, кладовые, мастерские, помещения для отдыха или для различных других целей). Эти функции должны быть признаны необходимыми и предусмотрены в основных решениях любого заглубленного дома. Едва ли эти помещения потребуют большего пространства, чем под них отводится в типичном цокольном этаже. Весьма вероятно, что новые более эффективные методы организации и использования пространства позволят совместить эти функции, характерные для цокольного этажа, с функциями всего здания в целом.
Одна из функций привлекает особое внимание при разработке основных решений — это организация пространства для механического оборудования. Согласно данным, которые приводятся в других разделах книги, потребности в мощности отопительного и охлаждаюпхе- го оборудования для заглубленного здания значительно ниже, чем для обычного здания тех же размеров. Но это не означает, что физические размеры оборудования могут быть уменьшены столь же значительно. Желательно, для уменьшения шума и обеспечения необходимой безопасности, механическое оборудование располагать в отдельном помещении. Только одно механическое оборудование займет площадь около 5,6 м2, если принять, что сюда входят: установка для умягчения воды, солнечная установка для горячего водоснаб-- женин, газовая ； или электри-,
Рис. 2.1. Зависимость площади поверхности здания от площади полаРис. 2.1. Зависимость площади поверхности здания от площади полаа — план А, площадь пола 121 м?, площадь поверхности стен 107 м?； б — план Б, площадь пода J21 мг, площадь поверхности стен 134 м?; в — план В, площадь пола 121 м , площадь поверхности стен 179 м?； г — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 346 м2;д — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 469 м2а — план А, площадь пола 121 м?, площадь поверхности стен 107 м?； б — план Б, площадь пода J21 мг, площадь поверхности стен 134 м?; в — план В, площадь пола 121 м , площадь поверхности стен 179 м?； г — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 346 м2;д — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 469 м2
Рис. 2.1. Зависимость площади поверхности здания от площади пола
Рис. 2.1. Зависимость площади поверхности здания от площади пола
а — план А, площадь пола 121 м?, площадь поверхности стен 107 м?； б — план Б, площадь пода J21 мг, площадь поверхности стен 134 м?; в — план В, площадь пола 121 м , площадь поверхности стен 179 м?； г — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 346 м2;
д — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 469 м2
а — план А, площадь пола 121 м?, площадь поверхности стен 107 м?； б — план Б, площадь пода J21 мг, площадь поверхности стен 134 м?; в — план В, площадь пола 121 м , площадь поверхности стен 179 м?； г — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 346 м2;
д — площадь пола 167,4 м2, площадь поверхности стен 469 м2
ческая топка, кондиционер или установка для осушки воздуха, смонтированные под потолком трубопроводы, регулирующая аппаратура, смонтированная на стенах.
Кроме того, может потребоваться еще 2,3 м2 дополнительной площади для размещения циркуляционной установки. Большая эффективность использования пространства достигается, если совместить помещение для стирки и помещение для механического оборудования.
При выборе основных решений важно учитывать целесообразность применения альтернативных механических систем, таких как солнечные коллекторы, кондиционирование воздуха с использованием льда и рекуперация тепла из сточных вод. Системы солнечного отопления для заглубленных зданий представляются весьма перспективными, поскольку такие здания потребляют немного тепла и имеют хорошие тепловые характеристики. При любом решении, предусматривающем применение системы .активного использования солнечной энергии, требуется дополнительное пространство для установки оборудования и накопительных емкостей. Вода и камень могут считаться лучшими накопителями тепла. Применение солнечных коллекторов оказывает существенное влияние на ориентацию участка и выбор общего решения, если коллекторы являются элементом конструкции здания.
Другим примером альтернативных механических систем, оказывающих влияние на об- 16
щие решения и проектирование конструкции здания, может быть система кондиционирования воздуха с использованием больших масс льда, которая в настоящее время начинает получать все большее распространение. Эта система предусматривает устройство около здания подземного помещения, в котором зимой производится намораживание большого количества льда, используемого летом для охлаждения здания. При проектировании такой установки необходимо учитывать потребность в дополнительном пространстве для оборудования, а также взаиморасположение дома и ледника.
Все альтернативные энергетические системы, которые могут быть применены для заглубленных домов, оказывают влияние на проектные решения, и нередко оно весьма значительно. По этой причине всесторонняя, глубокая оценка таких систем при выборе основных решений позволит обоснованно включить их в проектное решение.
Новая проблема, которая возникает в последнее время в проектировании подземных зданий, состоит в том, чтобы использовать необогреваемые надземные помещения для некоторых целей или в течение некоторых периодов года. Поскольку к отоплению и охлаждению таких помещений, как гаражи и склады, не предъявляются столь жесткие требования, как к отоплению и охлаждению жилых помещений, их целесообразно размещать на поверхности земли по соседству с заглубленным домом. Не-
которые помещения, как например веранда, также целесообразно располагать на поверхности, что создает лучшие условия их использования.
Следовательно, на стадии выбора основных решений, важно помнить, что подземное жилище представляет собой совсем иной тип конструкций, чем наземное здание, и некоторые помещения могут быть расположены на поверхности без уменьшения энергетической эффективности заглубленного здания.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯПРОЕКТИРОВАНИЯ
Сохранение энергии. Одним из главных аспектов архитектурного проектирования и строительства заглубленных жилищ следует назвать экономию энергии, которая может быть получена в таком типе зданий (см. гл. 3). Существуют два пути сохранения энергии, непосредственно влияющих на выбор конфигурации заглубленного здания — компактность планировки и максимально возможный объем обсыпки здания.
Потери тепла и, следовательно, количество потребляемой зданием энергии есть функция площади поверхности,
через которую происходят потери тепла. У здания с большой площадью поверхности потери тепла будут больше, чем у здания с меньшей площадью поверхности, при одинаковых прочих условиях. Очевидно, что здания с одинаковой площадью пола могут иметь различную общую поверхность в зависимости от конфигурации в плане, как это показано на рис. 2.1.
Максимальный объем здания при минимальной площади поверхности стен можно получить, если здание будет круглым в плане. Так как конструкции круглой формы не всегда удобны в строительстве, то наиболее приемлемой и достаточно компактной формой следует считать квадратную или прямоугольную.
Если сравнивать одноэтажные и двухэтажные здания оди- наковой площади, двухэтажные здания имеют значительно меньшую общую поверхность, чем одноэтажные. Чем более протяженным и менее компактным проектируется здание, тем больше будут потери тепла. Этот принцип остается верным и для заглубленного здания. Поскольку земля летом холоднее, чем само здание, тепло из него переходит в землю, и это
явление следует использовать как способ охлаждения. В этом случае здание с большей поверхностью будет иметь преимущество с точки зрения его охлаждения. В условиях климата Миннесоты основное внимание должно быть уделено уменьшению потерь тепла зимой, а следовательно, — проектированию максимально компактного здания.
Второй важный фактор сохранения энергии, который влияет на проектирование здания, ——объем обсыпки стен и кровли сооружения. Как будет показано далее (см, с. 64), от этого параметра зависит количество сэкономленной энергии, поэтому определение объема обсыпки становится одним из главных аспектов проектирования.
Для максимального сохранения энергии идеальным ре・ шением было бы полностью закрытое, максимально заглубленное помещение. Естественно, такое решение неприемлемо как с точки зрения условий внутренней среды помещения, так и с точки зрения положений строительного законодательства. Оконные проемы, внутренние дворики, световые фонари и другие подобные элементы, которые улучшают условия среды обитания, могут быть решены без значительного уменьшения размера экономии энергии, которую обеспечивает заглубление здания, а в некоторых случаях могут увеличить эту экономию.
Строительное законодательство. Проблемы строительного законодательства применительно для заглублен- 18
ннх домов подробно обсужда- ются в последующих разделах книги. Здесь необходимо назвать одно из наиболее важных положений, которое касается строительных законов, относящихся к проектированию заглубленных зданий. Для жилых зданий строительными нормами предусматривается, что любая жилая комната должна иметь окно, выполняющее различные функции: обеспечивать освещение и вентиляцию, а также служить запасным выходом при эвакуации людей. Для подсобных помещений это требование ис-； ключается так же, как и для ванных комнат, потому что они должны иметь механическую вентиляцию, В наземных зданиях осуществление этих требований не встречает затруднений. Между тем в проектах заглубленных зданий имеется тенденция к уменьшению числа окон и одновременно к концентрации их с целью увеличения энергетической эффектив-； ности помещения. Если это требование строго соблюдается, то оно становится одним из доминирующих при проектировании из-за того, что могут потребоваться нежелательные дополнительные проемы или придется неоправданно усложнять конфигурацию здания» чтобы иметь возможность сгруппировать все необходимые окна.■
Несомненно, подземный дом В без необходимого естественно- ■ го освещения, вентиляции, ус* В ловий безопасности и хорошей И связи с внешней средой совер- ■ шенно не пригоден для жилья. И Однако решения, позволяющие ■
каким-либо иным способом осуществить те функции, которые обычно выполняют окна (освещение, вентиляция), могут значительно упростить задачу проектировщиков. В основном, проектные соображения и решения, приведенные в этой и других главах, учитывают действующие строительные нормы. В некоторых случаях будут указаны изменения, которые представляется целесообразным сделать в существующих нормах.
Выбор конструктивных решений. Для любого здания конструктивные решения представляют собой важнейшую часть проекта. Применительно к заглубленным зданиям это тем более верно, поскольку нагрузки от засыпки на кровлю весьма значительны. Конструктивные элементы, воспринимающие эти нагрузки, могут быть подразделены на две группы: более удобные плоские кровли и различные варианты менее удобных пространственных покрытий.
Плоские кровли представляют собой предварительно напряженные железобетонные или монолитные железобетонные плиты, уложенные по деревянным или стальным балкам. Все эти системы имеют общие характеристики, которые позволяют выбрать наиболее простую и обычно прямоугольную конфигурацию здания с плоской или скатной кровлей.
Необходимость выдерживать большие, чем нормальные, нагрузки на кровлю у заглубленных зданий может привести к необычным конструктивным
решениям ~— сферическим и сводчатым конструкциям из бетона или стали. Такие конструкции способны нестн большую нагрузку и более эффективны, чем плоская кровля, хотя они могут ограничивать планировку помещений. Эти конструкции в большей степени, чем обычные, влияют на вмбор размеров, формы здания, и внутренних помещений. Кроме того, конструкции, в основе которых лежат купола или арки, не очень хороши для устрой* ства оконных проемов, уменьшающих несущую способность этих систем. -
Например, если основной несущей конструкцией служит большепролетная арка, то ок・ на могут быть размещены толь* ко в торцах здания, а плани- ровка внутренних помещений должна учитывать кривизну кровли. В этом случае наибо' лее удобной будет конструкция, допускающая устройство второго этажа, либо состоящая из ряда примыкающих друг к дру、 гу небольших помещений, что позволит сделать больше оконных проемов. Планы и фотографии построенных заглубленных зданий, в конструкции которых используются стальные арочные элементы, приведены во второй части книги.
Применение этих систем может привести к разработке очень интересных решений, возникающих в результате стремления к максимально эффективному использованию обсыпки. Однако следует отдавать себе отчет в том, что применение необычных систем вызывает различные ограничения при проектировании и ужесто-
чает требования к конфигурации здания.
В качестве примеров, иллюстрирующих различные аспекты проектирования заглубленных зданий, приведены проектные решения, главным образом, использующие обычные конструктивные элементы. С этой точки зрения можно сказать, что подавляющее большинство заглубленных индивидуальных домов будет построено с при- _ менением обычных конструк- тивных решений. Вместе с тем следует отметить, что все проектные и энергетические соображения, касающиеся строительства заглубленных зданий, в настоящей работе рассмотрены с позиции использования любых конструктивных систем' как обычной плоской кровли, так и пространственных покрытий.
Взаимосвязь заглубленных зданий с поверхностью земли ——один из ключевых вопросов проектирования заглубленных жилищ, так как определяет глубину посадки здания, его расположение на поверхности или под землей. На ровной поверхности здание может быть полностью заглубленным в землю либо частично заглубленным с отсыпкой насыпей вокруг наружных стен. На падающем рельефе здание может быть различным образом заглублено в склон. Например, на пологом склоне оно может быть полностью или частично заглублено аналогично с посадкой на плоском рельефе. На более крутом рельефе появляется возможность строить здания в двух уровнях. Заглубление здания (еще один эле-
мент взаимосвязи с поверхностью) определяет нагрузку от земли на кровлю. Некоторые решения, в основном касающиеся засыпки стен с целью экономии энергии, могут совсем не предусматривать засыпки кровли.「
Важно учитывать два ос-胃 новных параметра, связанных 三 с взаиморасположением зда- | ния и поверхности земли: вид ■■； из дома на окружающий ланд-扌 шафт и форму самого здания.,
Если рельеф достаточно W живописен, или если оби-.：； татели хотят иметь больший q зрительный контакт с окружа-考 ющей средой, то в этом случае & полузаглубленное здание на склоне представляется более предпочтительным, чем наземное здание на равнинном рельефе. Зрительный контакт с окружающей средой еще больше у здания, расположенного в склоне на падающем рельефе.i
Есть и другие решения, которые позволяют не только разрешить проблему совмещения широкого обзора из здания и заглубления его, но и сэкономить значительное количество энергии. Одно из них ——расположение здания в двух уровнях: минимум помещений, таких как жилые комнаты и рабочие помещения, находятся над землей, ■ а остальные помещения ——под землей.
Однако на многих участках невозможно обеспечить достаточно живописный вид из по
мещения и в этом случае расположение комнат вокруг внутреннего дворика (атриума) может быть более рациональ
ным решением, чем планировка с видом на обычный двор.
При планировке здания с внутренним двориком достигается большее уединение, и воздействие окружающего ландшафта сказывается меньше, чем у здания с видом на улицу.
Другой важный вопрос — взаимосвязь формы здания с поверхностью земли. Форма здания, обусловленная требо* ваниями обеспечения безопас^ ности, уединенности и использования внутреннего пространства, предъявляемыми к зданию, может и не создавать единой гармонии с ландшафтом. Например, на плоском ландшафте полузаглубленное и полностью заглубленное здания выглядят по-разному. Земляные насыпи вокруг полуза- глубленного дома в большой степени создают зрительный барьер для тех, кто находится снаружи, и могут быть использованы для того, чтобы отделить внешнее пространство от здания. Кроме того, возведение насыпей вокруг дома позволяет отводить поверхностный сток с прилегающей территории, а также поднять пол здания над уровнем грунтовых вод.
Еще один фактор, влияющий на общее решение, — это расположение гаража, входа и наземной жилой части по отношению к заглубленной части здания. Наземная часть в этом случае становится доминирующей в визуальном отношении. Помещение, расположенное на крыше заглубленного здания, следует рассматривать как дополнительное, которого не имеет обычное
а
Рис. 2.2. Взаимосвязь с рельефомРис. 2.2. Взаимосвязь с рельефома — полузаглубленное здание (с обсыпкой)； б — полностью заглубленное здание： 8— здание, заглубленное в склон； г — заглубленное здание с надземной частьюа — полузаглубленное здание (с обсыпкой)； б — полностью заглубленное здание： 8— здание, заглубленное в склон； г — заглубленное здание с надземной частью
Рис. 2.2. Взаимосвязь с рельефом
Рис. 2.2. Взаимосвязь с рельефом
а — полузаглубленное здание (с обсыпкой)； б — полностью заглубленное здание： 8— здание, заглубленное в склон； г — заглубленное здание с надземной частью
а — полузаглубленное здание (с обсыпкой)； б — полностью заглубленное здание： 8— здание, заглубленное в склон； г — заглубленное здание с надземной частью
здание; оно более доступно и изолировано при входе в дом с прилегающей наземной территории.
Естественно, форму заглубленного здания и его назначение можно изменять в зависимости от конкретных требований (здесь будут рассмотрены только общие соображения), но при этом важно учитывать внешний вид здания и возможность образования замкнутого пространства, так как эти параметры могут в значительной степени влиять на конкретные проектные решения.
Рис, 2.3. Здание возвышающегося типа： а — вспомогательные помещения в глубине здания； б — основные помещения вдоль открытого фасадаJ — общая комната-столовая； 2 — кухня： 3 — спальня； 4 — кладовая; 5 — помещение для механического оборудования； 6 — ванная комнатаРис, 2.3. Здание возвышающегося типа： а — вспомогательные помещения в глубине здания； б — основные помещения вдоль открытого фасадаJ — общая комната-столовая； 2 — кухня： 3 — спальня； 4 — кладовая; 5 — помещение для механического оборудования； 6 — ванная комнатаРис. 2.4. Схема организации внутренних связей при наличии атриумаа — по периметру здания； б — по периметру атриумаРис. 2.4. Схема организации внутренних связей при наличии атриумаа — по периметру здания； б — по периметру атриума
Рис, 2.3. Здание возвышающегося типа： а — вспомогательные помещения в глубине здания； б — основные помещения вдоль открытого фасада
J — общая комната-столовая； 2 — кухня： 3 — спальня； 4 — кладовая; 5 — помещение для механического оборудования； 6 — ванная комната
Рис, 2.3. Здание возвышающегося типа： а — вспомогательные помещения в глубине здания； б — основные помещения вдоль открытого фасада
J — общая комната-столовая； 2 — кухня： 3 — спальня； 4 — кладовая; 5 — помещение для механического оборудования； 6 — ванная комната
Рис. 2.4. Схема организации внутренних связей при наличии атриума
а — по периметру здания； б — по периметру атриума
Рис. 2.4. Схема организации внутренних связей при наличии атриума
а — по периметру здания； б — по периметру атриума
Типичные планировочные решения зданий. Существуют три основных типа планировочных решений, каждое из которых имеет свои особенности: возвышающееся здание, здание с внутренним двориком и сквозное. Разница между ними в основном заключается в размерах и ориентации оконных проемов. У здания возвышающегося типа все окна выходят на одну сторону, три стены засыпаны землей. В здании с внутренним двориком окна расположены по периметру дворика, и все наружные стены находятся в земле. В зданиях сквозного типа окна могут быть различного размера, их допускается располагать в любом месте по периметру здания. На практике возможны различные варианты этих планировочных решений, например в двух уровнях или 22
комбинация наземной постройки с подземной и т. д.
Возвышающиеся здания. При проектировании возвышающегося здания в первую очередь важно предусмотреть создание максимальной засыпки и размещение всех окон на одной стороне, предпочтитель- л но на южной. В этом случае 百 помещения должны быть ори-：; ентированы так, чтобы все | жилые комнаты и спальни рас- полагались по фасаду, имею-； тему окна, а все вспомогательные помещения, т. е. подсобные, ванные комнаты и кладовые, не требующие естественного освещения, размещались в глубине здания, Кухня или столовая могут быть расположены в глубине зда- ния, если они являются частью
жилого помещения. Такая планировка аналогична типичной планировке зданий с односторонней ориентацией окон. Недостатком ее следует считать слишком большую протяженность помещений, особен-^ но для зданий большого раз" мера (в этом случае по пла-； нировке они напоминают мо*{ тель). При решении возвышающегося здания в двух уров-: нях планировка становится； более компактной, а длина. внутренних коммуникаций сокращается. Здание в двух уровнях, имеющее значительную земляную обсыпку, а также окна, ориентированные на юг, и достаточно компактную планировку, весьма эффективно с энергетической точки зрения (см, подразд. 3.3).
Внутренний дворик (атриум). Основной принцип атриумной планировки ——располо
жение жилых помещений во круг внутреннего дворика таким образом, чтобы все окна выходили в этот дворик. Наиболее простая форма атриумной планировки представляет собой квадратный дворик с жилыми помещениями, расположенными с четырех сторон. Иногда желательно расположение жилых помещений лишь с трех сторон, чтобы оставить четвертую сторону открытой для естественного освещения, обзора или устройства входа. Атриумная планировка сама по себе весьма привлекательна, хотя усложняет организацию внутреннего пространства и перемещения (циркуляцию). Обычно атриумная планировка рекомендуется в условиях теплого климата, причем внутренний дворик используется для организации движения. Несколько зданий заглубленного типа было построено в условиях теплого климата, например, резиденция Борди в Остине, шт, Техас (см. часть II).
В Миннесоте, так же как и в большинстве других штатов США, внутреннее перемещение в здании организовано таким образом, что не нужно выходить из него. Один из способов решения этой задачи — включение внутреннего дворика в состав жилых помещений путем устройства над ним крыши. Однако в этом случае вну・ тренний дворик становится закрытым пространством и применение таких решений может потребовать изменения строительных норм.
Внутреннее перемещение вокруг внутреннего дворика
может быть организовано по периметру (наружному) здания таким образом, что окна во всех помещениях будут выходить во дворик, однако это приведет к устройству слишком длинного и неудобного коридора, целесообразность которого для жилых зданий трудно обосновать. Другим решением может быть организация циркуляции непосредственно по внутреннему дворику, что позволяет сократить длину коридора до приемлемой. Однако в этом случае циркуляция должна происходить в пространстве между жилыми помещениями и двориком. Если передвижение через жилые комнаты (общие), столо* вую и даже кухню допустимо, то спальни, согласно действующим нормам, не могут использоваться в качестве коридора и быть лишены окон.
Проблема организации движения внутри помещения в зданиях с атриумной планировкой обусловлена размерами здания и требованиями строительных норм по устройству окон. Наиболее простым решением здания атриумного типа можно считать представленное здесь решение дома с ограниченными размерами, одной спальней, где движение осуществляется только через
Рис. 2.5. Здание атриумного типа с одной спальней：
/ — камин; 2 — кухня-столовая； 3 — помещение для механического оборудования； 4 — ванная; 5 — спальня; 6 ^ открытый атриум; 7 — общая комната
кухню-столовую. При более сложной планировке возникает необходимость в модификации простой атриумной планировки таким образом, чтобы получить здание минимально возможной площади с максимальной площадью оконных проемов для всех помещений, где это необходимо. Возможными вариантами могут быть здания с двумя или несколькими внутренними двориками, дополнительными оконными проемами или здание в двух уровнях. Другим решением может быть отказ действующих строительных норм от обязательного устройства окон в спальнях, а также от некоторых требований к вентиляции, освещению и аварийным выходам.
Хотя при атриумной планировке не все окна выходят на юг и она не столь компактна, как возвышающаяся, внутренний дворик задерживает воз- 24
дух, который затем нагревается солнцем, что приводит к уменьшению потерь тепла. Кроме того, эта планировка позволяет создать закрытое пространство (уединенное), что весьма желательно для заглубленных жилищ.
Сквозная планировка. В этом случае проемы в земляной обсыпке здания допускают организацию освещения и вентиляции (естественной) с любой стороны по периметру сооружения. Сквозная планировка заглубленного здания практически не отличается от планировки обычного наземного здания, у которого окна могут быть ориентированы на все четыре стороны; сквозная планировка весьма компактна, а внутренняя циркуляция ограничивается центральной частью. Однако для заглубленного здания, основным преимуществом которого является возможность сохранения энергии, очень важно правильно выбрать размеры и расположение окон. Хотя для зданий со сквозной планировкой требования к ориентации окон не столь жестки, как для зданий возвышающегося типа, тем не менее желательно, чтобы наиболее активно используемые помещения с большими оконными проемами были ориентированы на юг, а помещения с наименьшей активностью и окнами наименьшего возможного размера—- на север. Кроме того, желательно решить планировку таким образом, чтобы как можно меньшая поверхность обсыпки имела проемы. Несколько окон большего размера легче сделать и это
даст большую экономию энергии, чем применение большего числа окон минимального размера, которые ухудшают изолирующие свойства обсыпки. На многих площадках нежелательно ориентировать все окна на юг (как в случае возвышающейся планировки), поэтому сквозную планировку следует признать наиболее приемлемым решением.
Пешеходные и транспортные подходы. Один из наиболее важных аспектов проектирования заглубленных зданий — решение пешеходных и транспортных подходов или тех путей, по которым можно попасть в дом. Проектирование входа для заглубленных зданий имеет особенно важное значение, поскольку у многих людей спуск под землю вызывает отрицательные эмоции, а правильно запроектированный вход позволит избежать неприятных ощущений. Вход должен быть отчетливо виден снаружи, а внутри хорошо освещен, иметь достаточные размеры; лестница, ведущая в жилые помещения, не должна быть слишком длинной. Ыаиболее просто может быть решен вход в здание возвышающегося типа; вход может быть сделан на открытой стороне здания, предпочтительно, ближе к центру, чтобы обеспечить наиболее эффективную циркуляцию.
Часто возникает необходимость устраивать дополнительный вход в помещения, расположенные вдоль возвышающейся части зданий. Он может быть выполнен на одной из трех закрытых сторон зда-
Рис. 2.6.Рис. 2.6.Сквозная планировкаСквозная планировка
Рис. 2.6.
Рис. 2.6.
Сквозная планировка
Сквозная планировка
ния — для этого делается проход через земляную обсыпку. Однако такой вход может создать более сложную и длинную циркуляцию внутри дома.
Точно так же для здания с атриумной планировкой наиболее простым будет устройство входа непосредственно из внутреннего дворика, но при таком решении вновь возникает осложнение — общий вход не обеспечивает желаемой уединенности и обособленности. Для атриумной планировки оптимальным решением может быть устройство отдельного входа сверху или сбоку через земляную обсыпку. При планировке с двумя внутренними двориками один из них можно использовать для устройства входа, а другой ——как более обособленное пространство. В зданиях со сквозной планировкой вход делается такой же, как в обычных назем、 ных зданиях.
Для всех типов заглубленных зданий вход должен решаться весьма тщательно, чтобы обеспечить приятный пере-
ггttРис. 2.7. Подходы к зданию:Рис. 2.7. Подходы к зданию:1 — гараж и вход в здание через обсыпку северной стены; 2 — заглубленный гараж, вход непосредственно в здание； 3 — гараж и вход с южной стороны： 4 — гараж с южной стороны (может закрыть солнце и ограничить обзор)； 5 — гараж с северной стороны (может акцентировать вход в здание)1 — гараж и вход в здание через обсыпку северной стены; 2 — заглубленный гараж, вход непосредственно в здание； 3 — гараж и вход с южной стороны： 4 — гараж с южной стороны (может закрыть солнце и ограничить обзор)； 5 — гараж с северной стороны (может акцентировать вход в здание)（6/22）（6/22）солнечной энергии зимойсолнечной энергии зимойНаклонная крыша обеспечивает пол- мое поступлениеНаклонная крыша обеспечивает пол- мое поступление(6/22)(6/22)/(12/22)/(12/22)^^^Возмож- но потребует-^^^Возмож- но потребует-
г
г
t
t
Рис. 2.7. Подходы к зданию:
Рис. 2.7. Подходы к зданию:
1 — гараж и вход в здание через обсыпку северной стены; 2 — заглубленный гараж, вход непосредственно в здание； 3 — гараж и вход с южной стороны： 4 — гараж с южной стороны (может закрыть солнце и ограничить обзор)； 5 — гараж с северной стороны (может акцентировать вход в здание)
1 — гараж и вход в здание через обсыпку северной стены; 2 — заглубленный гараж, вход непосредственно в здание； 3 — гараж и вход с южной стороны： 4 — гараж с южной стороны (может закрыть солнце и ограничить обзор)； 5 — гараж с северной стороны (может акцентировать вход в здание)
（6/22）
（6/22）
солнечной энергии зимой
солнечной энергии зимой
Наклонная крыша обеспечивает пол- мое поступление
Наклонная крыша обеспечивает пол- мое поступление
(6/22)
(6/22)
/(12/22)
/(12/22)
^^^Возмож- но потребует-
^^^Возмож- но потребует-
ход с поверхности земли в жилую часть дома.
Вход в здание обычно проектируется с транспортным въездом и гаражом. При проектировании заглубленных зданий гараж может быть решен как часть здания либо размещен на поверхности земли и его расположение должно быть увязано с решением входа. Подземный гараж лучше 26
вписывается в общее решение здания, однако его стоимость может быть выше стоимости обычного гаража. Наземный гараж, поставленный на открытой стороне возвышающегося здания, может затенять вго и ухудшить обзор из помещения, а поставленный на противоположной стороне может быть совмещен со входом и создать определенное зрительное впечатление и, кроме того, может разделить общую и индивидуальную части дома. Примеры, приведенные в части II, иллюстрируют различные -приемы размещения гаража при заглубленном здании.
Существует мнение, что за- тлубленные жилища неприемлемы для больных людей. Оно основано на ошибочной предпосылке, что такие здания находятся глубоко под землей и требуют устройства больших лестниц для входа в жилое пространство. Многие примеры, рассмотренные в книге, свидетельствуют о том, что -вход в заглубленное здание может быть устроен непосредственно с поверхности и не представляет каких-либо затруднений для больных людей по сравнению с входом в обычное наземное здание. Проектировщики должны знать, что лишь незначительные изменения конструкции ступеней и входов могут сделать заглубленные дома доступными и для больных людей.
2.3. ДЕТАЛИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Естественное освещение жилых помещений заглубленных зданий имеет важное значение по двум причинам.
Во-первых, оно желательно для любого здания из энергетических соображений, так как проникающая в помещение солнечная радиация представляет собой пассивную систему отопления за счет свободной энергии солнца. Во-вторых, заглубленные жилища часто ошибочно ассоциируются с темными подвалами и поэтому весьма важно обеспечить доступ солнечного света для создания светлого и привлекательного для жилья пространства. При проектировании необходимо принимать во внимание положение солнца над горизонтом как в течение суток, так и в течение года, чтобы правильно использовать возможности естественного освещения.
На рисунке показано положение солнца над горизонтом в разное время года и характер освещения южной стороны здания в полдень. Нависающие элементы (навесы) могут применяться для того, чтобы ограничить доступ солнечного света в помещение летом и в то же время они не затеняют помещение зимой. Для затенения южной стороны здания летом используются решетки, створки которых на зиму поворачиваются и таким образом обеспечивается доступ солнечного света в помещение в зимнее время.
При проектировании здания с окнами, расположенными по одной стене, следует учитывать, что помещение может быть освещено в нужной степени лишь на определенную глубину от этой стены. Обычно комната глубиной 4,8 м мо-
// с я установка
'затеняющих
1 /элементов
Ряс. 2.8. Естественное освещение. Углы стояния солнца: декабрь 22, полдень, высота стояния 21,5°, июнь 22, полдень, высота стояния 68,5°
/ ——направленный световой фонарь; 2 — затеняющий элемент-решетка
жет быть освещена с одной стороны, но помещение большего размера, которое включает еще, например кухню и столовую, может потребовать дополнительного источника естественного света.
Существуют разные способы естественного освещения помещений, удаленных от основных окон. Например, устраивают световые фонари, наклонные кровли, не затеняющие помещение, или делаются дополнительные оконные проемы в обсыпке здания, если это необходимо. Конечно, применение всех этих способов связано с некоторыми затратами, а также с некоторыми изменениями энергетических показа-
Рис. 2.9. Естествеииое освещение атриумаРис. 2.9. Естествеииое освещение атриумаа — поступление солнечной радиации ограничено высотой и шириной двора; б — наибольшее поступление солнечной радиацииа — поступление солнечной радиации ограничено высотой и шириной двора; б — наибольшее поступление солнечной радиациителей. Так, применение плоских или сферических световых фонарей может привести к значительным потерям энер-) гии. Вместе с тем некоторые решения могут быть весьма эффективны с энергетической точки зрения. Ориентированный на юг световой фонарь, показанный на рисунке, может быть решен таким образом, что зимой позволит использовать пассивную солнечную энергию за счет отражения солнечного света в помещение, а летом при изменении угла стояния солнца над горизонтом будет создавать затенение. Кроме того, такой фонарь может быть снабжен открывающимися рамами и таким образом достаточно эффективно использоваться для вентиляции в летнее время. Потери энергии через фонарь значительно уменьшатся, если его снабдить хорошо изолированными ставнями, закрывающимися на ночь. Дополнительную информацию о световых фонарях можно получить из литерату- ры, приведенной в библиографическом указателе.
Рис. 2.9. Естествеииое освещение атриума
Рис. 2.9. Естествеииое освещение атриума
а — поступление солнечной радиации ограничено высотой и шириной двора; б — наибольшее поступление солнечной радиации
а — поступление солнечной радиации ограничено высотой и шириной двора; б — наибольшее поступление солнечной радиации
Что касается естественного освещения зданий атриумного типа, то следует учитывать, что длина и ширина дворика, а также высота помещения существенно влияют на освещенность двора и примыкающих помещений.
Акустика. Заслуживает внимания одна особенность заглубленных зданий — они в значительной степени заглушают внешние звуки и колебания окружающих масс земли. Например, компания по производству прецизионного инструмента в Канзас-Сити разместила свое производство под землей, чтобы избежать внешних вибраций. В жилищном строительстве такую акустическую изоляцию следует рассматривать как достоинство здания, если оно расположено вблизи автомагистрали, аэропорта или другого источника шума. Вместе с тем такая хорошая звукоизоляция заглубленного дома и низкий уровень шума в нем могут создать впечатление, что бытовые приборы и механизмы работают более шумно, чем в обычном доме. Этот эффект можно смягчить, уменьшив тем или иным способом шум этих приборов и механизмов или обеспечив поступление некоторых внешних шумов в помещение.
Ландшафт. При проектировании заглубленных зданий пейзаж нельзя рассматривать лишь как декоративный элемент: он является решающим фактором для всего проекта в целом и должен быть увязан со всеми элементами здания, но в первую очередь с конструктивными реше
ниями и гидроизоляцией. Рао смотрим основные положения о ландшафте, которые типичны только для заглубленных зданий.
Наиболее сложная и спорная проблема формирования ландшафта — засыпка кровли здания, которая предусматривается во многих проектах. Не только из эстетических и экологических соображений, но и с точки зрения экономии энергии, на кровле здания желательно иметь растительность. В последующих разделах будет показано, что естественная отражающая способность травы и другой растительности позволяет значительно уменьшить количество тепла, поступающего в здание за счет солнечной энергии в летнее время.
Важным фактором проектирования засыпной кровли следует считать толщину слоя ■почвы, ее тип и правильное решение системы дренажа. Энергетическая эффективность здания и возможность роста растений значительно возрастают с увеличением толщины слоя почвы. В то же время вес почвы весьма значителен, и конструкции, несущие нагрузку от засыпки толщиной в несколько футов, весьма дорогостоящи. Поэтому необходимо знать минимальное количество почвы, которое требуется для различных видов растительности. Приводимая здесь иллюстрация, которая взята из последней статьи Томаса Е. Бефа, показывает, что слой грунта толщиной от 30 до 46 см достаточен для травы и другой мелкой растительности, а слой
Небольшие и средние кустарникиНебольшие и средние кустарникиРис. 2.10. Особенности посадки растений (толщина растительного слоя указана минимальная)； Я — глубина корневой системы； h — глубина слоя почвы; /г, — то же, для осушенных земель 30 см；/ — уплотнительная прокладка толщиной 2,5 см; 2 — слой перегноя (минимальная толщина 5 см)； 3 ——растительный грунт； 4 — слой изолирующего материала толщиной 1,3 см； 5 — дренирующий слой гравия толщиной 15 см; 6 ——защитный слой над изоляцией и гидроизоляцией; 7 —— несущий элемент； 8 — слой грунта толщиной 300 мм от низа корневой системы, с уклоном для обеспечения водоотведенияРис. 2.10. Особенности посадки растений (толщина растительного слоя указана минимальная)； Я — глубина корневой системы； h — глубина слоя почвы; /г, — то же, для осушенных земель 30 см；/ — уплотнительная прокладка толщиной 2,5 см; 2 — слой перегноя (минимальная толщина 5 см)； 3 ——растительный грунт； 4 — слой изолирующего материала толщиной 1,3 см； 5 — дренирующий слой гравия толщиной 15 см; 6 ——защитный слой над изоляцией и гидроизоляцией; 7 —— несущий элемент； 8 — слой грунта толщиной 300 мм от низа корневой системы, с уклоном для обеспечения водоотведениятолщиной от 61 до 76 см — для мелких кустарников. Для крупных кустарников и деревьев требуется слой почвы толщиной до 150 см, что приводит к неоправданно высокой стоимости конструкций.
Небольшие и средние кустарники
Небольшие и средние кустарники
Рис. 2.10. Особенности посадки растений (толщина растительного слоя указана минимальная)； Я — глубина корневой системы； h — глубина слоя почвы; /г, — то же, для осушенных земель 30 см；
/ — уплотнительная прокладка толщиной 2,5 см; 2 — слой перегноя (минимальная толщина 5 см)； 3 ——растительный грунт； 4 — слой изолирующего материала толщиной 1,3 см； 5 — дренирующий слой гравия толщиной 15 см; 6 ——защитный слой над изоляцией и гидроизоляцией; 7 —— несущий элемент； 8 — слой грунта толщиной 300 мм от низа корневой системы, с уклоном для обеспечения водоотведения
Рис. 2.10. Особенности посадки растений (толщина растительного слоя указана минимальная)； Я — глубина корневой системы； h — глубина слоя почвы; /г, — то же, для осушенных земель 30 см；
/ — уплотнительная прокладка толщиной 2,5 см; 2 — слой перегноя (минимальная толщина 5 см)； 3 ——растительный грунт； 4 — слой изолирующего материала толщиной 1,3 см； 5 — дренирующий слой гравия толщиной 15 см; 6 ——защитный слой над изоляцией и гидроизоляцией; 7 —— несущий элемент； 8 — слой грунта толщиной 300 мм от низа корневой системы, с уклоном для обеспечения водоотведения
Конкретная толщина слоя почвы, необходимая для каждого вида растительности, может варьироваться в значительной степени в зависимости от вида растительности, типа почвы, влажности и климатических условий, влияющих на рост растений. Для больших общественных и коммерческих зданий с кровлей, засыпанной землей, или с кровлей, на которой устроен сад, разработана методика, позволяющая выращивать деревья и одновременно снижать нагрузку от почвы на конструкции за счет применения подстилающего
слоя утеплителя-стирофома, вместо большого слоя земли. Однако эта методика непригодна для большинства жилых домов из-за малых размеров кровли; что касается деревьев больших размеров, то их можно легко и с меньшими затратами разместить рядом с домом, а не на кровле.
Очень важно при посадке растений на кровле здания правильно организовать систему дренажа. Растения не выживают в почве, насыщенной водой. Для отвода воды с кровлн целесообразно организовать уклон поверхности почвы с кровли. Важно также предусмотреть устройство подстилающей дренажной подсыпки для отвода воды, фильтрующейся через почву. Такая подсыпка чаще всего делается из слоя гравия, а грунт укладывают на изолирующую прослойку (маты), которая не позволит почве проникать в слой гравия и таким образом исключает кольматацию дренажа. Как видно из рис. 2.10, слой гравия уложен по слою
гидроизоляции на теплоизоляцию, а кровля выполнена с уклоном для лучшего отвода воды. Существует множество решений дренажа, но принцип отвода воды из почвы остается один и тот же.
Рассмотрим некоторые особенности проектирования кровель, засыпаемых землей. Прежде всего надо сказать об устройстве ограждений, предохраняющих людей от падения во внутренний дворик. Весьма привлекательным может быть использование кустарников в качестве ограждения или же посадка кустарников для того, чтобы закрыть это ограждение. Существует еще одна уникальная особенность кровель, на которых посажены растения, по сравнению с другими типами засыпаемых кровель, ——это воздействие тепла здания, нагревающего почву на кровле, на развитие растительности. Период вегетации и рост отдельных растений могут значительно изменяться в зависимости от тепловыделения здания. Влияние этого фактора трудно определить, и для этого необходимо провести исследования, результаты которых могут быть весьма неожиданными.
Некоторые энергетические вопросы, В проектировании заглубленных зданий есть много особенностей, которые требуют тщательного анализа, поскольку необычны условия расположения конструкции под землей. Кроме того, многие конструктивные элементы обычных зданий непригодны с точки зрения энергетических характеристик. Рас
смотрим некоторые соображения, касающиеся энергетических особенностей.
Утечка тепла. Большинство заглубленных зданий выполняется из железобетона, поэтому потерю тепла через конструкции можно считать основным видом утечки. Она особенно заметна, если бетонная крыша или стена образуют навес или подпорные стенки. Аналогичное явление наблюдается при устройстве световых фонарей, парапетов и т. д., когда бетонные конструкции действуют как проводники тепла.
Есть несколько путей решения этой проблемы. Наиболее простой — исключить такие конструкции из проекта, однако это не всегда допустимо по условиям рельефа местности. Другой способ — устройство изолирующих прокладок из стирофома в местах, где возможны утечки тепла. Подобное решение приводит к тому, что нарушается процесс теплопередачи в конструкциях. Применение изолирующих прокладок рассмотрено на примере здания «Джоунс-Хаус» (см. с. 147). Третьим решением может быть применение разных материалов и конструкций для наружных элементов здания, например, отдельные навесы (типа «маркизы»), которые раньше были широко распространены для затенения окон от солнца.
Можно также применить из дерева подпорные стенки возле оконных и дверных проемов, что, естественно, снизит потери тепла. Разумеется, вопрос теплопередачи через конструкции должен быть решен
Временное
Рис. 2.12. Схема покрытия атриума
в увязке с конструктивными решениями и системой гидроизоляции и, конечно, с общей планировкой здания.
Крытый дворик. В домах атриумного типа, где окна выходят во внутренний дворик,
существует хорошая возможность увеличить количество сохраняемой энергии. Например, зимой для внутреннего двори
ка можно применить временное перекрытие из стекла или пластика, образовав таким образом закрытое внутреннее пространство, в котором накапливается значительное количество пассивной солнечной энергии. Днем окна в доме обычно открывают, чтобы получить тепло атриумного воздуха, а на ночь закрывают. Однако такое решение может вступить в конфликт с требованиями строительных норм, согласно которым жилые помещения должны иметь окна, открывающиеся на улицу (один из примеров подобных решений приводится во второй части). Этот конфликт может и не возникнуть, если будет обеспечено повышение энергетической эффективности здания и созданы комфортные до
полнительные пространства в зимнее время; стоимость такого решения должна быть тщательно проанализирована. Желательно устройство подобно- го временного перекрытия пре-
дусматривать уже на ранней стадии проектирования, с тем чтобы увязать его с общим решением, даже в том случае, если осуществить его придется позднее.
Шторы. Значительная экономия энергии может быть достигнута применением изолирующих ставней (жалюзи) или штор на окнах. Существует много проектов зданий, где предусмотрены внутренние или наружные изолирующие ставни. В качестве примера можно привести гибкие ставни, двигающиеся по направляющим снаружи окна и управляемые изнутри помещения с помощью двигателя, а также на~ ружные ставни из стирофом'а, покрытого деревом или другим декоративным материалом, открывающиеся наружу, как двухпольные двери.
Основное назначение лю・
Глава 3ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ3.1. ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЗДАНИЙГлава 3ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ3.1. ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЗДАНИЙБольшой интерес к заглубленным зданиям, который возник в последнее время, объясняется прежде всего тем, что в них ожидалась значительная экономия энергии. В обычном наземном здании довольно много энергии расходуется непроизводительно за счет потерь, в результате которых мы «обогреваем» или «охлаждаем» окружающее пространство. Если уменьшить теплопередачу извне и наружу, то для поддержания соответствующего микроклимата потребуется меньше энергии. Размеры теп- 32
Глава 3ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
3.1. ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Глава 3ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
3.1. ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
бых ставней ——улучшить изо-] лирующие свойства стены в. | тот период, когда окна не до- | пускают пассивного использо- 1 вания солнечной энергии. 1 Обычно ставни открывают на 1 рассвете и закрывают при за- 1 ходе солнца, хотя экономия I энергии может быть получена | в случае, если ставни закрыты 1 в течение всего пасмурного дня 1 или того времени, когда солн- j це не проникает непосредст-』 венно в здание.
Шторы используются аналогичным образом, однако они не обладают такой же изолирующей способностью и не мо- | гут быть закрыты столь плот-扌 но, как хорошо подогнанные 图 ставни. Шторы должны быть тяжелыми, желательно утепленными и очень плотно прилегать к стене около окон, чтобы предотвратить конвекцию через окна.
лопотерь (или теплопоступле- ний) для здания зависят, главным образом, от нагрузки на отопление или охлаждение воздуха, подаваемого в помещение, и от количества тепло- потерь через ограждающие конструкции. В большинстве жилых зданий объем поступающего в помещение воздуха (естественной вентиляции) определяется неконтролируемой инфильтрацией через неплотности. Эти потери тепла за счет инфильтрации можно значительно уменьшить или вовсе исключить путем обсыпки кон-
ие1гакоозшие1гакоозшТемпература, ℃Температура, ℃Рис. 3.1, График повторяемости температур / — минимальная температура 8 января； 2 — то же, 9 января; 3 — максимальная температура 8 января; 4 — то же, 9 январяРис. 3.1, График повторяемости температур / — минимальная температура 8 января； 2 — то же, 9 января; 3 — максимальная температура 8 января; 4 — то же, 9 января仅 V ^ и'°.4“ о02040608仅 V ^ и'°.4“ о02040608Рис. 3.2. Распределение температур в толще грунта/ 一 максимальная температура воздуха; 2 — минимальная температура воздухаРис. 3.2. Распределение температур в толще грунта/ 一 максимальная температура воздуха; 2 — минимальная температура воздухаструкций землей. В этом случае возможно устройство контролируемой вентиляции, а следовательно, возможно и устройство эффективной системы рекуперации тепла. Теплопотери зависят от теплопроводности ограждающих конструкций. Она является функцией коэффициента теплопередачи (который можно уменьшить путем устройства дополнительной изоляции) и разницы температур наружной и внутренней поверхности стены.
ие1гакоозш
ие1гакоозш
Температура, ℃
Температура, ℃
Рис. 3.1, График повторяемости температур / — минимальная температура 8 января； 2 — то же, 9 января; 3 — максимальная температура 8 января; 4 — то же, 9 января
Рис. 3.1, График повторяемости температур / — минимальная температура 8 января； 2 — то же, 9 января; 3 — максимальная температура 8 января; 4 — то же, 9 января
仅 V ^ и'°.4“ о02040608
仅 V ^ и'°.4“ о02040608
Рис. 3.2. Распределение температур в толще грунта
/ 一 максимальная температура воздуха; 2 — минимальная температура воздуха
Рис. 3.2. Распределение температур в толще грунта
/ 一 максимальная температура воздуха; 2 — минимальная температура воздуха
Над землей разница температур определяется погодными условиями данной местности. Земля же сглаживает амплитуду колебаний как суточных, так и годовых температур. Изменение сезонных температур сказывается в земле на глубине нескольких метров, между тем изменение температуры воздуха в течение часов или суток на температуру земли практически не влияет (рис. 3.1).
2 Зак. 1291
Максимальное отклонение суточной температуры воздуха отмечалось на высоте 0,2 м над поверхностью земли. Это свидетельствует о целесообразности засыпки землей даже слоем 0,2 м.
На большей глубине отмечаются только сезонные колебания температуры, а изменения температуры заметны только спустя продолжительное время. Как показано на рис. 3.2, для района Миннесота ——Сен-Пол амплитуда колебаний средней температуры с увеличением глубины медленно уменьшается. На глубине от 5 до 8 м температура почти постоянно соответствует 10 ℃, что лишь на 3—4 ℃ выше средней температуры воздуха в этом районе и только на 10 ℃ ниже комфортной температуры в помещениях.
Температура устанавливается выше средней, начиная с лета, когда тепло в землю приносится поступающей в грунт водой, увеличивается теплопроводность влажной
33
Рис. 3.3. Влияние заглубления здания
земли. Зимой поверхность земли промерзает и ее теплопроводность уменьшается.
Проанализируем быстрое увеличение температуры в апреле, мае, июне и медленное уменьшение ее в сентрябре, октябре, ноябре. Следует отметить отставание по фазе температур, которое возрастает с увеличением глубины таким образом, что в период наиболее высоких температур на поверхности, с июня по август, температура земли на глубине 5 м близка к минимальной и, наоборот, для периода наиболее низких температур — на поверхности.
Наиболее важный фактор в процессе контроля потребления энергии для отопления и охлаждения здания ——это тепловая массивность здания, т. е. количество энергии, необходимое для того, чтобы поднять температуру на 1 ℃. Здание, имеющее большую тепловую массивность изоляции, может сохранять большее количество энергии. Солнечная энергия, поступающая в течение дня в здание через окна, ориентированные на юг, может накапливаться в ограждающих конструкциях, и температура будет незначительно и медленно повышаться. В течение ночи наблюдаются небольшие потери тепла. Через массивные конструкции оно медленно передается окружающему воздуху, и таким образом
температура в помещении 扌 ночью постепенно уменьшает-弓 ся В то же время здание с ма-: лой тепловой массивностью не : может накапливать значитель-【 ного количества энергии с повышением температуры на каждый градус. Поэтому солнечная энергия, поступающая в здание, быстро нагревает воздух в соответствующем помещении до некомфортно высокой температуры, что может потребовать установки охлаждающего оборудования. Из-за того, что количество накапливаемой энергии невелико, температура за ночь будет быстро падать, что приведет к необходимости установки отопитель- ногр оборудования.
Тепловая массивность земли, окружающей здание, оказывает аналогичное влияние на потребление энергии, и, как показывают приведенные выше цифры, уменьшает колебания температур в ограждающих конструкциях. Земля не только сохраняет энергию, но и предохраняет здание от деформаций, вызываемых колебаниями температуры, а также исключает вредное воздействие циклов «замораживание —оттаивание». В случае каких-либо нарушений в подаче тепла, например, во время исключительно холодной зимы, температура внутри здания, защищенного земляной обсыпкой, всегда будет положительной и само здание может оставаться обитаемым. Земляная засыпка не только уменьшает зависимость жизнеспособности здания от источника энергии, но и упрощает регулирование комфортности внутренней сре-
ды. Этот аспект засЛуЖИЁает особого внимания для таких обособленных зданий, как фермы, туристские и дачные поселки.
Ниже будут рассмотрены тепловые характеристики различных крыш, стен и полов применительно к каждому из этих элементов и в комбинации, ибо взаимодействие всех этих элементов на заглубленные здания сказывается в большей степени, чем на обычные.
Например, изменение толщины засыпки крыши здания приводит к изменению глубины посадки всего здания. В результате изменяются не только тепловые характеристики крыши, но и характеристики стен и пола.
Изучение всех существенных факторов и, таким образом, определение наиболее желательной конфигурации здания должно производиться с учетом конкретных характеристик участка, местных погодных условий, ориентации здания, его назначения и вопросов экономики. Поэтому в процессе сравнительного анализа должны быть тщательно взвешены все данные, чтобы мож- но было четко представлять себе влияние каждого из элементов на принимаемое реше- ни& Приведенные в настоящей работе характеристики и вы- воаы следует относить не только к заглубленным здани- ям рассматриваемого района, Но и ко всем заглубленным Зданиям, которые сравнивают ：обычными зданиями таких 出е размеров.
3」・1・ Крыша. Потери энер
гии через стены н пол заглубленного здания сравнительно невелики, но потери тепла через крышу такого здания в Миннесоте могут составлять более 50% общего количества потерь тепла через ограждающие конструкции. Следовательно, проектирование крыши должно выполняться особенно тщательно. Во-первых, для рассматриваемого типа зданий важно определить оптимальную толщину засыпки.
При расчете теплопередачи необходимо знать две важные характеристики всей системы крыши, влияющие на общее решение: теплопроводность или тепловую массивность всей системы и условия пограничной среды на поверхности крыши.
При анализе процессов утечки тепла через крышу изучались различные сечения (конструкции) крыш с помощью нестационарной, плоскостной компьютерной программы с конечными разностями (см. прил. 1). При этом допускались колебания температуры в зависимости от сезона, а разница температур принималась от 20 ℃ зимой до 25,6 ℃ летом. Изменение наружной температуры принималось по синусоидальному графику, построенному для средних значений температур Миннеаполиса с Д940 г. по 1970 г. Нагрев поверхности земли солнечным теплом исключался, так как она была покрыта травой. Объяснение такого допущения приводится ниже в настоящем разделе.
Сравнивали два тапа крыш (рис. 3.4) с одинаковым значе-
R = 4,32m2r/BtR = 4,32m2r/Bt二工 5R = 4,35 м2 К/кВ二工 5R = 4,35 м2 К/кВКрыша АКрыша А20000^5Крыша Б20000^5Крыша Бн~о"гох?^ош о」。工£Kde工 ledK.L^匚№ кн工 UMd。н~о"гох?^ош о」。工£Kde工 ledK.L^匚№ кн工 UMd。141618202224262830 31Сутки141618202224262830 31СуткиРЯс. 3.6. Влияние тепловой массивности крыши:/ — крыша А; 2 —крыша 5РЯс. 3.6. Влияние тепловой массивности крыши:/ — крыша А; 2 —крыша 5
R = 4,32m2r/Bt
R = 4,32m2r/Bt
二工 5
R = 4,35 м2 К/кВ
二工 5
R = 4,35 м2 К/кВ
Крыша А
Крыша А
20000^5
Крыша Б
20000^5
Крыша Б
н~о"гох?^ош о」。工£Kde工 ledK.L^匚№ кн工 UMd。
н~о"гох?^ош о」。工£Kde工 ledK.L^匚№ кн工 UMd。
141618202224262830 31
Сутки
141618202224262830 31
Сутки
РЯс. 3.6. Влияние тепловой массивности крыши:
/ — крыша А; 2 —крыша 5
РЯс. 3.6. Влияние тепловой массивности крыши:
/ — крыша А; 2 —крыша 5
Рнс. 3.4. Различные конструкции крыши:
/ 一 грунт толщиной 3 м; 2 — железобетонная плита толщиной 31 см； 3 — грунт толщиной 46 см； 4 — теплоизоляция нз стнрофо- ма 10 см; 5 — железобетонная плита толщи
ной 20 см
Рис. 3,5, Различные конструкции крыши:
1 — грунт толщиной 46 см； 2 — теплоизоляция нз стирофома толщиной 10 см； 3 — железобетонная плита толщиной 20 см;
4 — теплоизоляция нз стирофома толщиной 12 см； 5 — железобетонная плнта толщиной 20 см
нием коэффициента термического сопротивления R。. Первая конструкция представляла собой предварительно напряженную железобетонную плиту толщиной 31 см с засыпкой землей слоем 3 м. Коэффициент термического сопротивления такой конструкции Ro равен 4,32 м2・К/Вт* Вторая конструкция представляла собой предварительно напряженную плиту толщиной 20 см, по которой был уложен слой теплоизоляции из полистирена толщиной 10 см. Плита была засыпана слоем земли толщиной 46 см. В этом случае коэффициент термического сопротивления Ro составил 4,35 м2・К/Вт・
Расчет утечки энергии, прозе
изведенный для всего года, показал, что за 7 мес отопительного сезона (с октября по апрель) слой земли толщиной 3 м позволил уменьшить потери тепла на 2,4%. Из этого и последующих исследований стало ясно, что для крыши слой земли, который может успешно заменить теплоизоляционные материалы, должен быть не менее 2,75 м. Одновременно следует помнить, что увеличение заглубления здания уменьшает и теплопотери через стены и пол.
Приведенный выше анализ данных предназначен для определения потерь тепла во время устойчивых колебаний температуры, которые подчиняются синусоидальному закону, когда температуры варьируются в определенном дневном интервале выше и ниже принятой средней температуры. Высокая тепловая массивность крыши, которая является результатом засыпки ее землей, гасит или значительно уменьшает эти колебания температур. В качестве примера был выбран один день в январе, когда температура наружного воздуха колебалась от —15 ℃ утром до —9,4 ℃ днем. На 15-е сутки пришедший холодный фронт вызвал понижение суточной температуры на 4,6 ℃. Температура наружного воздуха колебалась от —20,6 до —15 ℃ в течение 5 сут, а затем она снова стабилизировалась на среднем уровне. Время реакции конструкций двух крыш с идентичным значением R。，равного 4,35 м2 • K/Вт, на изменение температуры показано на рис. 3.6.
Крыша 4 имеет изоляцию, состоящую из слоя земли ТОЛЩИНОЙ 46 см, уложенной на слой полистирена высокой плотности толщиной 10 см, в то время, как крыша 5 представляет собой конструкцию малой массивности, изолированную полистиреном толщиной 12 см. Несущим элементом в обоих случаях служит предварительно напряженная железобетонная плита толщиной 20 см. Суточные потери тепла на единицу площади показаны на графике, где затененный участок хар актеризует избыточные потери тепла при понижении температуры наружного воздуха для каждого ти- па^крыши. Из-за малой тепловой массивности крыша 5 не
медленно реагирует на изменения температуры наружного воздуха; в течение 2 сут потери тепла достигают максимума, который остается на том же уровне в течение 3 сут. Когда температура возвращается к обычным значениям, крыша 6 реагирует немедленно, и спустя 2 сут ее характеристики возвращаются к обычным для января значениям. В то же время для крыши 4 влияние более суровых условий наружного воздуха скажется в течение суток, а сама реакция будет более медленной, чем у крыши 5. Спустя 5 сут, когда температура наружного воздуха станет нормальной, потери тепла крышей 4 будут увеличиваться, дости-
Рве. 3.7. Среднемесячные температуры поверхностей:
/ температура воздуха； 2 — температура черной поверхности； 3 — температура белой поверхности； 4 — температура высокой травы
гая только 77% максимальных потерь крыши Б, Для крыши А потребуются еще сутки, прежде чем ее температура устано-* вится в соответствии с температурой наружного воздуха.
Как видно из рис. 3.6, несмотря на значительно большее время реакции для крыши 4 потребовалось энергии на 8% меньше, чем для крыши j5, чтобы сгладить влияние низких температур; причем увеличение теплопотерь через крышу А составило только 85% теплопотерь крыши 5. Более того, из-за малой тепловой массивности крыши 5 потребовалось почти в 2 раза больше дополнительной энергии (196%) в то время, когда наблюдались наиболее низкие температуры воздуха.
Таким образом, если две крыши имеют одинаковые тепловые характеристики, то при кратковременных изменениях температуры наружного воздуха конструкция с большей тепловой массивностью работает стабильнее и предоставляет большие возможности для экономии чистой энергии,
38
Чем конструкция с меньшей тепловой массивностью. С увеличением высоты засыпки эта тенденция становится более очевидной.
На тепловую массивность земляной засыпки существенное влияние оказывает растительность, которая образует тень, улучшает изолирующие свойства засыпки и, самое главное, уменьшает тепло- поступления от солнца в летние месяцы. Последнее следует, главным образом, отнести к эффекту охлаждения травы при испарении влаги.
Замеры температуры земли под искусственными покрытиями и под травой, проведенные Кусудой, показали, что в летнее время за счет тепла солнечной радиации температура асфальтированной поверхности могла превышать 60 ℃ в том случае, если температура воздуха в это время была не более 32 ℃. В то же время максимальная температура травяного покрова при тех же условиях не превышала 40 °C1. Эту разницу легко проверить, если в ясный летний день сравнить температуру пешеходной дорожки и обочины, покрытой травой.
Измерение чистой энергии, получаемой поверхностью за счет солнечной радиации, показало, что в летние месяцы средние температуры искусственного покрытия темного цвета на 8,3 ℃ выше средних температур наружного воздуха, а температура травяного покро-
В подлиннике температура приведена в °f. Для удобства °f переведены в °C с расхождением ±1—2 ℃. (Прим, перев.).
ва при тех же условиях от 0,6 до 3,9 ℃ ниже в зависимости от высоты травы. Зимой разница между температурами травяного и искусственного покрытия незначительна из-за малого угла падения солнечного света. Реальные температуры на поверхности засыпки заглубленного здания будут выше приведенных на графике, поскольку само здание является источником выделения дополнительного тепла.
• 3.1.2. Стены. Решения дверей, окон и изоляции стен могут самым существенным образом отразиться на энергетических характеристиках заглубленного здания. Зимой теплопотери через окна, ориентированные на север, могут быть в 20 раз больше, чем через участок стены эквивалентной площади, а в суровую зиму теплопотери могут быть в 32 раза больше. Точно так же теплопотери через окна, ориентированные на запад и восток, даже если они имеют двойное остекление и утепленные занавеси, в 10 раз больше, чем через такой же по площади участок стены заглубленного здания. Устройство окон и дверей уменьшает эффективность земляной засыпки, так как усиливается влияние внешних температур непосредственно и на поверхность стены. Даже хорошо запроектированные окна обеспечивают летом нежелательное поступление теп- 』а от солнечной радиации в здание, в то время как земля- ная засыпка оказывает охлаж- Дающее влияние на сооружение.
Правильно решенные, окна.
ориентированные на юг, обеспечивающие доступ солнечной радиации зимой, могут создавать обогревающий эффект и зимой, если они снабжены изолированными ставнями, закрываемыми на ночь. Дополнительное теплопоступление эквивалентно теплопотерям с единицы площади (стены) у обычного здания и в 8 раз превышают теплопотери стены заглубленного здания. Поэтому оптимальное решение окон следует считать таким, когда максимально уменьшена площадь окон, ориентированных на север, восток и запад, при одновременной ориентации окон на юг. Другие особенности проектирования окон рассматриваются в разделе пассивного использования солнечного тепла.
Еще одна особенность, которая должна быть учтена при проектировании заглубленного здания, — выбор теплоизоляции и ее размещение. При устройстве изоляции по всей поверхности стены с целью максимального уменьшения теплопотерь здание не может использовать всех тех преимуществ, которые создаются за счет большей тепловой массивности земляной засыпки, что особенно сказывается в зимний период. Когда здание нагревается, оно в то же время нагревает окружающий его слой земли до тех пор, пока температура этого слоя не достигнет некоторого промежуточного значения между температурой здания и обычной зимней температурой земли. В результате разница температур здания и окружающей его
卽
Рис. 3.8. Различные типы теплоизоляции: / — теплоизоляция толщиной 5 см (наружная поверхность стены)； 2 — стена толщиной 20 см； 3—железобетонная плита толщиной 20 см; 4 ——теплоизоляция нз стирофома толщиной 10 см; 5 — грунт толщиной 46 см； 6 — железобетонная стена толщиной 20 см； 7 ——теплоизоляция толщиной 10 см (на верхней части стены)
земли уменьшается, что приводит к уменьшению теплопо- терь. Следовательно, масса земли, окружающая здание, препятствует любым изменениям температуры внутри здания при наступлении лета. С наступлением зимы влияние этой массы земли, нагретой за лето, в свою очередь, будет препятствовать понижению температуры в здании.
В зданиях с глубокой посадкой, у которых высота слоя засыпки над крышей превышает 3 м, верхняя часть стен подвержена влиянию температурных условий окружающего грунта. В этом случае необходимо изолировать не только крышу, но и верхнюю половину стен, так как именно здесь наблюдаются самые большие теплопотери. При наличии засыпки крыши слоем грунта толщиной 50 см температура нижней части стен, в зависимости от средних температур воздуха, колеблется от 6 до
14 ℃. В результате нижняя часть здания находится в условиях более стабильного окружения и характеризуется лучшей тепловой инерцией, чем верхняя часть стены.
С целью проверки этих положений был проведен анализ тепловых характеристик здания с изоляцией, представляющей собой слой земли толщиной 50 см, уложенный по слою полистирена толщиной 10 см. Сравнивали два варианта с идентичной изоляцией стен (см. рис. 3.8). Единственное отличие состояло в том, что в варианте А стена была изолирована на всю высоту слоем полистирена толщиной 5 см, а в варианте Б только верхняя половина стены была покрыта слоем полистирена толщиной 10 см, а нижняя часть стены соприкасалась непосредственно с землей, чтобы определить тепловую стабильность землй. Таким образом, капитальные затраты были одинаковы, различие заключалось лишь в характере использования материалов.
По данным компьютерного анализа, потребовалось три года, чтобы в обоих зданиях установился стабильный тепловой режим системы «здание—засыпка». К концу этого периода на модель, которая имела изоляцию только по верху (вариант Б), было сэкономлено 10% расхода энергии па охлаждение в летний период, а зимой теплопотери увеличились на 5%. В среднем за три летних месяца (с июня по август), когда требовалось охлаждение, экономия энергии составила 100 кВт*% а допол
нительный расход мергии за 7 мес отопительного сезона составил 107 кВт-ч для дома площадью 140 м2. На первый взгляд, никакой экономии энергии в варианте Б нет, но следует оговорить, что такое соотношение вызвано очень теплым летом. Насколько существенно это замечание, будет показано в дальнейшем при обсуждении общей эффективности здания, когда ста- нет очевидно, что именно расходы энергии на охлаждение являются определяющими для этого типа зданий.
ЗЛ.З. Полы заглубленных зданий находятся в условиях, когда колебания средней тем・ пературы весьма невелики и составляют от И до 9 ℃. Та- ким образом, потери тепла че* рез пол хотя и не очень велики, но постоянны в течение го* да. По данным компьютерного анализа, теплопотери через неизолированный бетонный пол равны 1,2 Вт/м2, что со- ставляет менее 14% общих но терь тепла зданием через ограждающие конструкции в зимнее время.
Потери тепла происходят По линиям напряжений в грунте на глубину от 10 до 20 м от поверхности земли или от ни- за здания, поэтому устройство полистиреновой изоляции тол- Шиной около 2,5 см может уменьшить теплопотери приблизительно на 5 %, что соответственно составляет не бо- Лее 1% общего количества по- теРь тепла зданием.
Устройство такой же изо- :'%м крыши, обеспечивающей коэффициент термического сопротивления R°=4,32 м2-К/Вт,
Рис. 3.9. Линии термоконстан* позволяет снизить теплопбтё- Ри в зимнее время через пото- 』ок на 20% или улучшить об- щую тепловую эффективность здания на 11 %. Таким обра- зом, с целью экономии энергии устройство изоляции крыши значительно более эффективно, чем изоляция пола.
Это положение подтверждается анализом микроклима- та внутри здания в летнее вре- мя, В случае, когда нижняя иасть стен здания не изолиро- вана, поступающий воздух нагревает помещение, однако тепловая инерция грунта начи- нает оказывать воздействие на теплопотери здания, созда- вая стабильный температур- ннй режим; при этом теплопо- тери возрастают, а температу- Ра внутри здания снижается. Таким образом, свободный теплообмен через конструкции способствует поддержанию летних температур воздуха в помещениях на комфортном уровне. Устройство изоляции ПОД полом заглубленного здания в значительной мере нару- шает условия теплообмена между бетонным полом и зем- 』е卤.Таким образом, одна из наиболее важных положительных характеристик заглублен- ного здания в значительной степени ухудшается.
Устройство напольной изоляции с энергетической точки зрения приводит к непроизводительным расходам, однако в то же время необходимо
” Рйс. 3.10. Теплоизоляция открытой стены:
/ — изоляция; 2 — теплоизоляция вдоль фундамента открытой стены
R=4,35m2，K/Bt R= 6,01m2 K/Bt
Настил коврового покрытия следует считать лучшим типом изоляции, чем устройство изоляции под полом, поскольку он значительно улучшает комфортные условия помещения без существенного ухудшения тепловых достоинств данного типа зданий.
Последний аспект, который Должен быть рассмотрен в энергетическом анализе, касается потерь тепла в месте стыка пола со стеной, не защищенной засыпкой. Такой узел встречается в зданиях возвышающегося типа (рис. 3.10).
В узле, обозначенном на рисунке точкой А, устройство пола заглубленного здания аналогично устройству пола наземного здания. Как показывает анализ потерь тепла в обычном здании (см. прил. 2), в этой зоне в зимнее время возможны значительные потери тепла. Поэтому для уменьшения влияния погодных условий рекомендуется фундамент изолировать по наружной поверхности, как это схематически показано на рисунке. Анализ тепловой эффективности различных фундаментов и изоляции дан Алгреном.
Общие решения. Высота земляной засыпки крыши должна обеспечивать хорошие условия для дренажа воды, быть достаточной для развития корневой системы травы, кустарников, деревьев. Желательно обеспечивать максимально возможное заглубление здания с целью наилучшего использования преимуществ, создаваемых тепловой массивностью крыши. Лимитирующим фактором здесь явля
ется несущая способность конструкций. Так как нагрузка в этом случае увеличивается, то стоимость конструкций также возрастает и быстро превышает возможную экономию за счет увеличения высоты засыпки. Кроме того, это может потребовать уменьшения размеров внутренних помещений, чтобы уменьшить пролеты перекрытий, воспринимающих более высокие нагрузки. Поэтому предпочтительней увеличивать коэффициент термического сопротивления не путем увеличения толщины засыпки, а применив искусственную теплоизоляцию.
Оптимальную толщину изоляции определяли путем сравнения возможной экономии энергии и дополнительной стоимости изоляции для двух крыш (рис. З.Н). Первая крыша имела слой засыпки землей толщиной 46 см и изолирующую прослойку из поли- стирена толщиной 10 см, уложенного на предварительно напряженную 20 см железобетонную плиту. Другая крыша имела ту же конструкцию, но толщина изоляции была увеличена на 5 см. Первая крыша имела коэффициент термического сопротивления R。= 4,35 м-К/Вт, что соответствует минимально приемлемому значению; коэффициент термического сопротивления второй крыши Ro= =6,01 м2-К/Вт. При температурах, характерных для Миннеаполиса, дополнительный слой изоляции толщиной 5 см позволяет сэкономить 6,67 кВт-ч/м2 энергии зимой Н 0,29 кВт-ч/м2 летом, что да-
Рис. 3.12. Теплоизоляция стены：
/ — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см; 2 — железобетонная плита толщиной 20 см; 3 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см; 4 — грунт толщиной 50 см ：
ет общее количество сэкономленной энергии 6,96 кВт-ч/м2. При стоимости 1 кВт-ч электроэнергии 0,03 долл, это позволяет сэкономить 0,21 долл, в год на 1 м2. При предлагаемой стоимости электроэнергии 0,10 долл, за 1 кВт-ч сумма экономии за счет применения дополнительной изоляции может составить 0,69 долл, в год на 1 м2. При стоимости 1 м2 изоляции толщиной 5 см в 5,38 долл, время окупаемости ее составит 26 лет при стоимости электроэнергии 0,03 долл/(кВт-ч) и 8 лет при стоимости электроэнергии' 0,10 долл/(кВт-ч) без учета капиталовложений.
Верхняя часть стены на глубину 2,15 м от поверхности земли должна иметь изоляцию, такую же как и крыша. Ниже1 этого уровня изоляцию можно не устраивать или же ее толщина может быть уменьшена до размеров, обеспечивающих
Рис. 3.13. Теплоизоляция стены:
/ — грунт толщиной 50 см； 2 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см； 3 — железобетонная плита толщиной 20 см； 4 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см
достаточную эффективность в соответствии с расчетами для каждого отдельного здания. Более подробно такой расчет будет изложен в разделе, где рассматривается взаимосвязь между изоляцией помещения и влажностью при анализе возможных побочных эффектов устройства тепловой изоляции, в частности конденсации влаги на поверхности стен.
Вместо непосредственной изоляции верхней части стены можно применить два альтернативных решения, которые заслуживают внимания. В первом случае (рис. 3.13) изоляция крыши выступает на некоторое расстояние за поверхность стены, а затем опускается вниз параллельно ей; между стеной и изоляцией устраивают земляную засыпку. При таком решении требуется некоторое дополнительное кеание*
Рис. 3.14. Теплоизоляция стены:
/ — грунт толщиной 50 см; 2 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см； 3 —— железобетонная плита толщиной 20 см
ство изоляции, обусловленное большим ее периметром по сравнению с периметром здания. Суть устройства такой изоляции заключается в создании изолирующего покрытия (《колпака》) здания. При этом между стеной и изоляцией находится слой земли, который значительно увеличивает тепловую массивность здания по всей этой критической поверхности. При величине зазора между стеной и изоляцией 20 см экономия энергии в зимний период и расход энергии на охлаждение в летнее время больше, чем у конструкции, показанной на рис. 3.12, соответственно на 109 и 100 кВт-ч. Эти цифры были определены для здания размером в плане 10X14 м при высоте 2,5 м и без учета влияния оконных или дверных проемов.
Достигнутая экономия 6?27—20?90 долл, в год при
стоимости энергии 0,03— 0,10 долл/( кВт-ч) позволяет сделать следующий вывод. Если стоимость дополнительной изоляции принять такой, какой она была определена, т. е. 133,42 долл., то подобные решения могут быть приемлемы с учетом повышения цен на энергию в будущем. Безусловно, если стоимость изоляции будет пропорционально увеличиваться и окажется выше поинятой сегодня стоимости 0.25 донл/борп.巾ут., то этот вывод должен быть пересмотрен. Изоляция в течение всего срока службы здания должна сохранять свои конструктивные и изолирующие свойства, иначе может произойти тепловое 《короткое за- мыкание», которое приведет к ухудшению тепловых характеристик здания.
Дпугое альтернативное решение показано на оис. 3.14. В этом случае изоляция крыши продолжается по горизонтали за пределы здания на длину 1,7 м. Цель решения та же ——увеличить тепловую массивность стены без существенного увеличения стоимости изоляции. Дополнительное преимущество подобного пе- лгения заключается в улучшении водоотведения от здания за счет того, что гидроизоляция образует навес вокруг стен и, таким образом, поепят- ствует накоплению вопы во KDvr здания. Пои соответствующих грунтовых условиях это решение позволяет получить существенную экономию капиталовложений, так как сннжа- ет требования к гидроизоляции. Для здания площадью
140 м2, выбранного в качестве образца, подобная конструкция изоляции позволила уменьшить потери тепла за зиму на 54 кВт-ч, а на охлаждении здания летом сэкономить 233 кВт-ч. Таким образом, экономия средств составила от 8,6 до 28,7 долл, в год при вероятной стоимости изоляции углов 215 долл.
Как и у конструкции, показанной на рис. 3.13, обеспечить конструктивную устойчивость изоляции очень трудно. Кроме того, оба решения (см. рис. 3.13 и 3.14) могут быть подвергнуты серьезной переоценке из-за ухудшения тепловой эффективности и усложнения конструкции при устройстве в стенах оконных проемов. Поэтому такие конструкции наибольшее применение могут найти в зданиях, у которых окна и двери расположены с одной стороны.
Рассмотрим в общих чертах особенности теплопередачи у конструкций, которые показаны на рис. 3.12, 3,13 и 3.14.
Как видно из рис. 3.13, тепловое сопротивление в верхней части стены несколько выше из-за наличия слоя земли между стеной и изоляцией. Однако определяющим здесь является то обстоятельство, что в этом слое земли устанавливается температура, близкая к температуре здания, которая затем поддерживается на более или менее постоянном уровне за счет тепловой массивности самой земляной засыпки. Верхняя часть здания защищена от изменения внешних условий изоляцией, а в нижней части, где изоляции
aa66Рис. 3.15. Влияние засыпки:а — полностью заглубленное здание； 6——здание с засыпкой стенРис. 3.15. Влияние засыпки:а — полностью заглубленное здание； 6——здание с засыпкой стеннет, колебания наружных температур сглаживаются за счет глубины посадки здания и его теплового воздействия.
a
a
6
6
Рис. 3.15. Влияние засыпки:
а — полностью заглубленное здание； 6——здание с засыпкой стен
Рис. 3.15. Влияние засыпки:
а — полностью заглубленное здание； 6——здание с засыпкой стен
Таким образом, изоляция препятствует улучшению тепловых характеристик здания в целом как зимой, так и летом. Конструкция, показанная на рис. 3.14, также иллюстрирует способ увеличения тепловой массивности стены и коэф-, фициента термического сопротивления R。путем устройства изоляции, увеличивающей длину пробега теплового потока. Особенность такого решения заключается в том, что стена и окружающая ее земляная засыпка в большей степени подвержены влиянию более холодных глубоких слоев зем-, ли. Итак, предполагается некоторая экономия энергии зимой за счет уменьшения тепло- потерь, но значительно большая экономия ожидается в ре-, зультате уменьшения потребления энергии на охлаждение помещения в летнее время, обусловленного более эффективным использованием тепловой массивности засыпки.
Сравним тепловые характеристики одноэтажных зданий возвышающейся конструкции с полностью заглубленной (рис. 3.15). Возвышающаяся конструкция приемлема в том случае, когда большой объем 48
выемки грунта нежелателен из экономических соображений или из-за геологических условий, а также при малых уклонах рельефа. В качестве примера рассмотрим здание площадью 140 м2. Допустим, оно решено в полузаглубленном варианте с главным фасадом, ориентированным на юг. У него теплопотери как зимой, так и летом на 5% больше, чем у аналогичного здания заглубленной конструкции. Следовательно, если говорить об общей экономии, получаемой за счет заглубления здания, то, допустив некоторые упрощения в анализе, можно сделать вывод, что полностью заглубленное здание имеет ряд преимуществ перед возвышающимся, причем эти преимущества не связаны с конструктивными особенностями.
3.2. ВОПРОСЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙЭФФЕКТИВНОСТИ
.1. Источники и процессы теплоснабжения. Рассмотрим основные источники тепла, применяемые для бытовых целей: обычные системы, тепловые насосы, виды дополнительного поступления тепла и т. д.
Обычные системы. В большинстве систем отопления жилых зданий используется природное топливд: нефть, при
родный газ, сжйженйый ndriyt- ный газ и уголь. Электроэнергия, получаемая, главным образом, в результате сжигания ископаемых топлив, также широко используется для отопления. Причины, которые обусловили широкое применение этих видов топлива, — низкая стоимость его, чистота, возможность автоматизации процесса сжигания и низкая стоимость оборудования. Все обычные системы отопления применимы и для заглубленных зданий. В связи с увеличением стоимости ископаемого топлива и достижениями в области экономного расходования энергии для этих зданий все большее распространение находят новые источники тепла.
Тепловые насосы. В связи с тем, что применять обычное природное топливо стало невыгодно для новых зданий, многие перешли к использованию тепловых насосов, работающих от электропривода. В качестве источника тепла и в то же время теплоносителя эти установки могут использовать воздух либо воду.
Заглубленные здания не требуют большого количества тепла, поэтому для них можно применять установки срав- нительно дешевые и неболь- шой производительности, однако это не значит, что можно уменьшить их размеры. Коэффициент преобразования (Кир) их колеблется от 2,5 до 4, т. е. на каждую подведенную к двигателю единицу электроэнергии вырабатывается от 2,5 до 4 единиц тепловой энергии, используемой для отопления помещения. Кпр установки, ис-
ПйЛЁзу1о1цей электрическое со* противление или лучистую энергию, равняется 1. Таким образом, тепловой насос в 2,5—4 раза эффективнее других систем электрического отопления. Кроме того, он одновременно является кондиционером и может быть легко использован совместно с различными типами систем солнечного отопления.
Дерево находит все большее применение в качестве топлива и в некоторых случаях рассматривается как источник первичной энергии. Такое положение привело к появлению требований, касающихся улучшения оборудования для сжигания дров, и уже в настоящее время имеются решения эффективных и удобных топочных устройств. Дровяные топки и бойлеры просты в эксплуатации и позволяют легко осуществлять контроль отопления. Некоторые модели снабжены дополнительными автоматическими газовыми или нефтяными топками, которые обеспечивают работу системы отопления даже в том случае, когда все дрова прогорят.
Для обычных зданий дровяное отопление считается нерациональным из-за большой потребности их в тепле; между тем оно может быть весьма эффективным для заглубленных зданий. Особенно это относится к системам с аккумулирующими емкостями. Бойлер с дровяной топкой в комбинации с аккумулирующей емкостью представляет собой систему, которая может отапливать здание при периодическом сжигании топлива.
Вид источника теплаКоличество поступающего тепла, ВтВремя поступления в сутки, чИтого теллолоступ- леиня, кВт-чСушилка (выпуск воздуха в помете^500015ние)Холодильник (средний)300247,20Телевизор20030,60Водонагреватель150243,60ПищеприготовлениеОсвещение (в среднем) при площади200024280 м233,40Люди (нз расчета 1 чел. в сутки)6075}0,90608012}1,40456088}1,70Итого127,8Вид источника теплаКоличество поступающего тепла, ВтВремя поступления в сутки, чИтого теллолоступ- леиня, кВт-чСушилка (выпуск воздуха в помете^500015ние)Холодильник (средний)300247,20Телевизор20030,60Водонагреватель150243,60ПищеприготовлениеОсвещение (в среднем) при площади200024280 м233,40Люди (нз расчета 1 чел. в сутки)6075}0,90608012}1,40456088}1,70Итого127,8Таблица 3.1. Дополнительные теплопоступленняТаблица 3.1. Дополнительные теплопоступленняПримечания: 1. 27,8 кВт-ч/сут—для зимнего периода, 18,4 кВт-ч/сут"- для летнего периода; когда воздух От сушилки выбрасывается наружу, меньше энергии расходуется иа освещение, пищеприготовление, просмотр телепрограммы и т. д. из-за большего времени нахождения людей вне помещения.2. Данные приводятся по второму изданию книги Строка и Корала «Пособие по кондиционированию, отоплению и вентиляции».3. Данные в значительной степени зависят от образа жизни, размеров семьи и географического района (см. Смит Н. «Эффективность электрических приборов и устройств жилых зданий». Материалы международной конференции по вопросам использования энергии, т. 1, октябрь 1977 г.4. Прн использовании новых электроприборов расход энергии может уменьшиться.5. Предполагается, что все приборы электрические.Примечания: 1. 27,8 кВт-ч/сут—для зимнего периода, 18,4 кВт-ч/сут"- для летнего периода; когда воздух От сушилки выбрасывается наружу, меньше энергии расходуется иа освещение, пищеприготовление, просмотр телепрограммы и т. д. из-за большего времени нахождения людей вне помещения.2. Данные приводятся по второму изданию книги Строка и Корала «Пособие по кондиционированию, отоплению и вентиляции».3. Данные в значительной степени зависят от образа жизни, размеров семьи и географического района (см. Смит Н. «Эффективность электрических приборов и устройств жилых зданий». Материалы международной конференции по вопросам использования энергии, т. 1, октябрь 1977 г.4. Прн использовании новых электроприборов расход энергии может уменьшиться.5. Предполагается, что все приборы электрические.МатериалОбъем, мКоличество накапливаемой энергии, ккалРасчетная удельная теплоемкость, ккал/м3Вода при 21 ℃3,6141 12039 200Камень при 21 ℃3,668 04018 900Твердая древесина3,62 635 920732 200Мягкая древесина3,61 383 480384 300Нефть3,62 520 000700 000МатериалОбъем, мКоличество накапливаемой энергии, ккалРасчетная удельная теплоемкость, ккал/м3Вода при 21 ℃3,6141 12039 200Камень при 21 ℃3,668 04018 900Твердая древесина3,62 635 920732 200Мягкая древесина3,61 383 480384 300Нефть3,62 520 000700 000Таблица 3.2. Аккумулирующая способность материаловТаблица 3.2. Аккумулирующая способность материаловПримечание. Приведенная эффективность древесины соответствует 50%.Примечание. Приведенная эффективность древесины соответствует 50%.табл. 3.1. Итоговые данные этой таблицы, показывающие величину дополнительных теп- лопоступлений (от 27,8 кВт-ч/ /сут зимой до 18,4 кВт-ч/сут летом) используются при подсчете общего потребления энергии различными зданиями в разделе энергетического анализа. При этом следует учитывать примечания к табл. 3.1.
Вид источника тепла
Количество поступающего тепла, Вт
Время поступления в сутки, ч
Итого теллолоступ- леиня, кВт-ч
Сушилка (выпуск воздуха в помете^
5000
1
5
ние)
Холодильник (средний)
300
24
7,20
Телевизор
200
3
0,60
Водонагреватель
150
24
3,60
Пищеприготовление
Освещение (в среднем) при площади
2000
2
4
280 м2
3
3,40
Люди (нз расчета 1 чел. в сутки)
60
75
}0,90
60
80
12
}1,40
45
60
8
8
}1,70
Итого
1
27,8
Вид источника тепла
Количество поступающего тепла, Вт
Время поступления в сутки, ч
Итого теллолоступ- леиня, кВт-ч
Сушилка (выпуск воздуха в помете^
5000
1
5
ние)
Холодильник (средний)
300
24
7,20
Телевизор
200
3
0,60
Водонагреватель
150
24
3,60
Пищеприготовление
Освещение (в среднем) при площади
2000
2
4
280 м2
3
3,40
Люди (нз расчета 1 чел. в сутки)
60
75
}0,90
60
80
12
}1,40
45
60
8
8
}1,70
Итого
1
27,8
Таблица 3.1. Дополнительные теплопоступлення
Таблица 3.1. Дополнительные теплопоступлення
Примечания: 1. 27,8 кВт-ч/сут—для зимнего периода, 18,4 кВт-ч/сут"- для летнего периода; когда воздух От сушилки выбрасывается наружу, меньше энергии расходуется иа освещение, пищеприготовление, просмотр телепрограммы и т. д. из-за большего времени нахождения людей вне помещения.
2. Данные приводятся по второму изданию книги Строка и Корала «Пособие по кондиционированию, отоплению и вентиляции».
3. Данные в значительной степени зависят от образа жизни, размеров семьи и географического района (см. Смит Н. «Эффективность электрических приборов и устройств жилых зданий». Материалы международной конференции по вопросам использования энергии, т. 1, октябрь 1977 г.
4. Прн использовании новых электроприборов расход энергии может уменьшиться.
5. Предполагается, что все приборы электрические.
Примечания: 1. 27,8 кВт-ч/сут—для зимнего периода, 18,4 кВт-ч/сут"- для летнего периода; когда воздух От сушилки выбрасывается наружу, меньше энергии расходуется иа освещение, пищеприготовление, просмотр телепрограммы и т. д. из-за большего времени нахождения людей вне помещения.
2. Данные приводятся по второму изданию книги Строка и Корала «Пособие по кондиционированию, отоплению и вентиляции».
3. Данные в значительной степени зависят от образа жизни, размеров семьи и географического района (см. Смит Н. «Эффективность электрических приборов и устройств жилых зданий». Материалы международной конференции по вопросам использования энергии, т. 1, октябрь 1977 г.
4. Прн использовании новых электроприборов расход энергии может уменьшиться.
5. Предполагается, что все приборы электрические.
Материал
Объем, м
Количество накапливаемой энергии, ккал
Расчетная удельная теплоемкость, ккал/м3
Вода при 21 ℃
3,6
141 120
39 200
Камень при 21 ℃
3,6
68 040
18 900
Твердая древесина
3,6
2 635 920
732 200
Мягкая древесина
3,6
1 383 480
384 300
Нефть
3,6
2 520 000
700 000
Материал
Объем, м
Количество накапливаемой энергии, ккал
Расчетная удельная теплоемкость, ккал/м3
Вода при 21 ℃
3,6
141 120
39 200
Камень при 21 ℃
3,6
68 040
18 900
Твердая древесина
3,6
2 635 920
732 200
Мягкая древесина
3,6
1 383 480
384 300
Нефть
3,6
2 520 000
700 000
Таблица 3.2. Аккумулирующая способность материалов
Таблица 3.2. Аккумулирующая способность материалов
Примечание. Приведенная эффективность древесины соответствует 50%.
Примечание. Приведенная эффективность древесины соответствует 50%.
В последнее время появился значительный объем информации о применении систем солнечного отопления. При использовании этих систем для заглубленных зданий необходимо принимать во внимание некоторые их особенности.
Наиболее серьезный недостаток солнечных систем, при- меняемых для обычных зданий, состоит в том, что они требуют больших капитальных затрат. Между тем для заглуб' ленных зданий, у которых меньше потребность в тепле, капиталовложения на строительство солнечных коллекторов также меньше. Кроме того, соответственно уменьшаются размеры накопительных резервуаров, что обусловлено меньшей потребностью в тепле и большей тепловой массивностью самого здания. Сокращение объема накопительного резервуара ведет к уменьшению площади, необходимой для его установки. Сравнительные данные о применении различных материалов, используемых для устройства накопительной емкости, приведены в табл. 3.2. Вода и камень имеют в настоящее время широкое распространение, а дерево и нефть приведены для сравнения — сколько нужно сжечь топлива, чтобы получить количество тепла, сохраняемое накопительной емкостью.
Водяные накопители имеют наиболее простое механиче
ское оборудование системы, однако их стоимость в значительной степени зависит от размеров и типа емкости для воды.
Каменный накопитель может быть дешевле или дороже водяного в зависимости от расстояния, на которое надо передавать тепло. Однако в каменном накопителе могут появиться устойчивый запах, бактериальное загрязнение из- за того, что поверхность камня темная, влажная и теплая.
Активное использование солнечной энергии для горячего водоснабжения в настоящее время находит все более широкое применение. Сейчас промышленность предлагает установки стоимостью от 800 до 2000 долл, в зависимости от размеров, производительности и типа. Обычный период окупаемости типичной установки, если его привести в соответствие с электрической системой горячего водоснабжения, составляет от 4 до 6 лет. Количество энергии, потребляемой для горячего водоснабжения жилого дома, колеблется от 15 до 20% общего потребления энергии типичного дома на четыре человека. Для заглубленного дома с его низкой потребностью в отоплении расход энергии на горячее во-
МесяцОтношение площади окон к площади стены, %152025303540Январь—155— 137— 120—103—86一69Февраль-54-15+25--64+ЮЗ+142Март-47一 14+20-52+86+119Апрель-200+21--41+62+82Октябрь+ 132+332+431+531+630+730Ноябрь—37—7+23+53+83+ 113Декабрь—184-185-186一186—187—187Итого с октября по ап-рельИтого с ноября по ап-—265—26+214+452+691+930рель—497—358-217—79+61+201МесяцОтношение площади окон к площади стены, %152025303540Январь—155— 137— 120—103—86一69Февраль-54-15+25--64+ЮЗ+142Март-47一 14+20-52+86+119Апрель-200+21--41+62+82Октябрь+ 132+332+431+531+630+730Ноябрь—37—7+23+53+83+ 113Декабрь—184-185-186一186—187—187Итого с октября по ап-рельИтого с ноября по ап-—265—26+214+452+691+930рель—497—358-217—79+61+201цифры соответстауют тепловомуцифры соответстауют тепловомупотоку,потоку,поступающему в здание, отрицательные — его потерям.поступающему в здание, отрицательные — его потерям.Примечание. ПоложительныеПримечание. ПоложительныеТаблица 9豆 Аоступлеиие и потери тепла для различных бдбтйоШений площадей окон и стены, ориентированных иа югТаблица 9豆 Аоступлеиие и потери тепла для различных бдбтйоШений площадей окон и стены, ориентированных иа югВид теплообменаКоличество энергии, необходимой для покрытия дефицита тепла, кВт ч/сутв солнечный деньв облачный деньЧистые потери тепла—34,68—67,85Вентиляционные потери—7,35—7,35Итого—42,03—75,20Внутренние теплопоступления+27,80+ 27,80Всего—14,23—47,40Вид теплообменаКоличество энергии, необходимой для покрытия дефицита тепла, кВт ч/сутв солнечный деньв облачный деньЧистые потери тепла—34,68—67,85Вентиляционные потери—7,35—7,35Итого—42,03—75,20Внутренние теплопоступления+27,80+ 27,80Всего—14,23—47,40Таблица 3.4. Потребность в тепле возвышающегося здания зимойТаблица 3.4. Потребность в тепле возвышающегося здания зимойбыли проделаныбыли проделанырасчетырасчеты《у》 (см.《у》 (см.Стена конструкцииСтена конструкции4=Высота часть на На юж-4=Высота часть на На юж-верхняя потолка.верхняя потолка.окна имеют козы-0,9 м на высотеокна имеют козы-0,9 м на высотеОКОН, -iДВОЙ-'ОКОН, -iДВОЙ-'треннему остеклениютреннему остеклениюокна.окна.
Месяц
Отношение площади окон к площади стены, %
15
20
25
30
35
40
Январь
—155
— 137
— 120
—103
—86
一69
Февраль
-54
-15
+25
--64
+ЮЗ
+142
Март
-47
一 14
+20
-52
+86
+119
Апрель
-20
0
+21
--41
+62
+82
Октябрь
+ 132
+332
+431
+531
+630
+730
Ноябрь
—37
—7
+23
+53
+83
+ 113
Декабрь
—184
-185
-186
一186
—187
—187
Итого с октября по ап-
рель
Итого с ноября по ап-
—265
—26
+214
+452
+691
+930
рель
—497
—358
-217
—79
+61
+201
Месяц
Отношение площади окон к площади стены, %
15
20
25
30
35
40
Январь
—155
— 137
— 120
—103
—86
一69
Февраль
-54
-15
+25
--64
+ЮЗ
+142
Март
-47
一 14
+20
-52
+86
+119
Апрель
-20
0
+21
--41
+62
+82
Октябрь
+ 132
+332
+431
+531
+630
+730
Ноябрь
—37
—7
+23
+53
+83
+ 113
Декабрь
—184
-185
-186
一186
—187
—187
Итого с октября по ап-
рель
Итого с ноября по ап-
—265
—26
+214
+452
+691
+930
рель
—497
—358
-217
—79
+61
+201
цифры соответстауют тепловому
цифры соответстауют тепловому
потоку,
потоку,
поступающему в здание, отрицательные — его потерям.
поступающему в здание, отрицательные — его потерям.
Примечание. Положительные
Примечание. Положительные
Таблица 9豆 Аоступлеиие и потери тепла для различных бдбтйоШений площадей окон и стены, ориентированных иа юг
Таблица 9豆 Аоступлеиие и потери тепла для различных бдбтйоШений площадей окон и стены, ориентированных иа юг
Вид теплообмена
Количество энергии, необходимой для покрытия дефицита тепла, кВт ч/сут
в солнечный день
в облачный день
Чистые потери тепла
—34,68
—67,85
Вентиляционные потери
—7,35
—7,35
Итого
—42,03
—75,20
Внутренние теплопоступления
+27,80
+ 27,80
Всего
—14,23
—47,40
Вид теплообмена
Количество энергии, необходимой для покрытия дефицита тепла, кВт ч/сут
в солнечный день
в облачный день
Чистые потери тепла
—34,68
—67,85
Вентиляционные потери
—7,35
—7,35
Итого
—42,03
—75,20
Внутренние теплопоступления
+27,80
+ 27,80
Всего
—14,23
—47,40
Таблица 3.4. Потребность в тепле возвышающегося здания зимой
Таблица 3.4. Потребность в тепле возвышающегося здания зимой
были проделаны
были проделаны
расчеты
расчеты
《у》 (см.
《у》 (см.
Стена конструкции
Стена конструкции
4=
Высота часть на На юж-
4=
Высота часть на На юж-
верхняя потолка.
верхняя потолка.
окна имеют козы-
0,9 м на высоте
окна имеют козы-
0,9 м на высоте
ОКОН, -iДВОЙ-'
ОКОН, -iДВОЙ-'
треннему остеклению
треннему остеклению
окна.
окна.
доснабжение может стать преобладающим.
Пассивное солнечное отопление. Солнечная радиация, поступающая в здание через окна, — важный источник тепла. Максимальное количество пассивного солнечного тепла поступает через окна, ориентированные на юг, и некоторая доля радиации попадает через окна, ориентированные на запад и восток.
Для подтверждения мысли о том, что окна, ориентированные на юг, позволяют получить наибольшее количество тепла,
с учетом следующих данных.
в прил. 2) состояла из двух ПЛИТ (2X6 м) толщиной 600 мм с фиберглассовой изоляцией (140 мм); коэффици
ент теплопередачи = 0,182 Вт/(м2-℃).
окон 1,2 м;
0,5 м ниже ной стороне рек длиной
2,5 м от пола. При расчете теплопотерь через окна, ориентированные на юг, учитывали влияние плотных штор с хорошими теплоизоляционными ха- ^ рактеристиками; шторы откры-: вали в дневное время и закрывали в ночное. В первом слу- ? чае коэффициент теплопереда- j чи окна составил 3,34 Вт/ /(м2-℃), а во втором снизился до 2,555 Вт/(м2-℃).
Установлено, что при нали- J
чии плотных штор для ориентированных на юг,
ное остекление более предпочтительно, чем тройное. Двой-: ное остекление обеспечивает проникание солнечной радиации на 72%, а тройное ——только на 61 %. В любом случае наличие хорошо изолирующих штор ограничивает доступ теплого воздуха помещения к вну-
Это позволяет избежать кон* депсации влаги на поверхности окна, когда температура его опускается ниже точки росы. В табл. 3.3 приведены ито-
говые данные о соотношении поступающего тепла и его потерь в зимнее время через изолированную стену, ориентированную на юг, и с окнами, площадь которых составляет 15— 40% площади стены.
Анализ данных, приведенных в табл. 3.3, показывает, что в зимние месяцы, кроме декабря, с увеличением площади окон количество теплопотерь через оставшуюся часть стены уменьшается. В табл. П.3.2 (прил. 3) приведены данные, характеризующие соотношение поступления и потерь тепла через окна, орне* тированные на юг. Для всех месяцев, кроме декабря, суммарный поток энергии через окна имеет положительное значение. С увеличением площади окон (для всех месяцев, кроме декабря) потери энергии через стену в зимнее время уменьшаются до значений, соответствующих площади окон до 25% площади стены; баланс потока энергии за семь зимних месяцев положителен. Приведенные итоговые цифры для периода с ноября по апрель свидетельствуют о том, что энергетический баланс в ЗНмнее время остается подо*
жительным, когда площадь окон составляет 40% и более площади стены, даже если исключить максимальные значения. характерные для октября.
Как видно из табл. 3.3, правильно решенные и эксплуатируемые окна в стене, ориентированной на юг, позволяют получать дополнительное количество чистой энергии в зимнее время. Не может быть точных указаний о том, какой должна быть площадь окон по сравнению с площадью стены, ориентированной на юг. В каждом конкретном случае следует проводить тщательный анализ, чтобы определить необходимое количество поступающего тепла и возможность его эффективного использования. Данные, приведенные в табл. 3.3, базируются на допущении, что все тепло, проникающее в здание, остается внутри. На самом деле, поступление и использование 100% энергии невозможно. Наибольшее количество тепла поглощают темные поверхности и массивные предметы.
Приведенные ниже цифры характеризуют теплопоступле- ния при пассивном использовании солнечно" энергии в
сравнении с потребностями заглубленного здания в тепле при солнечной и облачной погоде в январе. Подсчеты этих цифр приведены ниже в разделе энергетического анализа.
Количество энергии, необходимое для того, чтобы покрыть дефицит тепла в солнечный день, может быть определено в 14,23 кВт-ч. Дальнейший анализ покажет, что к концу дня обычно наблюдается перегрев помещений, а в ночное время ——недогрев. Для поддержания требуемой температуры в течение суток следует применить систему ОВиКВ с автоматической регулировкой с помощью термостатов. ♦
Повторное использование тепла. Источник тепла для домов, который чаще всего не используется,——это тепло сточных вод и воздуха, выбрасываемого вытяжной вентиляцией. Значительное количество его можно получить от сточной воды, которая обычно просто сбрасывается в систему канализации. Получение вторичного тепла от воздуха вытяжной вентиляции менее практично, чем от сточных вод, но в заглубленных зданиях также осуществимо.
Сделаем расчет количества тепла, которое может быть получено в доме площадью 140 м2, где проживают четыре человека. Эти подсчеты не следует относить к любому дому без учета его особенностей. Допустим, семья из четырех человек расходует в сутки около 31 м3 горячей волы с температурой около 54 ℃ и что 50% тепла этой водь! мож*
но использовать для того, чтобы подогреть холодную воду приблизительно до 13 ℃. Тог-, гда за месяц экономия энергии может составить около 230 кВт*ч. Эти цифры были получены путем расчетов, базировавшихся на методе прямой передачи тепла. Важно отметить, что для использования на нужды горячего водоснабжения 50% тепла необходимо произвести определенные затраты. Должен быть проведен тщательный анализ стоимости установки и эксплуатации оборудования с целью определения экономической эффективности данного решения.
Метод получения энергии оказывает существенное влияние на эффективность процесса. Как уже было отмечено, эффективность метода прямой передачи тепла составляет | 50%. Она может быть увели- 1 чена до 75% при использова-二' нии теплового насоса. Тогда количество повторно используемой энергии составит 15 кВт • ч/сут, т. е. весьма значительную долю от общей потребности. Однако такая эффективность может быть экономически оправдана в случае, когда тепловой насос используется только для рекуперации тепла.
Способ получения повторного тепла от фекальных стоков требует изучения. Несколько таких установок уже работает в Миннесоте, однако срок их эксплуатации еще невелик и достоверных результат тов пока нет.
Приблизительно аналогичное количество энергии (108 кВтт за ме^яц) может
быть получено от вентиляционных выбросов. Эта цифра определена для дома площадью 140 м2 при двухкратном воздухообмене и средних температурах внутреннего и наружного воздуха в январе.
Проблема подогрева поступающего воздуха за счет отводимого тепла гораздо сложнее, чем подогрев теплом отводимой горячей воды. Трудности возникают из-за того, что должен использоваться воздух, отводимый из кухни, из одной или нескольких ванных комнат, а также, возможно, и от основной вытяжки. В то же время свежий воздух поступает за счет инфильтрации, через открываемые двери, а также от системы приточной вен、 тиляции.
Передача тепла от нескольких вытяжных систем к одной мощной приточной осуществима, но неэкономична. Положительные характеристики такой системы будут ухудшаться, если учесть, что приведенное количество повторно используемой энергии определено для января, а в другие месяцы оно будет уменьшаться.
Источники и процессы охлаждения. Потребность в охлаждении заглубленного здания представляется проблематичной. Результаты исследований, приведенные в разд. 3.3, показывают, что расход энергии на охлаждение для одно- или двухэтажного полузаглубленного здания составляет около 850 кВт-ч за весь период, когда требуется охлаждение. Даже если нопу- Стить, что вся нагрузка прихо
дится на период, равный трем неделям, то это количество составит менее % т холода. Вероятно, большинство людей предпочли бы в этом типе зданий обходиться без охлаждающего оборудования. Тем не менее следует отметить, что существует несколько методов (как традиционных, так и нетрадиционных) охлаждения заглубленных зданий.
Обычные рассеивающие системы (PC) охлаждения, безусловно, применимы в заглубленных зданиях. Такие системы следует проектировать весьма тщательно, чтобы избежать неоправданного увеличения их размеров. Системы с ^увеличенными размерами будут работать неэффективно и не позволят осуществлять необходимый контроль за влажностью. В равной мере это относится и к тепловым насосам, которые работают аналогично обычным рассеивающим системам. Так как заглубленные здания не подвержены влиянию пиковых летних нагрузок, как это происходит с обычными зданиями, механические системы должны проектироваться на меньшую производительность. Таким образом будет меньше не только стоимость энергии, но и оборудования.
Система кондиционирования воздуха с помощью льда, разработанная недавно Тома~ сом П. Блихом, является одним из потенциальных способов охлаждения. Этот метод носит региональный характер и не может иметь повсеместного распространения.
Принцип работы системы
заключается в использовании холодного зимнего воздуха для замораживания в большой емкости значительного объема воды. Летом излишнее тепло отбирается теплоносителем на базе гликоля и направляется через резервуар со льдом, где оно поглощается льдом. При этом расходуется весьма немного энергии (приблизительно % л. с.) на нужды центробежного насоса и воздухораспределителя.
Эта система хорошо совмещается с системой солнечного отопления, позволяет в летнее время регулировать влажность воздуха. Она может использоваться для первичного охлаждения там, где это нужно. ~С точки зрения экономики основными элементами системы являются накопительная емкость и змеевик. Образец такой системы в настоящее время проходит испытания.
Потери тепла через землю. Одно из существенных преимуществ заглубленного здания заключается в том, что летом оно охлаждается за счет передачи тепла через пол и стены в землю. Проведенные исследования потерь и поступления тепла через стены и пол в течение летних месяцев (см. с. 185) позволили установить размеры этих теплопотеръ. Благодаря охлаждаюпхему эффекту нагрузка на систему охлаждения весьма мала. Можно усилить влияние охлаждающего эффекта, увеличив площадь соприкосновения стены с землей. Однако, если земля будет укрывать южную стену, по которой обычно стараются расположить окна, то это до-
полнительное охлаждение в летнее время отрицательно скажется на эффективности пассивного обогрева здания зимой. При определении высоты засыпки здания надо учитывать годовой баланс энергии.
Вентиляция в холодный период года, В заглубленном здании, так же как и в обычном, можно добиться существенного охлаждения путем применения вентиляции в ночное время. Благодаря большой тепловой массивности заглубленного здания «запас холода», образовавшийся за счет вентиляции в течение нескольких холодных дней, можно использовать в течение нескольких теплых дней.
В приводимых расчетах для окон, ориентированных на юг, принималось, что шторы открыты в течение всего светлого времени суток. Несмотря на наличие козырьков у окон, большое количество солнечной радиации в летнее время проникает в здание. Значительную долю поступления этого тепла можно предотвратить, если зашторить окна от солнца и использовать вентиляцию в ночное время. Более подробно этот вопрос рассмотрен в гл. 3.
Увлажнение крыши. Часто над крышей заглубленных зданий высаживают растительность, чтобы предупредить развитие эрозии, уменьшить температуру земляной засыпки, а также из соображений эстетики. Применение правильно решенной системы полива позволяет создать условия не только для развития растений,
йб и Для бхлаждёнйй ЗДЙНИИ за счет испарения влаги. Однако эта система охлаждения ограничена лишь верхним слоем почвы. Исследования показали, что охлаждающий эффект такой системы для здания с большой тепловой массивностью и хорошей изоляцией минимален.
Таким образом, это решение не позволяет получить сколько-нибудь значительной экономии энергии в заглубленном здании.
Системы отопления и охлаждения зданий. Существует несколько основных способов отопления и охлаждения жилых помещений. К ним относятся воздушная приточная вентиляция, водяная система плинтусного отопления, гравитационная воздушная и конвективная системы. Все они имеют свои преимущества и недостатки, которые определяют их применимость для заглубленных зданий.
Правильно решенная воздушная приточная система, использующая воздух с невысокой температурой, имеет максимум преимуществ и минимум недостатков. Она позволяет применять большое число стандартных устройств и в то же время вводить раз、 личные дополнительные устройства.
Приточная воздушная система имеет следующие достоинства: .
обеспечивает фильтрацию через простые фильтры;
позволяет осуществлять контроль вентиляции;
осуществляет отопление или охлаждение;
Отбирает 启бзДуМ й§ йрййб- толочного пространства, обеспечивая однородность воздушной среды;
хорошо сочетается с новыми системами, например, солнечным и дровяным отоплением;
использует только трубопроводную систему и исключает утечку воды;
подает осушенный или увлажненный воздух;
движение воздуха может создавать приятный шумовой фон в домах с низким уровнем шума;
расходует м ало энергии при подаче воздуха с невысокими температурами;
весьма экономична, когда требуется кондиционирование или осушка воздуха.
Недостатки приточной си
стемы:
может создавать высокий уровень шума в случае неправильного решения и установки;
может потребовать больших первоначальных затрат в больших зданиях;
может быть неэффективна в случае неверного решения и установки;
хуже обеспечивает регулировку температурного режима отдельных помещений по сравнению с другими системами.
Возможные варианты:
вентиляторы постоянного действия;
фильтрация через активированный уголь для устранения запахов;
повторное использование тепла;
конвективная напольная или потолочная распределительная система.
Характер деятельностиПотребление кислорода, м3/мииТребуемое количество воздуха, м3/мнн0,000240,006Сидячее положениеСтоячее»0,000300,000360,007 0,008Ходьба:2 мили в час4 мили в час0,00065 0,00120,0140,026Работа:активнаямаксимально активная0,0020 0,003—0,0040,043 0,065—0,100Характер деятельностиПотребление кислорода, м3/мииТребуемое количество воздуха, м3/мнн0,000240,006Сидячее положениеСтоячее»0,000300,000360,007 0,008Ходьба:2 мили в час4 мили в час0,00065 0,00120,0140,026Работа:активнаямаксимально активная0,0020 0,003—0,0040,043 0,065—0,100Таблица 3.5. Потребность в кислороде и воздухеТаблица 3.5. Потребность в кислороде и воздухе
Характер деятельности
Потребление кислорода, м3/мии
Требуемое количество воздуха, м3/мнн
0,00024
0,006
Сидячее положение
Стоячее»
0,00030
0,00036
0,007 0,008
Ходьба:
2 мили в час
4 мили в час
0,00065 0,0012
0,014
0,026
Работа:
активная
максимально активная
0,0020 0,003—0,004
0,043 0,065—0,100
Характер деятельности
Потребление кислорода, м3/мии
Требуемое количество воздуха, м3/мнн
0,00024
0,006
Сидячее положение
Стоячее»
0,00030
0,00036
0,007 0,008
Ходьба:
2 мили в час
4 мили в час
0,00065 0,0012
0,014
0,026
Работа:
активная
максимально активная
0,0020 0,003—0,004
0,043 0,065—0,100
Таблица 3.5. Потребность в кислороде и воздухе
Таблица 3.5. Потребность в кислороде и воздухе
По сравнению с напорной воздушно访 системой гидравлическая система (с горячей водой) более экономична, так как требует меньших капитальных затрат, если речь идет только о системе отопления крупного здания. Кроме того, гидравлическая система позволяет осуществлять индивидуальную регулировку теплового режима помещений, однако она не может подавать, фильтровать или кондиционировать вентиляционный воздух. Из-за высокой температуры рабочей жидкости (71—82 ℃) ее нельзя применять совместно с новыми системами, например солнечными коллекторами.
Гравитационная воздушная система имеет среднюю эффективность и низкую стоимость; она только увлажняет воздух. Но она может эффективно работать вместе с правильно решенными новыми энергетическими системами и продолжает работать, если нарушено энергоснабжение. Однако эта система обычно требует применения больших трубопроводов и не позволяет фильтровать, охлаждать или осушать подаваемый воздух.
Наиболее р аспростр анен- ная конвективная система представляет собой либо электрическую решетку, заделанную в пол или потолок ком- натн, либо систему трубопроводов горячей воды, помещенную в пол. В случае применения прнточно访 или напорной системы, использующей воздух с низкой температурой (29°—35 ℃), возможно устройство необычной конвектив- 56
ной системы, которую заделывают в пол или потолок. Применение ее позволяет улучшить комфортные условия и повысить эффективность работы всей системы отопления путем использования этого воздуха в качестве рабочей среды конвективной системы.
Обычно полы и потолки вы
полняют из пустотных предварительно напряженных сборных железобетонных панелей. Пустоты используют в качестве трубопроводов в системе распределения теплого воздуха. Исследованиями, проведенными в Швеции, было установлено, что температура бетонных элементов в этом случае на 2—3° С выше, чем средняя температура воздуха в помещении. Поскольку количество тепла в помещении от
пола до потолка постоянно, температура воздуха может быть ниже обычной, в то время как комфортные условия поддерживаются на необходимом уровне. Кроме того, сам пол становится более комфортным и обеспечивает нако
пление тепла в помещении. Представляется, что такая си
стема имеет ряд достоинств. Несколько таких систем в настоящее время уже работает в Миннесоте.
324. Вентиляция. В обычном наземном здании устройство вентиляции не составляет особого труда, так как инфильтрация через неплотности дверей, окон и стен обеспечивает поступление свежего воздуха в избыточном количестве. Однако в герметичных домах значительно уменьшается инфильтрация и, следовательно,
сохраняется энергия. Подача свежего воздуха должна решаться с учетом экономии энергии. Заглубленные здания позволяют свести инфильтрацию к минимуму: таким образом, появляется возможность контролировать системы вьь тяжки и притока.
Вентиляция требуется для того, чтобы обеспечивать заданное количество кислорода, необходимое для здоровья и жизнедеятельности людей; подавать соответствующее количество кислорода для обеспечения работы бытовых и отопительных приборов с открытым пламенем; уменьшать количество или удалять избыточную влагу в летнее время; уменьшать или удалять различные запахи из ванных комнат и кухонь; в летнее время удалять избыточное тепло, образующееся от работы различных бытовых приборов.
Для составления прогноза потребления энергии заглубленным зданием важно определить требуемый объем вентиляции. Так, для дома размерами 10X14X2,5 м он составит 350 м3. Дом полностью электрифицирован (при
боров с открытым пламенем нет); в нем проживает четыре человека.
В первую очередь необходимо учитывать потребность людей в свежем воздухе. Содержание кислорода в воздухе, необходимом для человека, должно быть не менее 20%. Можно жить и при содержании кислорода в атмосфере 15%, однако в этих условиях не происходит процесс горения. Смерть наступает при содержании от 5 до 7% кислорода в атмосфере. Приводимая таблица показывает потребность человека в кислороде в зависимости от вида деятельности.
Допустим, четыре человека потребляют кислород в течение 16 ч в сутки по 0,014 м3/мин и по 0,006 м3/мин в течение 8 ч в сутки. Тогда суточный объем вентиляции составит 65,3 м3/сут. Это значит, что весь объем воздуха будет сменяться один раз за 5,5 сут. Согласно энергетическим нормам Миннесоты (1976 г.), «количество свежего воздуха, подаваемого в помещение для обеспечения физиологических потребностей лю-
дей и устранения различных запахов, должно быть не более 0,14 мЗ/мнн на одного человека». В расчете на четырех человек, проживающих в доме, и при норме вентиляции 0,14 мЗ/мнн на одного человека общее количество воздуха, подаваемого в здание, должно составлять 815 м3 в сутки. Это соответствует кратности воздухообмена 2,3 в сутки.
Получить точные данные для расчета объемов вентиляции, необходимых для удаления влаги и запахов, практически невозможно. Объем ин^ фильтрации через неплотности окон и открываемые двери свидетельствует о том, что с учетом его кратность воздухообмена достаточно герметичного дома должна соответствовать двукратному воздухообмену в сутки.
Обследования обычных зданий показали, что такая кратность воздухообмена является минимальной для удаления запахов, особенно возникающих при пищеприготов- лении. Двукратный воздухообмен меньше требуемой нормами максимальной величины 2,33. Для дальнейшего обсуждения примем кратность воздухообмена равной 2 в сутки. Однако эту норму не следует принимать как требование для всех заглубленных зданий. До тех пор, пока нет достаточного опыта проектирования и эксплуатации таких домов, для каждого случая надлежит проводить анализ с целью определения необходимых норм вентиляции, которые могут быть и больше и меньше указанной.
Норма в^нт1?ляции должна 58
быть увеличена, если в здании используются приборы с открытым пламенем, включая печи. В целях экономии энергии рекомендуется предусматривать самостоятельный подвод воздуха к горелочным и топочным устройствам. В качестве альтернативного решения может быть рекомендована подача к топке подогретого воздуха от системы приточной вентиляции. Вентиляция может быть также нужна для отвода избыточного тепла.
После того, как будет вычислен объем необходимой вентиляции заглубленного здания, следует определить пути ее осуществления. Установлено, что для заглубленных зда： ний наиболее подходит напорная вентиляция. Основное достоинство ее заключается в том, что лучше обеспечивается пос^пление свежего воздуха. Из других систем вентиляции в первую очередь следует рекомендовать низконапорную систему. Включение в состав этой системы электрического обогревателя создает допол
нительные преимущества.
Существует несколько способов подачи свежего воздуха в здание с помощью напорной системы вентиляции. Самый простой и, вероятно, наиболее экономичный ——прокладка трубопровода для подачи воздуха. Вентилятор будет нагнетать в помещение свежий воздух автоматически. В трубопроводе необходимо устанавливать регулятор тяги для контроля объема подаваемого воздуха. Чтобы обеспечить необходимый баланс, от- BQ4 воздуха производится с пр-
Мощьгб вытяжных Еентнлято* ров в кухне и ванной, а также общего вентилятора. Тщательное выполнение системы гарантирует более точный контроль объемов отводимого и свежего воздуха.
Установка сравнительно недорогого процессора (прибора), управляемого с помощью компьютера, позволит создать систему, объединяющую все три вытяжных вентилятора в ванной, кухне и общий, и, таким образом, контролировать процесс воздухообмена в здании. При атом следует иметь в виду, что вытяжка из ванной не может быть включена в систему рециркуляции. Поскольку многие запахи имеют аммонийную природу, они не поддаются фильтрованию и другим процессам очистки; таким образом, необходимость устройства вытяжной вентиляции очевидна.
С этой точки зрения рассмотрим рекуперацию тепла вытяжной вентиляции. Предположим, что объем отводимого воздуха составляет 700 м3 в сутки (двукратный воздухообмен) и что из него можно получить 50% уносимого тепла; в этом случае годовая экономия составит 32,25 долл. Имеется в виду, что температура воздуха в помещении 20 ℃, а наружные температуры соответствуют данным, приведенным в табл. прил. 2 для периода с октября по апрель, в то время как стоимость электроэнергии составляет 0,06 долл за 1 кВт-ч. Если период окупаемости составляет 7 лет, то стоимость оборудования, которую можно покрыть
Свежии с^^ воздух，Свежии с^^ воздух，1 2—I1 2—IПодача воздуха в ванную или кухнюПодача воздуха в ванную или кухню3434Вытяж- ваннойВытяж- ваннойкухникухниРис. 3.16. Диаграмма схемы повторного использования тепла：
Свежии с^^ воздух，
Свежии с^^ воздух，
1 2—I
1 2—I
Подача воздуха в ванную или кухню
Подача воздуха в ванную или кухню
3
4
3
4
Вытяж- ванной
Вытяж- ванной
кухни
кухни
7 — @нльтр; 2 — вентилятор; 3 — электронагреватель； 4 — термостат, установленный в воздуховоде； 5 — гравитационный регулятор тяги; 6 — теплообменник
за счет экономии энергии, не должна превышать 225 долл. При таких условиях денежная экономия недостаточно велика, чтобы установить оборудование, обеспечивающее возврат 50 % тепла вытяжной вентиляции.
Если повторное использование тепла экономически разумно и желательно, то система (рис. 3.16) способна повторно использовать тепло вентиляционных выбросов ванных и кухонь. Теплообменник может быть выполнен в форме Z-образно* металлической трубы. Вентиляторы ванной и кухни должны иметь одинаковую мощность и работать одновременно. Если используется напорная система подачи свежего воздуха, можно применять электрические нагреватели. Вентиляторы в этом случае должны включаться обычными выключате* лями, снабженными таймерами.
Последнее важное обстоятельство, которое необходимо учитывать при разработке системы вентиляции,——это способ охлаждения помещений в
летнее время. О такой системе уже упоминали и лучший режим ее работы обеспечивается в летнее время ночью, а в зимнее время днем. Кроме того, такая система может иметь то преимущество, что в летнее время охлаждение можно применять в сочетании с интенсивным воздухообменом.
Согласно проекту, заглубленное здание может иметь значительную тепловую массивность, которая допускает большие теплопоступления в здание летом без его перегрева. Этот эффект способствует созданию комфортных условий в здании, когда обеспечена вытяжка воздуха из него в ночное время, если только речь идет не об очень теплой погоде. Т акая совершенная система напорной вентиляции может быть применима для большинства заглубленных зданий при условии, когда невозможно осуществить сквозную вентиляцию. Напорная система должна быть оборудована системой трубопроводов
и регуляторами чтобы 100%
тяги для того,поступающеготяги для того,поступающеговоздуха проходило через топку ночью; вытяжка может осуществляться через открытые окна.
тяги для того,поступающего
тяги для того,поступающего
Такая система может потребовать установки некоторых автоматических устройств. В тех случаях, когда не применяется напорная система, следует устанавливать вытяжные вентиляторы для поступления свежего воздуха через окна.
.2.5. Контроль влажности очень важно осуществлять как для эффективной работы конструкций, так и для создания
комфортных условий в жилище. Причины, требующие контроля влажности, следующие： • развитие коррозии незащи- щенных покрытием металлов начинается при относительной влажности воздуха около 40%； • статическое электричество накапливается на синтетических коврах и мебели при относительной влажности воздуха менее 55%；
деревянная мебель рассыхается и трескается при относительной влажности воздуха менее 30%；
у людей может возникнуть & неприятное чувство перегрева j летом при вьгсокой относитель-1 ной влажности;|
люди чувствуют себя луч- I ше в зимнее время, если отно- ! сит ел ьн а я влажность воздуха : не очень низкая;；
при достаточно высокой от-； носительной влажности на хо-， лодных поверхностях происхо-: дит конденсация влаги. Это : явление часто наблюдается и j на поверхности окон в зимнее ! время, в результате чего вода ； иногда попадает в щели дере-扌 вянных элементов окон и про- 1 текает по стенам. ♦:
Осушка воздуха в здании W обычно нужна летом, когда со-； держание влаги в наружном ；j воздухе высокое. Излишняя ? влажность в доме нежелатель-] на и тем не менее она возника- | ет от различных источников: 1 ® ванны и душа;1
мытья посуды и стирки;
® пищеприготовления;
® влаговыделения и дыхания; ^ уборки, емкости с водой, растений, протечек осадков, | инфильтрации грунтовых вод 1 и т. д.I
МесяцУголСерединаТемпература воздуха, •℃—Температура поверхности пола, °CИюнь21,923,525,6 -Июль22,223,7 .25,6Август22,523,825,6Сентябрь19,319,720Температура поверхности стен, ℃Июнь21,922,125,6Июль22,222,525,6Август Сентябрь22,519,322,919,5级 20МесяцУголСерединаТемпература воздуха, •℃—Температура поверхности пола, °CИюнь21,923,525,6 -Июль22,223,7 .25,6Август22,523,825,6Сентябрь19,319,720Температура поверхности стен, ℃Июнь21,922,125,6Июль22,222,525,6Август Сентябрь22,519,322,919,5级 20Таблица 3.6. Температура стей и пола, характерная для заглублеийого здания, в котором температура внутреннего воздуха поддерживается на уровне 20 и 25,6℃Таблица 3.6. Температура стей и пола, характерная для заглублеийого здания, в котором температура внутреннего воздуха поддерживается на уровне 20 и 25,6℃Необходимость осушки воздуха должна определяться в каждом отдельном случае, так как ощущение комфортности у каждого человека индивидуально. Охлаждающий эффект земляной засьшки обеспечивает температуры, аналогичные тем, которые в обычном здании достигаются с помощью кондиционеров, но без осушки воздуха. Поэтому относительная влажность в заглубленном здании будет обычно несколько выше, вследствие чего может потребоваться осушка воздуха.
Месяц
Угол
Середина
Температура воздуха, •℃
—
Температура поверхности пола, °C
Июнь
21,9
23,5
25,6 -
Июль
22,2
23,7 .
25,6
Август
22,5
23,8
25,6
Сентябрь
19,3
19,7
20
Температура поверхности стен, ℃
Июнь
21,9
22,1
25,6
Июль
22,2
22,5
25,6
Август Сентябрь
22,5
19,3
22,9
19,5
级 20
Месяц
Угол
Середина
Температура воздуха, •℃
—
Температура поверхности пола, °C
Июнь
21,9
23,5
25,6 -
Июль
22,2
23,7 .
25,6
Август
22,5
23,8
25,6
Сентябрь
19,3
19,7
20
Температура поверхности стен, ℃
Июнь
21,9
22,1
25,6
Июль
22,2
22,5
25,6
Август Сентябрь
22,5
19,3
22,9
19,5
级 20
Таблица 3.6. Температура стей и пола, характерная для заглублеийого здания, в котором температура внутреннего воздуха поддерживается на уровне 20 и 25,6℃
Таблица 3.6. Температура стей и пола, характерная для заглублеийого здания, в котором температура внутреннего воздуха поддерживается на уровне 20 и 25,6℃
Осушку воздуха необходимо производить не только для обеспечения комфортных условий. Существует вероятность того, что высокая влажность может вызвать сильную конденсацию на холодных поверхностях. В летнее время в цокольном этаже обычного здания, если он неправильно решен или неправильно эксплуатируется, часто приходится сталкиваться с повышенной влажностью стен и пола, а иногда и с образованием пле
сени. Они образуются в тех случаях, когда температура поверхностей ниже температуры точки росы.
Напало конденсации влаги зависит от влажности воздуха и температуры воздуха непосредственно около стены или пола. С понижением температуры относительная влажность увеличивается, пока не достигнет 100%. Температура, при которой влага начинает конденсироваться в воздухе, называется температурой точки росы. Температура точки росы для летних месяцев на территории Миннеаполиса следующая:
Температура точки росы
Месяц наружного воздуха, ℃
Июнь 9,4—15,6
Июль 11,7—18,9 Август 12,8—18,9 Сентябрь 7,2—13,3
Анализ приведенных данных показывает, что минимальная разница температур ограждающих конструкций и точки росы составляет 3,4 ℃. При такой разнице температур
содержание влаги в воздухе увеличится лишь на 0,0028 м?/ /сут (речь мает о том же доме ооъемом 350 м3 с двукратным воздухообменом), но возрастет опасность конденсации влаги на стенах и на полу при худших погодных условиях летом.
В настоящее время для осушки воздуха в помещении устанавливают осушитель с тщательно подобранными параметрами, либо стандартный кондиционер-осушитель. Кондиционеры могут быть смонтированы в трубопроводе, однако в этом случае они стоят дороже установок, расположенных непосредственно в помещении. Небольшие установки, применяемые в помещении, имеют следующие достоинства: • сравнительно низкую стоимость;
портативность, которая позволяет размещать их даже на весьма небольшой площади；
надежность и эффективность;
исключается возможность переохлаждения воздуха;
их можно применять в начальный период эксплуатации железобетонного здания, а затем легко демонтировать.
Поскольку для заглублен- ного здания характерны потери тепла в течение всего года, применение механических систем, осушающих воздух путем понижения его температуры, может привести к переох- л аждению помещений. При обычном теплопоступлении в здание переохлаждение его исключается.
Существуют еще два метода осушки воздуха, которые пока не используются для жи
лых помещений, но могут найти применение в заглубленных зданиях. К ним относятся осушка воздуха с помощью сиккатива (реагента) и использование системы кондиционирования воздуха с применением льда, которая уже упоминалась выше в качестве системы охлаждения. Сикка- тнвная система основана на применении двух сиккативных пластин, р аботоспособность которых восстанавливается путем высушивания их на солнце. Эта система не требует охлаждения воздуха и, вероятно, малоэнергоемка. Осушку можно производить и с использованием <(л единой» системы путем охлаждения воздуха в 《ледяном》 кондиционере с последующим подогревом его солнечной энергией до комфортной температуры.
Другой метод, предотвращающий конденсацию влаги,—— стабилизация температуры поверхности стены. Такое решение требует повышения температуры в помещении или устройства небольшого дополнительного слоя изоляции наружной поверхности стены. Этот слой изоляции увеличивает коэффициент термического сопротивления R。стены, уменьшая тем самым теплопередачу в грунт и, следовательно, охлаждающий эффект земляной засыпки. По этим причинам более предпочтительно повышение температуры воздуха в помещении.
Заглубленные здания име， ют еще одну особенность, связанную с относительной влажностью и температурой наружного воздуха. Если здание вы
полнено из монолитного железобетона, то в процессе выдерживания бетона происходит абсорбция выделяющейся влаги воздухом помещения. Этот процесс может продолжаться довольно долго, так как наружная гидроизоляция не только предохраняет здание от проникания влаги, но и препятствует удалению наружу влаги, выделяющейся в процессе выдерживания бетона. Таким образом, водяные пары остаются внутри здания. Нагрузка по осушке в это время может значительно превышать нагрузки, характерные для данного здания в процессе эксплуатации. Решение этой проблемы возможно путем применения небольшого экономичного осушителя, который устанавливают на начальный период эксплуатации здания. В случае использования сборных железобетонных конструкций осушка воздуха не столь важна.
Увлажнение. Необходимость искусственного увлажнения воздуха заглубленного помещения проблематична. Можно привести максимальные значения относительной влажности, при которых не происходит конденсация влаги на стеклах при температуре наружного воздуха —29 ℃:
Тип остекления
Двойное
Тройное
Максимальная относительная влажность, %3150Максимальная относительная влажность, %3150В здании площадью 140 м2 с двукратным воздухообменом, выбранным для примера, должно испариться следую
Максимальная относительная влажность, %
31
50
Максимальная относительная влажность, %
31
50
щее количество воды для под- дерзка ни я рекомендованной максимальной влажности:
Максимальная относительная влажность, % 解］сдт
310,003-8
500,006-1
В данном случае предполагается, что наружный воздух абсолютно сухой (относительная влажность 0%) и внутренних источников возникновения влажности нет. Однако на самом деле, как было показано выше, почти всегда имеются внутренние источники образования. Возможно, что их будет недостаточно для поддержания оптимальной влажности, но возможно также, что зимой они могут вызвать повышенную влажность. Во всяком случае, если эти источники не обеспечивают необходимой влажности воздуха, то следует установить небольшой автономный увлажнитель или увлажнитель в системе приточной вентиляции. Если же относительная влажность велика, нужно увеличить объем вентиляции.
326. Регулирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Эффективность работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВ и КВ) до некоторой степени зависит от ее регулировки. Хотя большинство систем отопления — охлаждения заглубленных зданий могут управляться простыми термостатами, тем не менее весьма важно тщательно проанализировать параметры здания и его системы отопления —охлаждения, чтобы правильно выбрать термостат.
Рис. 3.17. Полностью заглубленное одноэтажное здание площадью 140 мРис. 3.17. Полностью заглубленное одноэтажное здание площадью 140 мразрезразрезРис.Рис.РазрезРазрезТеплопередачаВентиляцияТеплопередачаВентиляцияВнутренние тепло-Внутренние тепло-Чистая энергияЧистая энергия(кВт*ч)Лето (кВт-ч)Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия—12935—1544-1-5900—8579+3658+ 1700+5358(кВт*ч)Лето (кВт-ч)Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия—12935—1544-1-5900—8579+3658+ 1700+53583.18. Варианты 5 наземных ®Да^и® на плоском рельефе площадью 140 м3.18. Варианты 5 наземных ®Да^и® на плоском рельефе площадью 140 м5-15-1
Рис. 3.17. Полностью заглубленное одноэтажное здание площадью 140 м
Рис. 3.17. Полностью заглубленное одноэтажное здание площадью 140 м
разрез
разрез
Рис.
Рис.
Разрез
Разрез
Теплопередача
Вентиляция
Теплопередача
Вентиляция
Внутренние тепло-
Внутренние тепло-
Чистая энергия
Чистая энергия
(кВт*ч)
Лето (кВт-ч)
Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия
—12935
—1544
-1-5900
—8579
+3658
+ 1700
+5358
(кВт*ч)
Лето (кВт-ч)
Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия
—12935
—1544
-1-5900
—8579
+3658
+ 1700
+5358
3.18. Варианты 5 наземных ®Да^и® на плоском рельефе площадью 140 м
3.18. Варианты 5 наземных ®Да^и® на плоском рельефе площадью 140 м
5-1
5-1
Характер работы термостата «ночная задержка》учитывает очень важную особенность заглубленных и других зданий — отношение тепловой массивности к потерям тепла. Если термостат отрегулирован таким образом, что понижение температуры начинается поздно вечером, то при большой тепловой массивности здания она может не опуститься достаточно низко к утру, когда настанет время начинать обогрев помещений. В другом случае термостат может быть отрегулирован таким образом, что мощность системы отопления может оказаться недостаточной для нагрева здания с большой тепловой массивностью за несколько часов.
В недалеком будущем, вероятно, представится возможность повысить эффективность работы бытовых систем отопления путем применения кристаллических микропроцессоров ——компьютерных систем регулирования. Они будут измерять и регулировать температуру, относительную влажность, содержание кислорода, интенсивность запахов, а также количество поступающего и отводимого воздуха. Анализируя все эти параметры, регулирующая установка сможет выбирать наиболее эффективный режим работы систем отопления ——охлаждения и вентиляции.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Анализ энергетических характеристик заглубленных зданий. С точки зрения экономии энергии рассмотрим полное чистое потребление ее
различными заглубленными и 丄 наземными зданиями.
Предпосылки, на основании которых получены приводимые данные, а также характер потребления энергии рассмотрены в приложениях 7, 2 и 3. При расчете были учтены два обстоятельства.
Во-первых, сезонные нагрузки определялись на основании среднемесячных характеристик зданий. Таким образом, расчетные значения нагрузок позволяют определять : сезонные затраты на энергию и в то же время дают возмож-' ность сравнивать экономию энергии заглубленными и наземными зданиями. Однако эти усредненные цифры не учитывают суточных пиковых нагрузок при экстремальных ; погодных условиях, поэтому . они не могут быть использованы для расчетов систем ОВ и КВ. Если колебания температур, отражающие реальные изменения погодных , условий, ввести в расчеты, то следует отдать предпочтение заглубленному зданию, так как из-за большой тепловой массивности оно меньше подвер-， жено влиянию быстрых изме-： нений температуры.
Во-вторых, потери и по-： ступление энергии за счет теп-： лопередачи включают в себя : также потери и поступление , солнечной энергии. Таким образом, ориентация окон, которая существенно влияет на поступления солнечной радиа- 士 ции, также сказывается и на* количестве теплопередачи. Принимается, что вся пассив- “ ная солнечная энергия накап-、 ливается и расходуется вну-
Зима Лето (кВт-ч) (кВт-ч)
—4043—969
— 1544—
十 5900 4-1700
три здания ——ее излучение исключается. Важно отметить и то обстоятельство, что рассматриваемые заглубленные здания введены в эксплуатацию не менее трех лет назад. В начальный период эксплуатации заглубленного здания расход энергии несколько выше, пока в окружающей его земле не установится новый стационарный температурный режим.
Еще одна предпосылка касается нагрузок на вентиляцию и отопление помещения. Предполагается, что они умеренные, однако могут изменяться в широких пределах в зависимости от многих факторов. При чтении энергетического обзора следует иметь в виду, что отрицательные цифры характеризуют тепловой поток из помещения.
В первом случае сравниваются два здания: полностью заглубленное одноэтажное возвышающегося типа (вариант А) и таких же размеров
з Зак. 1291
В-2
Зима (кВт-ч)
(кВт-ч)
Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия
—10 186 一1 544 十5 900
—5 830
+3173
+1700
+4873
63
Зима (кВт-ч)
(кВт*ч)
Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия
—13 697
—1 544
十5 900
一9 341
+3002
+ 1700
+4702
5-4
Зима (кВт-ч)
Лето (кВт-ч)
Теплопередача
—10 945
+2519
Вентиляция
—1 544
—
Внутренние тепло-
+5 900
+1700
поступления
Чистая энергия
—6 589
+4219
План Север РазрезПлан Север РазрезРис. 3.20. Вариант Г полностью заглубленного здания площадью 140 м2Рис. 3.20. Вариант Г полностью заглубленного здания площадью 140 м2
План Север Разрез
План Север Разрез
Рис. 3.20. Вариант Г полностью заглубленного здания площадью 140 м2
Рис. 3.20. Вариант Г полностью заглубленного здания площадью 140 м2
обычное наземное (вариант Б). Оба здания площадью по 140 м2 имеют северные и южные стены длиной 14 м, западные и восточные длиной 10 м при высоте потолка 2,5 м. У заглубленного здания северная, западная и восточная стены засыпаны землей. Площадь остекления южной стены 35%. Крыша представляет собой 30-см железобетонную плиту, по которой уложен слой поли- стиреновой изоляции толщиной 10 см с земляной засыпкой толщиной 50 см. Изоляция также уложена па верхней части стены до глубины 2,15 м от поверхности земли.
В варианте Б представлены четыре типа домов с различными остеклением и толщиной изоляции. Два первых типа (варианты Б-1 и Б-2) имеют такое же решение остекления, как и заглубленное здание (площадь остекления составляет 35% поверхности южной стены). Таким образом, эти здания можно непосредственно сравнивать с заглубленным зданием, без корректировки солнечной радиации. Вариант Б-1 представляет собой здание с обычной изоляцией (тип X, прил. 2). В двух других типах (варианты Б-3 и Б-4) все четыре стены здания имеют окна —наиболее распространенный случай. Площадь остекления такая же, однако распределяется она следующим образом： 15% на южной стене, 10% на восточной и западной и 5% на северной. Размеры окон и степень затененности их приведены в прил. 2. В варианте Б-3 изоляция обычная, а в варианте Б-4 улучшенная.
При анализе данных, приведенных в примерах Л и становится очевидным, что потери энергии за счет теплопередачи у заглубленного здания значительно меньше, чем у любого наземного. Если здание хорошо герметизировано и, следовательно, неконтролируемая инфильтрация исключена, то энергия для вентиляции и восполнения потерь тепла создает некоторый излишек тепла (313 кВт-ч) в примере Л в зимнее время. Это означает, что количество тепла, получаемое зданием за счет солнечной энергии и вну-
трепних источников тепла, превышает теплопотери через ограждающие конструкции. За те же семь зимних месяцев , все здания из примера Б име-] ли дефицит энергии, который колебался от 5830 до 9341 кВт-ч. Эти цифры харак- | теризуют количество тепла, j которое необходимо для под-.； держания температуры возду- * ха в здании на уровне 20 ℃.
Летом земля охлаждает заглубленное здание, хотя и несколько меньше, чем зимой. Если температура воздуха в заглубленном здании может быть поднята до 25,6 ℃ летом, то масса окружающего грунта будет отбирать 969 кВт-ч энергии. В эти же три летние месяца наземное здание будет обогреваться за счет солнца и наружного воздуха, что обеспечит теплопоступление в размере от 2519 до 3658 кВт-ч для наземных зданий дополнитель- * но к внутренним теплопоступ- лениям. Анализируя количество теплопоступлений в летнее время, можно сделать вывод,
рнс< з.19. Вариант В частично заглублеи- ' iloro здания площадью 140 м2
Зима (кВт • ч)
(кВт* ч)
Теплопередача Вентиляция Внутренние тепло- поступления Чистая энергия
—4244 — 1544 +5900
+ 112
+626 + 1700 +2326
что нагрузки на охлаждение у наземных зданий в 6—8 раз выше, чем у заглубленных.
Рассмотрим еще одно одноэтажное здание — частично заглубленное (пример В). Так же как и в примере Л, три стены, кроме южной, имеют земляную засыпку, площадь окон составляет 35% поверхности южной стены. Единственное отличие состоит в том, что в примере В отсутствует засыпка крыши. Очевидно, что такой вариант в меньшей степени отвечает условиям эксплуатации здания в зимнее время. Вместе с тем дополнительные теплопоступления летом (2326 кВт-ч) вызывают значительный нагрев крыши. Хотя этот вариант менее прак- тниен, чем полностью заглубленное здание (летние теплопоступления составляют 731 кВт-ч), однако и здесь теплопоступления почти в 2 ра- за меньше, чем у наземного 3Дания.
Полностью заглубленное
Зима (кВт • ч)
Лето
(кВт* ч)
Теплопередача
—5159
—2734
Вентиляция
— 1544
—
Внутренние тепло-
+5900
+1700
поступления
Чистая энергия
-803
— 1034
Рис. 3.21. Вариант Д полностью заглубленного двухэтажного здания площадью 280 м2
(кВт • ч)
(кВт • ч)
Теплопередача
-3884
—634
Вентиляция
—3087
Внутренние тепло-
+6600
+ 1800
.поступления Чистая энергия
—371
4-1166
здание без оконных проемов (вариант непригодный для жилья) показано на примере Г. Он приведен только для иллюстрации характеристики полностью заглубленного пространства. В этом случае потери за счет теплопередачи в зимнее время существенно выше, чем в примере А, где имеется открытая южная стена.
Даже при условии, если потери тепла через южную стену в примере % больше, чем в примере Г, теплопоступление вследствие солнечной радиации через окна (которые тоже включены в расчет величины теплопередачи) больше, чем потери. Расходование энергии в летнее время эффективнее, чем во всех предыдущих примерах.
Пример Д показывает, что возможно увеличение площади здания в 2 раза без увеличения потребления энергии за счет уменьшения потерь тепла зимой и лучшего естественного охлаждения летом. Это объясняется двумя основными факторами.
Во-первых, двухэтажная планировка (пример Д) более компактна, чем одноэтажная (пример Л). В самом деле, хотя здание в примере Д имеет площадь в 2 раза большую, чем здание в примере Л, однако общая площадь его поверхности больше только на 30% (520 м2 против 400 м2). Так как количество потерь тепла является функцией площади, через которую происходит теплопередача, то очевидно, что более компактное здание имеет преимущества перед менее компактным.
Во-вторых, более заглубленный первый этаж здания в примере Д лучше изолирован от изменений температуры наружного воздуха. Таким образом, несмотря на то, что нагрузки на вентиляцию и отопление здания выше, его потребность в тепле зимой невелика и составляет 371 кВт-ч, теплопоступления летом также
незначительны и составляют ■ 1166 кВт-ч. Как и в примере V Д, площадь остекления состав- Я ляет 35% поверхности южной Я стены каждого этажа.Я
В условиях северного кли- Я мата часто применяют двух- Я этажную планировку обычно-в го наземного здания с цоколь-Я ным этажом, через которыйЯ осуществляется вход в поме-， щен не. Два варианта такого® типа здания, представленными на рис. 3.22, иллюстрируют ха*Я рактеристики здания со стан-用 дартной (£——1) и улучшен- § ной (£ — 2) изоляцией. Их |! конструкция соответствует ти- 1 пам X и К, описываемым в J прил. 2. В обоих случаях пло- 1 щадь окон составляет 35% по- 0 верхности южной стены, а три ； остальные стены без окон., Анализ приведенных данных j показывает, что хотя на ниж- j нем этаже здания значительно j улучшаются тепловые харак- j теристики, те же характери-冃 стики верхней части здания j настолько ухудшают общие - показатели, что сравнение 乎 с примером Е явно в пользу j： последнего.签
Важной характеристикой \ энергетической эффективности 二 домов является скорость понижения температуры воздуха в помещении при наруше- | нии энергоснабжения. Этот ； показатель имеет особое зна- ! чение для Миннесоты, где из-: за снежных буранов возможны перебои в энергоснабжении, а суровые зимние условия могут привести к резкому падению температуры в здании.
Принимая максимальную величину потерь тепла для примера 4, которая возможна
Рис. 3.22. Вариант Е наземного зда- нНЯ с цокольным этажом площадью 280 м2
ЕЛ
Зима (кВт-ч)
(кВт-ч)
Теплопередача
—9876
+3358
Вентиляция
—3087
-—
Внутренние тепло-
+66С0
+ 1800
поступления
Чистая энергия
—6363
+5138
в январе, и исключая различные теплопоступления, например от людей или печей, можно установить, что скорость падения температуры воздуха в заглубленном помещении составит 1 ℃ в сутки. Таким образом, обеспечивается не только большая степень безопасности, но эти безопасные условия поддерживаются в течение нескольких суток до того, как здание станет непригодным для проживания в нем. Сделанные выводы совпадают с результатами длительной эксплуатации заглубленных зданий (см. Дэвид-Хаус, часть Б).
3・3.2・ Ориентация. В рассмотренных выше случаях по- тери и поступления энергии вследствие ■ теплопередачи включают поступления тепла От солнечной радиации. Так как во всех вариантах окна Зданий выходят на юг, то большую часть энергии здание получает в результате накоп-
£2
Зима (кВт-ч)
Лето (кВт-ч)
Теплопередача
—7136
+2872
Вентиляция
—3087
—
Внутренние тепло-
+6600
+ 1800
поступления
Чистая энергия
—3623
+4672
ления пассивной солнечной энергии. Для иллюстрации влияния ориентации окон на энергетический баланс приведем пример заглубленного здания (пример А) с окнами, ориентированными на три разные стороны. Во всех случаях площадь остекления составляет 35% площади стены.
В примере Л-3 (см. рис. 3.23), где окна ориентированы на запад или восток, потери вследствие теплопередачи зимой намного больше (7135 кВт-ч), чем в примереЛ (4043 кВт-ч). Кроме того, при ориентации окон на восток-запад потери за счет теплопередачи летом значительно уменьшаются с 969 кВт-ч до 243 кВт-ч. Охлаждающий эффект земли, окружающей стены, снижается из-за большого количества солнечной радиации, получаемой восточной и западной стенами здания. Летом большое количество солнечной радиации не достигает южной стены, так как при высоком стоянии солнца эта стена затенена. Правильное затенение восточной и западной стен может уменьшить тепло- поступления.
При ориентации окон на север (пример А-А)г значительно увеличиваются потери тепла за счет теплопередачи
A-8A-8Рис. 3.23. Потери за счет теплопередачи:Рис. 3.23. Потери за счет теплопередачи:10% окон на восточной (западнойстороне)10% окон на восточной (западнойстороне)I/I/^^Д — зимой 4043 кВт • ч, летом 969 кВт • ч; Д-З — зимой 7135 кВт • ч； летом 243 кВт • ч; А-4 一 зимой 10 107 кВт • ч. летом 1105 кВт • ч; Д — зимой 4043 кВт • ч. летом 969 кВт • ч； А-3 — зимоп 4094 кВт • ч, летом 821 кВт • ч; Л-5 — зимой 4479 кВт • ч, летом 824 кВт • ч; А-6 — зимой 4916 кВт • ч, летом 680 кВт • ч； Л-7 — зимой 4209 кВт • ч, летом 726 кВт • ч; Д-8 — зимой 4375 кВт • ч, летом 523 кВт • чД — зимой 4043 кВт • ч, летом 969 кВт • ч; Д-З — зимой 7135 кВт • ч； летом 243 кВт • ч; А-4 一 зимой 10 107 кВт • ч. летом 1105 кВт • ч; Д — зимой 4043 кВт • ч. летом 969 кВт • ч； А-3 — зимоп 4094 кВт • ч, летом 821 кВт • ч; Л-5 — зимой 4479 кВт • ч, летом 824 кВт • ч; А-6 — зимой 4916 кВт • ч, летом 680 кВт • ч； Л-7 — зимой 4209 кВт • ч, летом 726 кВт • ч; Д-8 — зимой 4375 кВт • ч, летом 523 кВт • ч(10107 кВт-ч) по сравнению с потерями при южной ориентации окон в примере Л (4043 кВт-ч). Так как с севера солнечная радиация не поступает, окна становятся причиной дополнительных потерь энергии в зимнее время. В то же время отсутствие солнечной радиации увеличивает охлаждающий эффект в летнее время с 969 до 1105 кВт-ч. Безусловно, три рассмотренных случая представляют экстремальные условия. Ориентация, промежуточная между
A-8
A-8
Рис. 3.23. Потери за счет теплопередачи:
Рис. 3.23. Потери за счет теплопередачи:
10% окон на восточной (западной
стороне)
10% окон на восточной (западной
стороне)
I/
I/
^
^
Д — зимой 4043 кВт • ч, летом 969 кВт • ч; Д-З — зимой 7135 кВт • ч； летом 243 кВт • ч; А-4 一 зимой 10 107 кВт • ч. летом 1105 кВт • ч; Д — зимой 4043 кВт • ч. летом 969 кВт • ч； А-3 — зимоп 4094 кВт • ч, летом 821 кВт • ч; Л-5 — зимой 4479 кВт • ч, летом 824 кВт • ч; А-6 — зимой 4916 кВт • ч, летом 680 кВт • ч； Л-7 — зимой 4209 кВт • ч, летом 726 кВт • ч; Д-8 — зимой 4375 кВт • ч, летом 523 кВт • ч
Д — зимой 4043 кВт • ч, летом 969 кВт • ч; Д-З — зимой 7135 кВт • ч； летом 243 кВт • ч; А-4 一 зимой 10 107 кВт • ч. летом 1105 кВт • ч; Д — зимой 4043 кВт • ч. летом 969 кВт • ч； А-3 — зимоп 4094 кВт • ч, летом 821 кВт • ч; Л-5 — зимой 4479 кВт • ч, летом 824 кВт • ч; А-6 — зимой 4916 кВт • ч, летом 680 кВт • ч； Л-7 — зимой 4209 кВт • ч, летом 726 кВт • ч; Д-8 — зимой 4375 кВт • ч, летом 523 кВт • ч
этими тремя, характеризуется более умеренными данными.
Размеры здания. Выбор размеров здания зависит от возможности устройства необходимого числа оконных проемов, расположенных по одной стене; конфигурация его может быть иная, чем приведенная выше (10义14 м): более длинная и узкая. Для примера рассмотрим здание другой конфигурации (4-2) с той же площадью 140 м2, но с южной и северной стенами длиной 17,6 м, а восточной и западной
длиной 7,9 м. В результате такого изменения планировки потери тепла зимой увеличились на 51 кВт-ч, а теплоотдача летом уменьшилась на 147 кВт-ч. Такие размеры, однако, еще приемлемы для заглубленного здания, если его сравнивать с наземным. Оба эти здания (Л и Л-2) имеют сравнительно простую конфигурацию, оказывающую не слишком большое влияние на энергетическую эффективность. При более сложной конфигурации увеличиваются поверхность ограждающих конструкций и, следовательно, теплопотери.
Окна. В приведенном выше анализе рассматривалась только южная ориентация окон, при которой увеличивается поступление пассивной солнечной энергии и достигается максимальная эффективность здания, у которого три стены находятся в толще земли. Поскольку такая простая планировка не всегда может быть применима, весьма важно проанализировать влияние дополнительных оконных проемов. Сравнивались здания, приведенные в предыдущем примере Л и четыре Другие с различным расположением окон.
О влиянии окон уже упоминалось при сравнении заглубленного здания с возвышающимся двухэтажным. Площадь остекления сказывайся не только на уменьшении изоляции здания за счет уменьшения объема земляной засып- R но и на увеличении откры- т°访 поверхности здания, под- Верженной влиянию внешних
погодных условий. Таким образом, возможно весьма значительное уменьшение эффективности земляной засыпки. Последние цифры не включались в приведенный анализ, поэтому рассмотрим их теперь.
Как показано в примере Л-5, устройство оконного проема, площадь которого составляет 5% поверхности северной стены, увеличивает теплопотери здания на 436 кВт-ч или на 10% общей величины теплопо- терь. Кроме того, охлаждающий эффект стены летом уменьшается на 15% или 145 кВт-ч. Увеличение площади оконного проема в северной стене до 10% ведет к дальнейшему росту теплопотерь, со- ставляюпхему значительную долю от потерь вследствие теплопередачи.
Влияние оконных проемов при западной и восточной ориентации стен носит совершенно иной характер, чем при северной, из-за прямого поступления солнечной радиации в здание. Дополнительные потери тепла через эти окна, как это показано в примерах А-7 и Л-8, меньше, чем их влияние на теплопередачу в летнее время. При площади окна 5% (вариант 47) охлаждающий эффект стены уменьшается на 23%, между тем при площади окна 10% (вариант 48)—на 45% или 446 кВт-ч. Безусловно, эти цифры могут быть уменьшены при правильном затенении окон.
Если необходимо обеспечить дополнительное освещение или обзор не только с южной стороны здания, это следует сделать весьма тщатель-
но и продуманно. В качестве альтернативы могут быть применены световые фонари. Однако в случае их неправильного решения потери энергии могут быть еще больше. Окна,
ориентированные на север, восток и запад, обычно приводят к большим потерям энергии, но в то же время они улучшают комфортные условия помещения.
Глава 4
СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Максимальные выгоды ог заглубленного здания можно получить только в том случае, когда оно правильно расположено и спланировано. Этот аспект проектирования обычных наземных зданий настолько хорошо изучен, что он не требует к себе особого внимания. Наземная часть обычного здания не несет значительных нагрузок, а влияние дополнительных нагрузок (таких как снеговая или ветровая), которые воздействуют на грунт, не имеет слишком большого значения для проектирования. Конструкции обычного здания могут быть легко усилены, если это требуется в соответствии с хорошо известными нормами, путем устройства двойных ригелей или усиления крепежных элементов (например, вокруг оконных или каких-либо других проемов). Для наземного дома глубина заложения фундаментов обычно не превышает 1,5—2 м. При такой глубине можно применять монолитный бетон, бетонные блоки или обработанное дерево. Поскольку глубина заложения (а следовательно, и давление грунта) невелика, поэтому для обычного здания не требуется особенно тщательно
анализировать характеристик кн грунта и давление от него на конструкции.
В свою очередь, заглубленное здание имеет большую глубину заложения, а нагрузки на крышу весьма значительны (приблизительно 156,8 Н на каждый метр глубины заложения крыши), поэтому конструкции должны быть выполнены с расчетом на восприятие этих нагрузок. В некоторых случаях, например, при использовании арочных конструкций, конструктивное решение будет определять планировку помещений. Применение обычных конструкций создает возможность более свободного выбора планировки, однако в этом случае необходимо учитывать условия работы конструкцн访， ибо это существенно отражается на их стоимости. Из-за больших нагрузок на здание решение различных проемов должно выполняться особенно тщательно.
В данном разделе неинже- нер не получит сведений о правильном выборе размеров и конструкций заглубленного здания. Большинство вариантов нагрузок и соответствующих решений конструктивных элементов, воспринимающих эти нагрузки, недоступно для
дилетанта. Применяемые стандартные решения некоторые элементов здания, рассчитанные для различной степени заглубления и различных нагрузок, учитывают худшие условия их работы. При лучших условиях работы, которые чаще встречаются на практике, параметры должны быть пересчитаны в соответствии с реальными условиями. Это не имеет значения для конструкций с малыми нагрузками (т. е. для фундаментов обычного здания), но когда нагрузки возрастают и требуется увеличить несущую способность конструкций, то в этом случае можно сэкономить определенное количество средств за счет тщательного проектирования конструкций.
Мы рекомендуем обращаться к инженерам высокой квалификации, чтобы рассчитать или проверить конструкции заглубленного здания. В некоторых случаях это делается независимо от желания будущего владельца. Например, если проектирование поручается архитектору, то он обязатель- но привлечет инженера для оказания помощи в этой области. В случае применения сбор- Hbix конструкций также принимают участие опытные инженеры, которые входят в ттат предприятия, изготовля- ющего конструкции, и кото- РЬ1е проверяют условия их ра- 60 Tbi. Солидные подрядчики имеют в своем штате инжене- ра，который может быть привлечен для проверки условий Работы и решения конструк- тивных элементов. Такой индивидуальный подход к проек
тирований заглубленных зданий может быть исключен со временем, когда будет накоплен достаточный опыт строительства их в данном районе и, особенно, если это будет делать одна фирма.
Не следует полагать, что для заглубленных зданий характерно наличие проблем, связанных только с решением конструктивных элементов. На самом деле есть и ряд преимуществ, обусловленных особенностями этого типа зданий:
здания сооружаются из достаточно массивных и однородных материалов, которые обеспечивают длительный срок их службы;
заглубленное здание в меньшей степени подвержено влиянию колебаний температуры наружного воздуха, чем наземное. В условиях Миннесо- тн, например, температура крыши обычного здания может изменяться от —18℃ зи- мон до +60 ℃ летом. Температура крыши заглубленного здания, особенно если она изолирована (как это было опи- сан° выше), колеблется лишь 5—Ю℃; +12,2℃;
рассмотренные преимущества заглубленных зданий обусловливают меньшие требования к эксплуатации конструкций;
заглубленные здания решены в железобетоне, что- обусловливает их высокую огнестойкость. В случае возникновения пожара ущерб будет меньше, так как опасности воспламенения подвержены только сгораемые предметы, находящиеся внутри помещения;
Типы грунтовОписаниеГрубозернистые (более 50% отсева крупнее сита № 200)Гравий (гравелистые грунты более 50% грубой фракции остается на сите № 4)Гравий (небольшое количество или отсутствие тонкой фракции)Хорошо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийПлохо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийГравий с мелкими включениями (приемлемое количество)Заиленный гравий, гравийно-песчано-илистая смесьГлинистый гравий, гравийно-песчано-глинистая смесьПесок (небольшое количеств во или отсутствие мелких фракций)Хорошо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийПлохо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийПесок (приемлемое КОЛИЧв' ство мелких фракций)Заиленные пески, песчаноилистая смесьГлинистые пески, песчаноилистая смесьИлы и глиныСодержание влаги меиее 50%Неорганические илы и очень мелкозернистые пески, мелкие камни, илистые и глинистые мелкие пески или глинистые илы слегка пластичныеНеорганические глины ма， лой или средней пластичности, гравелистые глины, опесчаненные глины, илистые глины, тошие глиныОрганические илы и органические заиленные глины с малой пластичностьюТипы грунтовОписаниеГрубозернистые (более 50% отсева крупнее сита № 200)Гравий (гравелистые грунты более 50% грубой фракции остается на сите № 4)Гравий (небольшое количество или отсутствие тонкой фракции)Хорошо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийПлохо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийГравий с мелкими включениями (приемлемое количество)Заиленный гравий, гравийно-песчано-илистая смесьГлинистый гравий, гравийно-песчано-глинистая смесьПесок (небольшое количеств во или отсутствие мелких фракций)Хорошо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийПлохо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракцийПесок (приемлемое КОЛИЧв' ство мелких фракций)Заиленные пески, песчаноилистая смесьГлинистые пески, песчаноилистая смесьИлы и глиныСодержание влаги меиее 50%Неорганические илы и очень мелкозернистые пески, мелкие камни, илистые и глинистые мелкие пески или глинистые илы слегка пластичныеНеорганические глины ма， лой или средней пластичности, гравелистые глины, опесчаненные глины, илистые глины, тошие глиныОрганические илы и органические заиленные глины с малой пластичностьюТа б лица 4Л. Классификация грунтовТа б лица 4Л. Классификация грунтов
Типы грунтов
Описание
Грубозернистые (более 50% отсева крупнее сита № 200)
Гравий (гравелистые грунты более 50% грубой фракции остается на сите № 4)
Гравий (небольшое количество или отсутствие тонкой фракции)
Хорошо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Плохо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Гравий с мелкими включениями (приемлемое количество)
Заиленный гравий, гравийно-песчано-илистая смесь
Глинистый гравий, гравийно-песчано-глинистая смесь
Песок (небольшое количеств во или отсутствие мелких фракций)
Хорошо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Плохо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Песок (приемлемое КОЛИЧв' ство мелких фракций)
Заиленные пески, песчаноилистая смесь
Глинистые пески, песчаноилистая смесь
Илы и глины
Содержание влаги меиее 50%
Неорганические илы и очень мелкозернистые пески, мелкие камни, илистые и глинистые мелкие пески или глинистые илы слегка пластичные
Неорганические глины ма， лой или средней пластичности, гравелистые глины, опесчаненные глины, илистые глины, тошие глины
Органические илы и органические заиленные глины с малой пластичностью
Типы грунтов
Описание
Грубозернистые (более 50% отсева крупнее сита № 200)
Гравий (гравелистые грунты более 50% грубой фракции остается на сите № 4)
Гравий (небольшое количество или отсутствие тонкой фракции)
Хорошо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Плохо классифицированный гравий, гравийно-песчаная смесь, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Гравий с мелкими включениями (приемлемое количество)
Заиленный гравий, гравийно-песчано-илистая смесь
Глинистый гравий, гравийно-песчано-глинистая смесь
Песок (небольшое количеств во или отсутствие мелких фракций)
Хорошо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Плохо классифицированные пески, гравелистые пески, небольшое количество или отсутствие мелких фракций
Песок (приемлемое КОЛИЧв' ство мелких фракций)
Заиленные пески, песчаноилистая смесь
Глинистые пески, песчаноилистая смесь
Илы и глины
Содержание влаги меиее 50%
Неорганические илы и очень мелкозернистые пески, мелкие камни, илистые и глинистые мелкие пески или глинистые илы слегка пластичные
Неорганические глины ма， лой или средней пластичности, гравелистые глины, опесчаненные глины, илистые глины, тошие глины
Органические илы и органические заиленные глины с малой пластичностью
Та б лица 4Л. Классификация грунтов
Та б лица 4Л. Классификация грунтов
могут применяться более простые планировочные и конструктивные решения здания (что уменьшает его стоимость), так как внешний вид (весьма дорогостоящий элемент) в данном случае не имеет значения. Для заглубленного здания, по сравнению с обычным, эстетическая сторона принятого решения больше зависит от рельефа и сочетания заглубленного здания с окружающей средой.
Рассмотрим основные параметры, влияющие на конструктивное решение заглубленного здания, в таком аспекте, чтобы избежать планировочных решений, приводящих к появлению дорогостоящих конструкций.
Стоимость разработки конструктивной части проекта будет сведена к минимуму, если уже в начальной стадии, до передачи проекта конструктору, будет выбрана оптимальная планировка. В этом случае необходимо только рассчитать основные конструктивные элементы, решить отдельные узлы и детали, составить спецификации и т. д. Если здание спланировано плохо, то может потребоваться неоднократное перепроектирование элементов конструкций прежде, чем будет найдено приемлемое компромиссное решение.
ГРУНТЫ
. Классификация грунтов. Тип грунта, в котором будет отрыт котлован под заглубленное здание, может оказать то или иное влияние на выбор проектного решения. Все грунты имеют ннженерно-
геологическую классификацию, приводимую ниже. В инженерно-геологическую характеристику грунтов входят их описание, а также дополнительные сведения об их плотности (или пластичности для глин). Несущую способность грунтов и допустимые нагрузки для небольших сооружений типа жилых зданий обычно определяют простыми методами. Например, пенетрацию грунта определяют путем погружения в него пробника и замером усилия или количества ударов, необходимых для погружения пробника на заданную глубину.
Скальные грунты имеют иную классификацию, поскольку они обладают высокой прочностью и способ рытья котлована в них зависит от прочности породы.
・ Влияние типа грунтов на решение конструктивных элементов
Крыша. Большинство грунтов имеют близкие значения плотности, поэтому некоторые отклонения здесь не оказывают существенного воздействия на проектные решения. Наиболее точная информация о плотности грунтов должна быть получена, конечно, на стадии разработки рабочих чертежей конструкций. Плотность грунта обычно не имеет значения для проектирования крыши： исключение составляют пространственные крыши, глубина грунта над которыми может достигать двойной величины от верхней до нижней точки (нежелательный вариант) .
Грунт на поверхности кры-
Типы грунтовОписаниеБолее 50% отсева мельче сита № 200Илы и глиныСодержание влаги более 50%Неорганические илы, слюдистые или диатомовые мелкозернистые пески или илистые грунтыНеорганические высокопластичные глины, жирные глиныОрганические глины средней или высокой пластиЧ' ности, органические илыОрганические грунтыТорфы, гумусы, болотистыеТипы грунтовОписаниеБолее 50% отсева мельче сита № 200Илы и глиныСодержание влаги более 50%Неорганические илы, слюдистые или диатомовые мелкозернистые пески или илистые грунтыНеорганические высокопластичные глины, жирные глиныОрганические глины средней или высокой пластиЧ' ности, органические илыОрганические грунтыТорфы, гумусы, болотистыеПродолжение табл. 4.1Продолжение табл. 4.1грунты с высоким содержанием органикигрунты с высоким содержанием органикираспределенную,распределенную,постояннопостоянноПодверженностьПодверженностьличества.личества.экономичноэкономичноотвозить естестотвозить естестРис. 4.1. Отпор грунтаРис. 4.1. Отпор грунта
Типы грунтов
Описание
Более 50% отсева мельче сита № 200
Илы и глины
Содержание влаги более 50%
Неорганические илы, слюдистые или диатомовые мелкозернистые пески или илистые грунты
Неорганические высокопластичные глины, жирные глины
Органические глины средней или высокой пластиЧ' ности, органические илы
Органические грунты
Торфы, гумусы, болотистые
Типы грунтов
Описание
Более 50% отсева мельче сита № 200
Илы и глины
Содержание влаги более 50%
Неорганические илы, слюдистые или диатомовые мелкозернистые пески или илистые грунты
Неорганические высокопластичные глины, жирные глины
Органические глины средней или высокой пластиЧ' ности, органические илы
Органические грунты
Торфы, гумусы, болотистые
Продолжение табл. 4.1
Продолжение табл. 4.1
грунты с высоким содержанием органики
грунты с высоким содержанием органики
распределенную,
распределенную,
постоянно
постоянно
Подверженность
Подверженность
личества.
личества.
экономично
экономично
отвозить естест
отвозить естест
Рис. 4.1. Отпор грунта
Рис. 4.1. Отпор грунта
ши обычно представляет собой
действующую нагрузку, которая зависит только от его ко-
грунта пучению и способность удерживать растительность —— наиболее существенные характеристики. Пылеватые грунты, особенно илы, наиболее подвержены пучению. При небольшом заглублении крыши для ее засыпки требуется немного земли и поэтому можно просто заменить грунт в случае, если он непригоден.
Стены. Давление, оказываемое на стены различными грунтами, неодинаково. Большинство грунтов может быть использовано для засыпки стен, что весьма важно, поскольку желательно использовать максимальное количество местного материала для обратной засыпки и формирования ландшафта. Кроме того, не
венный грунт, а затем заменять его привозным. В то же : время с точки зрения устройства дренажа и отвода грунто-， вых вод необходимо засыпку слоев, примыкающих непо средственно к степе, произво- ± дить песком или гравием, чтобы создать дренирующий слой, который обеспечил бы отвод воды к дренам, уложенным в основании здания. Основной тип грунта, которого следует избегать ——это пучинистые гли-； ны. При увлажнении в них . начинается процесс пучения, в результате чего возникают дополнительные усилия, для устранения которых потребуются большие дополнительные затраты. Пластичные глины также осложняют производство земляных и монтажных работ из-за опасности обрушения откосов.
Фундаменты. При проектировании фундамента основным параметром является несущая
способность грунта. Нагрузка на фундамент заглубленного здания значительно выше, чем у обычного, так как он воспринимает не только нагрузку от конструкций, но и от земляной засыпки. Поэтому необходимо точно определять несущую способность грунта (общие строительные нормы уделяют этому вопросу недостаточно внимания). Не рекомендуется применять в качестве основания слишком мягкие и рыхлые грунты. Особое внимание следует обращать на культурный слой, потому что он может иметь самые неожиданные характеристики, в результате чего возможно возникновение различных трудностей в проектировании. Достаточно уплотненный культурный слой, однако, может служить хорошим основанием.
Пол. При обычных условиях проектирование пола не встречает никаких осложнений. Проблемы возникают в следующих случаях:
если не решен отвод высокостоящих грунтовых вод и они создают давление на пол;
подстилающий слой сложен из пучинистых глин;
глубокий котлован отрыт в мягких глинах. И если здание построено на склоне, то верхняя часть склона может выдавливать грунт под полом сооружения, как это показано на рис. 4.1.
Пригодность различных грунтов. Строго говоря, большинство грунтов не соответствует приводимой ниже классификации, так как нет сведений о конкретных грун* тах.
Выбор участка. Для определения пригодности участка должна быть получена исчерпывающая точная информация от компетентного архитектора или инженера, знакомого с местными условиями, либо от 'еологической фирмы, которая исследует физические свойства грунтов.
При проведении геологических исследований необходимо выполнение ряда условий.
'1. Следует пройти хотя бы одну скважину на глубину до 30—60 см ниже предполагаемой кровли подстилающих пород или пока не станет очевидно, что это коренные породы или что, исходя из местных условий, дальнейшее изучение не требуется. Бурение должно производиться желонкой согласно нормам ASTMD 1586.
Образцы следует отбирать систематически по ходу бурения и укладывать их в контейнеры, сохраняющие естественное состояние грунта.
Необходимо фиксировать глубину появления грунтовых вод, хотя это трудно сделать из-за закачки в скважину бурильного раствора.
Если грунтовые воды залегают близко к подошве фундаментов устанавливают пер-
КатегорияТипСвойстваПригодностьНесвязныеГравий ПескиОчень рыхлыеРыхлыеВысокая дренирующая сись собность, однако может возникнуть необходимость уплотнения для обеспечения несущей способностиСредние плотныеПлотные Очень плотныеОтличная и высокая дрени- рующая способность, высокая несущая способность, низкие осадочные деформацииИлистые пески Глинистые пескиНесущая способность зависит от преобладания связных или несвязных компонентов. Обычно бывают пригодны для строительства, если в составе не преобладают рыхлые нли мягкие фракцииСвязныеИлыГлиныОчень мягкиеМягкиеТребуют тщательного анализаСреднеплотныеПлотныеОчень плотныеТвердыеНе вызывают проблем при строительстве. Для устройства дренажа необходимо замещение фильтрующим грунтом. Строительство септиков проблематичноПучинистыеНепригодныГрунты с высоким содержанием органических веществТорф Гумус Болотистые грунтыТребуется замещение грунта или применение Специальных фундаментовКатегорияТипСвойстваПригодностьНесвязныеГравий ПескиОчень рыхлыеРыхлыеВысокая дренирующая сись собность, однако может возникнуть необходимость уплотнения для обеспечения несущей способностиСредние плотныеПлотные Очень плотныеОтличная и высокая дрени- рующая способность, высокая несущая способность, низкие осадочные деформацииИлистые пески Глинистые пескиНесущая способность зависит от преобладания связных или несвязных компонентов. Обычно бывают пригодны для строительства, если в составе не преобладают рыхлые нли мягкие фракцииСвязныеИлыГлиныОчень мягкиеМягкиеТребуют тщательного анализаСреднеплотныеПлотныеОчень плотныеТвердыеНе вызывают проблем при строительстве. Для устройства дренажа необходимо замещение фильтрующим грунтом. Строительство септиков проблематичноПучинистыеНепригодныГрунты с высоким содержанием органических веществТорф Гумус Болотистые грунтыТребуется замещение грунта или применение Специальных фундаментовТаблица 4.2. Характеристика пригодности грунтовТаблица 4.2. Характеристика пригодности грунтовфорированные трубы для изучения динамического уровня.
Категория
Тип
Свойства
Пригодность
Несвязные
Гравий Пески
Очень рыхлые
Рыхлые
Высокая дренирующая сись собность, однако может возникнуть необходимость уплотнения для обеспечения несущей способности
Средние плотные
Плотные Очень плотные
Отличная и высокая дрени- рующая способность, высокая несущая способность, низкие осадочные деформации
Илистые пески Глинистые пески
Несущая способность зависит от преобладания связных или несвязных компонентов. Обычно бывают пригодны для строительства, если в составе не преобладают рыхлые нли мягкие фракции
Связные
Илы
Глины
Очень мягкие
Мягкие
Требуют тщательного анализа
Среднеплотные
Плотные
Очень плотные
Твердые
Не вызывают проблем при строительстве. Для устройства дренажа необходимо замещение фильтрующим грунтом. Строительство септиков проблематично
Пучинистые
Непригодны
Грунты с высоким содержанием органических веществ
Торф Гумус Болотистые грунты
Требуется замещение грунта или применение Специальных фундаментов
Категория
Тип
Свойства
Пригодность
Несвязные
Гравий Пески
Очень рыхлые
Рыхлые
Высокая дренирующая сись собность, однако может возникнуть необходимость уплотнения для обеспечения несущей способности
Средние плотные
Плотные Очень плотные
Отличная и высокая дрени- рующая способность, высокая несущая способность, низкие осадочные деформации
Илистые пески Глинистые пески
Несущая способность зависит от преобладания связных или несвязных компонентов. Обычно бывают пригодны для строительства, если в составе не преобладают рыхлые нли мягкие фракции
Связные
Илы
Глины
Очень мягкие
Мягкие
Требуют тщательного анализа
Среднеплотные
Плотные
Очень плотные
Твердые
Не вызывают проблем при строительстве. Для устройства дренажа необходимо замещение фильтрующим грунтом. Строительство септиков проблематично
Пучинистые
Непригодны
Грунты с высоким содержанием органических веществ
Торф Гумус Болотистые грунты
Требуется замещение грунта или применение Специальных фундаментов
Таблица 4.2. Характеристика пригодности грунтов
Таблица 4.2. Характеристика пригодности грунтов
Фирма, проводящая исследования или консультирующая фирма, обязана дать информацию о пригодности грунтов в качестве основания под сооружение. Они также должны дать рекомендации.
Исследования не должны быть дорогостоящими. Их
следует проводить точно в границах участка с целью получения предварительной информации. Расположение, глубина скважин и глубина проведения пенетрационных испытаний зависят от объема этой информации.
При необходимости устройства септиков должны быть проведены испытания на
фильтрующую способность. Эти исследования можно проводить параллельно с исследованиями механических свойств грунтов. Стоимость изысканий без проверки фильтрующей способности составляет от 250 до 500 долл, а с проверкой фильтрующей способности от 350 до 700 долл.
НА「РУЗКИ И РАБОТАКОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Рассмотрим основные типы нагрузок, которые должны учитываться при проектировании заглубленных зданий, и выявим взаимосвязь между характером нагрузки и элементами конструкции. Первая группа нагрузок подразделяется на три типа: статические, куда входит также вертикальное и горизонтальное давление грунта, динамические и нагрузки, характерные только для заглубленных зданий.
Основные типы нагрузок.
Статические нагрузки характеризуются тем, что они действуют постоянно. К ним относится вес элементов конструкции здания, таких, как ограждающие конструкции, балки, колонны и т. д., а также отделочных материалов, например штукатурки, гидроизоляции и т. д. Когда нагрузки и пролеты конструкций увеличивают, как это часто бывает при проектировании заглубленных зданий, то статические нагрузки имеют преобладающее значение в общей величине нагрузок. Например, для обычного здания снеговая нагрузка . может составлять
1911 Н при собственном весе конструкции 480 Н. Для заглубленного здания нагрузка на крышу может быть 9564,8 Н при собственном весе конструкций более 4900 Н. Кроме нагрузок от элементов конструкций характер статической нагрузки имеет давление грунта.
Вертикальное давление грунта. Большинство заглубленных зданий воспринимают полную нагрузку от земли, которая колеблется от 4802 до 5782 Н (490—590 кге/м2) на каждые 30 см толщины засыпки. Для гибких элементов конструкции возможно уменьшение нагрузки, если грунт образует свод. В некоторых случаях вертикальная нагрузка от грунта может быть больше предельно допустимой. Распределение нагрузок от грунта в зависимости от толщины засыпки показано на рис. 4.2.
Горизонтальные нагрузки. Для расчета бокового давления земли применяют коэффициент К, который определяют для каждого типа грунта опытным путем. Обычно боковое давление составляет 1435 Н на каждые 30 см глубины, но бывает и меньше, если здание имеет искусственную засыпку, или больше, если оно посажено в склоне (рис. 4.3). Так как на давление влияет не только тип грунта, но и посадка здания, полную консультацию можно получить у специалиста в области грунтоведения.
Динамические нагрузки изменяются по величине, точкам приложения или направлению. Они включают в себя нагрузки от снега, ветра, ме-
Вертикальные нагрузкиВертикальные нагрузкиот зеклли возрастаютот зеклли возрастаютРис. 4.2. Вертикальные нагрузкн от землиРис. 4.2. Вертикальные нагрузкн от землиРис. 4.3. Горизонтальное давление грунта: а—боковое давление грунта; 6 — давление уменьшается при устройстве обваловки; б — давление увеличивается с глубиной; г ——давление увеличивается за счет влияния расположенного выше склонаРис. 4.3. Горизонтальное давление грунта: а—боковое давление грунта; 6 — давление уменьшается при устройстве обваловки; б — давление увеличивается с глубиной; г ——давление увеличивается за счет влияния расположенного выше склонабели, людей, автомашин, растений и т. д. Весьма важно различать статические и динамические нагрузки, поскольку расчет ведется иногда по преобладающим нагрузкам, и, кроме того, большинство конструктивных материалов по- разному реагирует на кратковременные и длительные нагрузки. Большинство динамических нагрузок учтено строительными нормами.
Вертикальные нагрузки
Вертикальные нагрузки
от зеклли возрастают
от зеклли возрастают
Рис. 4.2. Вертикальные нагрузкн от земли
Рис. 4.2. Вертикальные нагрузкн от земли
Рис. 4.3. Горизонтальное давление грунта: а—боковое давление грунта; 6 — давление уменьшается при устройстве обваловки; б — давление увеличивается с глубиной; г ——давление увеличивается за счет влияния расположенного выше склона
Рис. 4.3. Горизонтальное давление грунта: а—боковое давление грунта; 6 — давление уменьшается при устройстве обваловки; б — давление увеличивается с глубиной; г ——давление увеличивается за счет влияния расположенного выше склона
Большой интерес представляет характер распределения нагрузок на крышу заглубленного здания. Обычно крышу рассчитывают на нагрузку от пешеходов. Однако в случаях
когда засыпка находится на одном уровне с поверхностью земли, следует принять соответствующие меры, чтобы избежать наезда на крышу автомобилей.
Еще один тип динамической нагрузки, нормируемый строительными нормами, — снеговая нагрузка. Для Миннесоты они устанавливают снеговую нагрузку 1435,7—2391,2 Н для обычных крыш в зависимости от района.
Если крыша расположена ниже какой-либо преграды, то снеговая нагрузка может оказаться больше предусмотренной строительными нормами, что весьма характерно для заглубленных зданий. На такие случаи следует обращать особое внимание.
Наконец, последний тип нагрузки на крышу заглубленного здания — нагрузка от растительности. За исключением деревьев, нагрузка от растительности определяется массой земли, необходимой для развития корневой системы, и массой подстилающего слоя. Вес самих деревьев должен рассматриваться как сосредоточенная нагрузка, а колебания деревьев от ветра — как динамическая.
Нагрузки 8 полостях каменных массивов. Полости в каменных массивах могут быть самонесущими, если их размеры не более пределов, при которых вес материала в них не превышает предела прочности самой породы. Когда удается запроектировать здание с раз~ мерами, не превышающими критические для конкретного случая, то затраты на конст
рукции могут быть весьма низкими, а иногда и совсем исключены. Разработка камня бурением с последующими взрывами либо с использованием мощных проходческих механизмов может быть весьма дорогостоящей, за исключением разработки очень слабых пород. Если над такой слабой породой не расположен пласт более твердой породы, то создать конструкцию, которая могла бы выполнять функции самонесущей, с достаточно большими размерами выработки не представляется возможным. Маловероятно, что можно создать самонесущую каменную конструкцию для жилого дома, так как он располагается достаточно неглубоко и должен иметь ряд проемов в стенах. Наиболее вероятное решение представляет собой открытая выработка в каменной породе, стены которой могут быть самонесущими, во всяком случае, если они не граничат с оползневыми породами. Наличие таких участков необходимо выяснить до или во время разработки выработки.
Нагрузки от грунтовых вод. Грунтовая вода создает дополнительные нагрузки на сооружение. Если грунт не является водонасыщенным, то нагрузка от воды должна учитываться как дополнительная к нагрузке от сухого грунта. В этом случае вода может Увеличить нагрузку на сооружение. Кроме того, она может вызвать пучение глин и некоторых органических грунтов, <то создает сжимающие усилия на конструкции. Когда
Рис. 4.4. Нагрузки в каменных выемках: а — полость в каменном массиве; 6 — открытая выемка в каменном массивеРис. 4.4. Нагрузки в каменных выемках: а — полость в каменном массиве; 6 — открытая выемка в каменном массивеРис. 4.5. Гидростатическое давление воды:Рис. 4.5. Гидростатическое давление воды:/ — выталкивающее давление； 2 — боковое давление; 3 — уровень грунтовых вод/ — выталкивающее давление； 2 — боковое давление; 3 — уровень грунтовых водРис. 4.6. Нагрузки, вызываемые промерзанием грунта:J—глубина промерзания; 2—боковое давлениеРис. 4.6. Нагрузки, вызываемые промерзанием грунта:J—глубина промерзания; 2—боковое давлениегрунт весьма водонасыщен, в первую очередь следует учитывать гидростатическое давление на сооружение; оно составляет более 2940 Н (300 кге/м2) на каждые 30 см глубины.
Рис. 4.4. Нагрузки в каменных выемках: а — полость в каменном массиве; 6 — открытая выемка в каменном массиве
Рис. 4.4. Нагрузки в каменных выемках: а — полость в каменном массиве; 6 — открытая выемка в каменном массиве
Рис. 4.5. Гидростатическое давление воды:
Рис. 4.5. Гидростатическое давление воды:
/ — выталкивающее давление； 2 — боковое давление; 3 — уровень грунтовых вод
/ — выталкивающее давление； 2 — боковое давление; 3 — уровень грунтовых вод
Рис. 4.6. Нагрузки, вызываемые промерзанием грунта:
J—глубина промерзания; 2—боковое давление
Рис. 4.6. Нагрузки, вызываемые промерзанием грунта:
J—глубина промерзания; 2—боковое давление
При водонасыщенных грунтах возможно выпучивание пола. Чаще всего с этим мы сталкиваемся в каменистых породах. Поскольку вода создает дополнительные нагрузки, необходимо устройство хорошей системы дренажа, уложенного ниже здания.
Нагрузки при замерзании. Нагрузки, возникающие при расширении грунта, когда он
Рис. 4.7.
СжатиеРастяжение
今=36便=!》
Момент
Прогиб
Изгиб при сжатии, когда длина элемента значитель но больше е「。толцххнн
办今
Сжатие
замерзает, еще не определены с достаточной точностью, но наибольшее расширение характерно при высоком уровне стояния грунтовых вод и для илистых грунтов. На практике эта проблема может быть решена путем замещения пучи- нистого грунта и устройством дренажа. Парапет на крыше может способствовать замерзанию грунта, поэтому такого решения следует избегать или же выполнять его очень тщательно.
Типы усилий. В конструкциях под действием нагрузки возникают следующие усилия: центральное сжатие и растяжение, момент и изгиб.
При центральном сжатии 〃 растяжении действующее усилие встречает реакцию, направленную по той же оси. При конкретной длине элемента это наиболее легко определяемое усилие. В случае сжатия в опасном сечении элемент должен усиливаться хомутами, препятствующими его разрушению.
Момент (кручение) возникает в том случае, когда усилие и реакция действуют параллельно. Необходимость определения этого типа усилий в конструкциях заглубленных зданий очевидна.
Изгиб весьма часто вызывает неэффективную работу
конструкций и его необходимо стараться избегать. Момент и изгиб часто возникают одновременно при работе конструкций и преобладание одного из них зависит от направления и величины нагрузки. В коротких и толстых элементах чаще преобладают моменты. Вместе с тем для длинных и тонких конструкций более характерен изгиб, который и должен учитываться при проектировании.
Работа конструктивных элементов. Рассмотрим действие нагрузок в основных конструктивных элементах. Колонны ——прямолинейные элементы, предназначенные для восприятия центрального сжатия. В обычных зданиях они чаще всего вертикальные, а в заглубленных зданиях довольно часто горизонтальные и служат для восприятия бокового давления. Колонны могут быть деревянными, стальными или железобетонными; иногда требуют усиления хомутами во избежание разрушения.
Связи — прямолинейные элементы, предназначенные для восприятия растягивающих усилий. Чаще всего их используют в виде стального элемента прямоугольного или круглого сечения, но они могут быть и деревянными. 《
Балки ——прямолинейные^
элементы, предназначенные для восприятия боковых нагрузок и работающие на изгиб или кручение. В обычных домах преимущественно применяются горизонтальные, однако в заглубленных зданиях могут быть вертикальными для восприятия боковых усилий.
Балки-стенки воспринимают и осевые, и изгибающие усилия (например, стены, засыпанные землей, и полы, сопряженные со стенами). Стены и диафрагма жесткости ——элементы, воспринимающие крутящие усилия. Они должны иметь большую ширину для восприятия нагрузок, иначе будут работать как балки.
Плиты — тонкие плоские элементы, несущие нагрузки, перпендикулярные к их плоскости. Это, по сути дела, двухмерные балки и они могут рассчитываться как двухмерные балки, если величина прогиба не превышает половины их толщины. В случае приложения сил с другими направлениями они работают как диафрагмы. Если плита тонкая, то ее можно усилить, чтобы избежать разрушения.
Арки — элементы, которые воспринимают изгибающие усилия более эффективно, чем
Преимущества
Низкая стоимость
Высокая прочность, огнестойкость Высокая стойкость на нзгнб и сжатие
Достаточная водостойкость при хорошем качестве работ
Достаточно' тяжелые на всплывание и сдвиг при наличии воды н давления грунта
Возможность изготовления конструкций больших размеров и сложной конфигурации
балки. Из-за кривизны их труднее монтировать и эксплуатировать. Большие нагрузки могут концентрироваться в нижних точках и могут потребовать устройства связей, колонн и мощных фундаментов.
Купола ——трехмерный вариант арки, который может воспринимать весьма эффективно осевые и крутящие силы и хуже — изгибающие. Из-за сложной конфигурации их трудно возводить и эксплуатировать.
Фермы ——сложный элемент, представляющий собой балку- колонну со связями, предназначенный для более эффективного восприятия изгибающих усилий, чем балки. Однако они могут иметь большую, чем балки, высоту и занимать больше места, что несколько ограничивает их применение в обычных зданиях.
МАТЕРИАЛЫ
Для строительства заглубленных зданий преимущественно употребляют бетон, сталь, дерево. Рассмотрим их характеристики.
Монолитный бетон используют при сооружении пола в зданиях на склонах, стен при толщине засыпки менее 1,8 м и устройстве подготовки.
Недостатки
Низкая стойкость на растяжение, приводящая к появлению трещин
Необходимость устройства мощных фундаментов для тяжелых конструкций Время твердения может увеличить продолжительность строительства
Трудность производства работ в зимнее время
Гигроскопичность, способная привести к повышенной влажности в помещении
Монолитный железобетон применяют для устройства пола в зданиях на склонах, самонесущего пола и крыш, при возведении стен на любой глубине, для устройства подготовки большой площади, при возведении колонн и балок, арок и пространственных покрытий.
ПреимуществаНедостатки
Достаточная прочность, огнестойкость
Высокая прочность, на сжатие, кручение и изгиб
Хорошая водостойкость ——арматура уменьшает размеры трещин и, следовательно, водопоступление
Хорошая сопротивляемость всплыванию и сдвигу
Возможность укладки на большой площади или на сложном рельефе
Требуются хорошие проектные решения, направленные на повышение прочности Требуются более тщательная подготовка и массивный фундамент
Время твердения может увеличить продолжительность строительства
Затруднено производство работ в зимнее время
Хорошая гигроскопичность может вызвать повышенную влажность в помещении
Сборный и напряженный железобетон применяют для самонесущих полов и покрытий стен, возводимых на любую глубину, колонн и балок, больших сводчатых конструкций.
Преимущества
Достаточная прочность, огнестойкость.
Высокая прочность на сжатие, кручение, изгиб
Высокая водостойкость при хорошей заделке стыков
Удовлетворительная сопротивляемость всплыванию и сдвигу
Возможность организовать экономичное производство, использовать унифицированные элементы
Не требует времени на твердение Возможность монтажа в зимнее время
Быстрота производства работ
Меиьшая влажность в помещении после окончания работ
Отсутствие каверн, лучшая используемость
Недостатки
Необходимость тщательного решения сопряжения элементов
Тяжелый. Требует очень большой подготовки и тяжелых фундаментов
Высокая стоимость транспорта, если база отдалена
Течь в швах
Конфигурация обычно прямоугольная
Длительный срок изготовления конструкций сложной формы
Армированную и простую кирпичную кладку применяют в стенах толщиной 1,8; в стенах прн максимальной высоте второго этажа с армированием а также для внутренних перегородок.
Преимущества
Массивность, огнестойкость Воспринимает умеренные сжимающие, крутящие н изгибающие усилия Умеренно стойка к всплыванию и сдвигу
Индустриальность производства элементов
Может применяться для больших и сложных конструкций
Низкие расходы по доставке
Недостатки
Легко образуются трещины, поэтому водопроницаема
Требует очень большой подготовки и тяжелых фундаментов“
Требует очень хорошей гидроизоляции Время твердения раствора может увеличить продолжительность строительства Трудность производства работ зимой
Требует армирования при использовании для заглубленных зданий
Сталь применяют для изготовления балок н колонн, арматуры, больших арок.
ПреимуществаНедостатки
Очень высокая прочностьНеобходима защита откоррозии
Может приниматьсложные очерта- Необходима защита отогня
нияДорогостояща, кромеприменения в
Очень водостойкаарочных конструкциях
Позволяет производство работ в зимнее время
Дерево применяют для самонесущих полов н покрытия, стен при высоте в один этаж (стоимость резко возрастает с увеличением глубины), внутренних стен, полов в зданиях на склоне.
ПреимуществаНедостатки
Удовлетворительная прочность
Малый вес, несложная подготовка, легкий фундамент
Легкость производства работ Быстрота производства работ Возможность производства работ в зимнее время
Малая стоимость
ОСНОВНЫЕ
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Конструктивные элементы, применяемые для строительства заглубленных жилищ, можно подразделить на две группы. К первой группе относятся наиболее часто употребляемые системы с вертикальными стенами и плоской либо скатной крышей: это обычные железобетонные стены и пустотные плиты покрытий, а также деревянные или стальные каркасы, Ко второй группе относятся железобетонные, стальные арки и купола.
Наружные стены. Существует четыре типа нагрузок, воспринимаемых стенами заглубленного здания. Три из них показаны на рис. 4.8. Стены А и С воспринимают боковые нагрузки и в небольшой степени вертикальные нагрузки, которые главным образом воспринимает крыша, между стенами В и D. Стена В должна вос-
Необходимость усиления при крутящих усилиях
Требует химической обработки для предотвращения разрушения
Требует хорошего дренажа Сгораемость
Из-за малого веса всплывает и легко сдвигается, требует устройства дренажа Необходимость решения проблемы вредного воздействия на людей антисептической пропитки
принимать нагрузки от бокового давления грунта и вертикальную нагрузку от заглубленной крыши. Стена D совсем не воспринимает бокового давления, но воспринимает вертикальные нагрузки от крыши. Четвертый тип нагрузки мог бы возникнуть, если бы крыша имела вылет в противоположном направлении. В этом случае стена D не воспринимала бы никакой нагрузки, за исключением ветровой. Однако ветровые нагрузки невелики по сравнению с давлением грунта.
Стены, воспринимающие давление грунта, работают как плиты с боковой нагрузкой в огличие от стен, воспринимающих давление крыши. Эти стены должны иметь опоры, выдерживать большую нагрузку и при этом обладать устойчивостью к опрокидыванию. Различные типы усилий, возникающих в стенах, показаны на диаграммах.
А
н а
1 & А- 上 &
в《 5
■LeGod匚
тем не менее несколько усложняет проектирование. Поскольку высота ее около 2,5 м, а эпюра нагрузок треугольная, такая стена требует усиления. Оно не всегда может совпа
Рис, 4.9. Реакции, обусловленные влиянием грунта:
а — стена с консольным защемлением; наибольший момент приложен в защемлении； фундаменты должны быть выполнены по специальному расчету; усилия в полу и трение грунта создают боковые реакции; б — пол и перекрытие воспринимают боковое давление грунта; в — крыша работает как диафрагма； воспринимает нагрузки за счет треиия
Рис. 4.8. Усилия от земляной засыпки, поддерживающие стены здания
Стена консольного типа представляет собой весьма дорогостоящее решение в тех случаях, когда крыша и другие стены создают опрокидывающие моменты. Стену консольного типа следует рассчи- аывать на большие опрокидывающие моменты, кроме того, эти моменты необходимо учитывать при решении фундаментов.
Вместе с тем уравновешивающие реакции между стенами А и С создают небольшие усилия сжатия в крыше и полу, которые не усложняют проектирование.
В том случае, когда давление земли на стену не уравновешивается давлением на противоположную стену (например, между стенами В и D)t крышу следует решать как диафрагму, передающую усилия между стенами А и С. Эта передача усилий, воспринимаемая полом, легко может быть перенесена на плоскую железобетонную крышу. Деревянная крыша не может работать как хорошая диафрагма, хотя при небольших размерах одноэтажного здания и небольшой толщине засыпки также можно создать доста- точно надежную конструкцию.
Стена, опирающаяся на две боковые стены, хотя в очень малой степени воспринимает нагрузки от крыши, 86
дать с внутренними перегородками и поэтому может потребовать дополнительных кон
структивных элементов, бы обеспечить прочность,
кие элементы
целесообразно 彳
устанавливать через каждые ； 40 см. Нижнюю часть стены следует рассчитать на восприятие максимальной нагруз-、 ки. В этом случае решение может быть либо неэкономично, либо может потребовать изменения конструкции стены по высоте.
Стены заглубленного здания во многих случаях должны работать на восприятие момента, в частности, когда они воспринимают нагрузку от крыши или от любой единичной силы. Работающие таким образом стены аналогичны диафрагме и, как уже упоминалось, достаточно хорошо работают на восприятие моментов без всякого усиления. Проектировать такие стены следует особенно тщательно, когда нагрузка на них слишком велика или когда они имеют малую эффективную длину (из-за проемов в стене),
Если стена, воспринимающая момент, не отвечает требованиям конкретного проекта, возникает необходимость в устройстве дополнительной стены в середине здания, воспринимающей ту же нагрузку.
Стены двухэтажных зданий обычно решают как вертикальные элементы, поддерживае-
Что- та- I
Рис. 4.10. Стена, работающая на изгиб в двух направлениях:
Л—стена может изгибаться в вертикальной н горизонтальной плоскостях; В— . стена, воспринимающая момент
мые крышей, полом и перекрытием первого этажа, В этом случае стена работает аналогично большепролетной балке. Максимальный момент при таком решении значительно уменьшен из-за относительно небольшого пролета, однако по сравнению с одноэтажным зданием максимальный момент больше вследствие большего заглубления здания и, следовательно, большего давления грунта. Момент от реакции перекрытия первого этажа больше, чем момент от реакций пола и крыши. Эта особенность предъявляет более жесткие требования к проектированию двухэтажных зданий.
Рис. 4.11. Стены двухэтажного здания: а — стена, работающая по неразрезной схеме； 6 — то же, по разрезной схеме
Открытые наружные стены либо воспринимают вертикальную нагрузку от крыши, либо служат для защиты помещения от погодных воздействий. По открытой наружной стене здания обычно располагаются оконные проемы. По этой причине стена не может иметь такую же несущую способность как и остальные стены. Когда стена воспринимает вертикальные нагрузки, возникает необходимость в установке стальных балок по верху каждого проема. Если же стена не предназначена для восприятия вертикальных нагрузок, то иногда приходится в ней устанавливать колонны, служа-
Рис. 4.12. Открытые наружные стены:
/ ~ балка； 2 —колонна； 3 — открытая несущая стена; 4 —внутренняя перегородка； 5 — открытая ненесущая степа
щие опорой для балок. При проектировании таких стен с учетом только погодных условий расчетные нагрузки должны быть увязаны с решением крыши и проемов в стене.
Рассмотрим некоторые особенности основных конструкций стен и таблицу ориентировочной стоимости различных стен для района Миннеаполис —Сен-Пол.
Общие характеристики.
❷ Максимальный момент при полном заглублении стены возрастает в кубической зависимости от высоты стены. Поэтому высота стен, засыпаемых землей, должна быть минимальной с целью уменьшения стоимости конструкций.
Если пол и крыша запроектированы как поддерживающие элементы для стен, засыпку стен следует производить только после монтажа крыши и пола.
Неармированные кирпичные стены.
ф Напряжения, возникающие ■в растворе, — это наиболее критический параметр, поэтому нагрузка на стены от засыпанной крыши или каких-либо наземных сооружений оказывает очень большое влияние на проектные решения.
❷ Не допускаются горизонтальные нагрузки, если стена
38
имеет одинаковое сечение. Кладка стены с переменным сечением наиболее эффективна.
Раствор должен быть марки М или S.
^ Наибольшая допустимая глубина при отсутствии дополнительных вертикальных нагрузок, согласно Единым строительным нормам, около 1,5 м. С учетом собственного веса одноэтажного здания глубина заложения фундаментов может быть около 1,8 м.
ф При использовании 30-см блоков неармированные стены одноэтажного здания высотой 2,5 м устойчивы только при очень тяжелой крыше. Для неармированных стен обычно предельной должна быть глубина до подошвы фундамента около 1,8 м.
拿 Стены из неармированной кладки, работающие на восприятие момента, представляют серьезную проблему при проектировании, кроме случаев, когда они очень небольшие (менее 3 м) или имеют большую площадь проемов.
❷ Максимальное отношение высоты или длины стены к ее толщине составляет 18. Поэтому при кладке из 30-см блоков несущие перегородки или пн- ляс^ры следует устраивать через каждые 5,4 м.
Армированная кладка.
• Армирование осуществля- ется для повышения стойкости .на растяжение. Арматурные стержни устанавливают в пустотах, заделываемых раствором.
■ • Расчетными параметрами являются сечение, расположение арматуры и марка блоков.
❷ Армированную кладку из 30-см блоков можно применять для строительства как одноэтажных, так и двухэтажных зданий, поскольку стены могут воспринимать нагрузку от перекрытия первого этажа. С увеличением глубины стоимость возрастает быстрее, чем стоимость железобетонных конструкций, так как кладка имеет переменное сечение, а расположение арматуры не всегда оптимально.
• Для кладки бетонных блоков следует использовать раствор марки М или S.
• Максимальное отношение высоты или длины усиленной стены к ее толщине составляет 25: 1.
• Существует минимальная площадь армирования, которая по вертикальному и горизонтальному направлениям (общая площадь арматуры), должна быть более 0,2% площади наибольшего сечения стены, по другим направлениям площадь минимального армирования должна быть не менее 0,07% сечения стены.
• Максимальное расстояние между стержнями 1,2 м.
• Дополнительное армирование проемов требуется, если их размер больше 60 см.
❷ Решение степ, воспринимающих момент, не вызывает трудностей, если их длина невелика.
Монолитный бетон.
紛 Высота цокольных стен из монолитного бетона должна быть меньше высоты этажа. Для обеспечения водостойкости бетона максимальное водоцементное отношение должно быть 0,48. Более плотный и
водостойкий бетон можно получить при низком значении водоцементного отношения и хорошей вибрации во время уктадки.
爵 Минимальная толщина цокольных стен 200 мм.
紛 При высокой концентрации сульфатов в грунте следует применять сульфатостойкий цемент.
紛 Если в бетон замоноличи- ваются трубы (например, для системы отопления), то температура среды в них не должна превышать 65° С, а давление 1,4 МПа. Не следует замо- ноличивать алюминиевые трубы. Площадь сечения труб без специального расчета не должна превышать 4% площади расчетного сечения конструкции. Трубы, заделываемые в бетон, следует проверить перед заделкой на давление в течение 4 ч. Это требование не относится к дренажным трубам и трубам, работающим при давлении <0,007 МПа.
畲 Монолитный бетон работает на моменты лучше, чем конструкции из бетонных блоков.
Монолитный железобетон.
紛 Монолитный железобетон можно использовать как для одноэтажных, так и для двух- этажных зданий.
紛 Допускается применять различные типы армирования, ❷ Для подавляющего большинства жилых зданий толщина стен может быть 200 мм. ❷ Минимальная толщина слоя бетона при толщине арматурных стержней более 19 мм должна быть 50 мм, а при толщине стержня менее 16 мм — 38 мм.
• Минимальная толщина бе-
89
тона при замоноличиваиии арматуры непосредственно в земле принимается 75 мм.
• Стоимость монолитного железобетона с увеличением глубины возрастает ненамного, значительно повышается только стоимость арматуры.
Сборный железобетон.
• Сборные железобетонные конструкции можно применять как для одноэтажных, так и для двухэтажных зданий.
• С увеличением высоты здания стоимость растет незначительно, поскольку трудозатраты на 1 м2 стены уменьшаются. • Сборные конструкции обычно подвергают тщательному контролю; благодаря хорошему качеству поверхности обыч-' но эти элементы используют в строительстве без последующих отделочных работ.
• В случае применения сборных конструкций строительное проектирование обычно осуществляется поставщиком, которой должен иметь сертификат, выдаваемый Институтом сборного железобетона, и иметь в штате инженера, зарегистрированного в объединении инженеров-строителей, или согласовывать свои решения с таким инженером.
• Чем больше элементов поставляется одним изготовителем, тем дешевле стоит 1 м2 конструкции. Если расстояние до строительной площадки велико, то бригаду монтажников нанимают на полный рабочий день, хотя собственно монтажные работы могут быть выполнены за 2—3 ч. Таким образом, дополнительные конструкции могут быть установлены только за счет увеличе-
ния транспортных расходов и стоимости материалов.
ф Обычная ширина панелей составляет от 0,6 до 2,4 м. Применять более узкие панели не рекомендуется из-за увеличения стоимости монтажных работ и необходимости заделки большого числа стыков.
• Сборные конструкции часто проектируют и применяют для одноэтажных подвалов.
• Элементы, воспринимающие нагрузки от моментов, рассчитывают на допускаемое трение, что представляет определенные трудности, если элемент не очень короткий.
Дерево.
• Для деревянных стен одноэтажных зданий можно применять бревна самой различной толщины. Но дерево экономично, когда оно используется для одноэтажных заглубленных зданий; с увеличением глубины экономические показатели резко ухудшаются.
• Расчет восприятия нагрузок от моментов довольно сложен, если величина реакций от пола велика. Возможность забивки гвоздей уменьшается с увеличением нагрузок от моментов. Деревянные конструкции можно применять только для одноэтажных зданий с небольшой толщиной засыпки.
ф Из-за сложной конфигурации элементов применение деревянных стен наиболее практично при устройстве деревянной крыши.
ф Срезы в бревнах следует обрабатывать антисептиком.
• Поставщики деревянных конструкций рекомендуют принимать меры по борьбе с влажностью.
МатериалГлубина земляной засыпкн стендеревобетонные блокимонолит - ный бетонмонолитный железобетонсборный железобетон1,5—1,8 м2,452,703,755,40—1 этаж + 5 см засыпки3,553,20—5,8042 этажа7,053,60—6,454,202 этажа + 12,5 см засыпки—4,506,554,40МатериалГлубина земляной засыпкн стендеревобетонные блокимонолит - ный бетонмонолитный железобетонсборный железобетон1,5—1,8 м2,452,703,755,40—1 этаж + 5 см засыпки3,553,20—5,8042 этажа7,053,60—6,454,202 этажа + 12,5 см засыпки—4,506,554,40Таблица 4.3. Ориентировочная стонмосп? 1 м& стены, /Ц)лл.Таблица 4.3. Ориентировочная стонмосп? 1 м& стены, /Ц)лл.1 Приводятся средине данные; в каждом меняться.1 Приводятся средине данные; в каждом меняться.• Применять креозот и пентахлорфенол для защиты конструкций жилых зданий не допускается.
Материал
Глубина земляной засыпкн стен
дерево
бетонные блоки
монолит - ный бетон
монолитный железобетон
сборный железобе
тон
1,5—1,8 м
2,45
2,70
3,75
5,40
—
1 этаж + 5 см засыпки
3,55
3,20
—
5,80
4
2 этажа
7,05
3,60
—
6,45
4,20
2 этажа + 12,5 см засыпки
—
4,50
6,55
4,40
Материал
Глубина земляной засыпкн стен
дерево
бетонные блоки
монолит - ный бетон
монолитный железобетон
сборный железобе
тон
1,5—1,8 м
2,45
2,70
3,75
5,40
—
1 этаж + 5 см засыпки
3,55
3,20
—
5,80
4
2 этажа
7,05
3,60
—
6,45
4,20
2 этажа + 12,5 см засыпки
—
4,50
6,55
4,40
Таблица 4.3. Ориентировочная стонмосп? 1 м& стены, /Ц)лл.
Таблица 4.3. Ориентировочная стонмосп? 1 м& стены, /Ц)лл.
1 Приводятся средине данные; в каждом меняться.
1 Приводятся средине данные; в каждом меняться.
* При повышенной влажности рекомендуется применять гвозди и скобы из нержавеющей стали или из стали с гальваническим покрытием.
Крыша, прежде всего, воспринимает вертикальные нагрузки от грунта, снега и т. д. Плоская крыша (не обязательно горизонтальная) вследствие этих нагрузок работает на изгиб.
Как уже было сказано выше, изгиб — это не самый эффективный вид нагрузки, и с точки зрения экономичности конструкции в целом особое внимание должно уделяться конструкциям, поддерживающим крышу. Промежуточными опорами могут служить внутренние перегородки, балки и колонны. Если принять в качестве наиболее экономичной конструкции такую, в которой каждый элемент выполняет несколько функций, то предпочтение следует отдать внутренним перегородкам, которые. не только воспринимают усилия от крыши, но и формируют интерьер здания. Из-
отдельном случае стоимость может гибающие моменты, возникающие в крыше, пропорциональны приложенной нагрузке и площади пролетов, поэтому пролеты должны быть как можно меньше. Экономичность пролетов зависит от толщины засыпки, общих размеров здания и применяемых материалов.
Для сооружения крыш наиболее часто используют монолитный и сборный железобетон, а также древесину тяжелых пород.
Сборные балки Т-образного сечения (тавровые), широко применяемые в обычном строительстве, непригодны для строительства заглубленных зданий из-за того, что их полки слишком тонки для воспрп- ятая больших нагрузок от земляной засыпки. Сборные панели обычно укладывают в одном направлении ——только поперек крыши. При толщине засыпки 45-—60 см 9-метровые пролеты уже неэкономичны. Л1аксимальный оптимальный пролет, очевидно, будет 7,6 м. Когда требуется рассчитать восприятие конструкциями момента, плиты перекрытий с целью их усиления следует выполнять без пустот.
РазрезРазрезРис. 4.13. Покрытие, воспринимающее усилия в двух направлениях (диафрагмовые усилия):/ — боковые нагрузки от грунта； 2 — крыша работает как сжимаемый элемент； 3 — крыша работает как днафрагма： 4 — реакция в боковых стонах; 5— нагрузка от грунта на открытую стену отсутствуетРис. 4.13. Покрытие, воспринимающее усилия в двух направлениях (диафрагмовые усилия):/ — боковые нагрузки от грунта； 2 — крыша работает как сжимаемый элемент； 3 — крыша работает как днафрагма： 4 — реакция в боковых стонах; 5— нагрузка от грунта на открытую стену отсутствуетВозможно устройство пролетов с использованием монолитного железобетона и в двух, направлениях, что позволяет уменьшить толщину бетона. Однако такое решение возможно при условии, если расположение опор в плане близко к квадрату. Если же длина крыши в 2 раза превышает ее ширину, то такое решение почти невозможно. Размер экономичного пролета для монолитного железобетона меньше, чем для сборного. При толщине засыпки 45—60 см пролет должен быть меньше 6 м, но предпочтительнее 4,5. Применение плит, уложенных по балкам, допускает устройство больших пролетов, чем обычное перекрытие из плоских плит. Однако конструкция будет выше.
Разрез
Разрез
Рис. 4.13. Покрытие, воспринимающее усилия в двух направлениях (диафрагмовые усилия):
/ — боковые нагрузки от грунта； 2 — крыша работает как сжимаемый элемент； 3 — крыша работает как днафрагма： 4 — реакция в боковых стонах; 5— нагрузка от грунта на открытую стену отсутствует
Рис. 4.13. Покрытие, воспринимающее усилия в двух направлениях (диафрагмовые усилия):
/ — боковые нагрузки от грунта； 2 — крыша работает как сжимаемый элемент； 3 — крыша работает как днафрагма： 4 — реакция в боковых стонах; 5— нагрузка от грунта на открытую стену отсутствует
Крыши из тяжелой древесины также должны иметь пролеты одного направления с таким расположением плиг, которое позволяет им воспринимать вместе с балками боковые нагрузки. Экономичность пролета зависит от раз- 92
меров балок, по, вообще говоря, она должна быть аналогичной для монолитного железобетона.
При устройстве плоских крыш следует учитывать, что под воздействием нагрузок они способны прогибаться, создавая условия для накопления в прогибе воды, а это, в свою очередь, приводит к увеличению нагрузки на конструкции. В этом случае критическим параметром будет величина прогиба, при больших значениях которой нагрузки на крышу, за счет скопившейся воды, могут быть весьма значительными.
Наибольшая опасность образования прогиба характерна для крыш с большими про- летами и малыми нагрузками. Для заглубленных крыш возможность столь критической ситуации маловероятна, потому что они рассчитаны на воздействие значительных нагрузок, Тем не менее любая крыша должна иметь прогиб вверх, который компенсировал бы прогиб вниз под действием собственного веса и веса грунта. Такое решение позволяет избежать устройства дополнительной гидроизоляции, необходимой при опасности накопления воды на крыше.
Кроме того, крыша должна быть рассчитана не на вес сухого грунта, а на вес грунта в водонасыщенном состоянии. Отделка потолков должна производиться после засыпки здания, потому что деформа^ ции, возникающие при прогибе конструкций, приведут к образованию трещин в отделке.
Еще одна функция крыши
заключается в обеспечении устойчивости стен, находящихся под воздействием боковой нагрузки, В этом случае в покрытии возникают изгибающие усилия, действующие в двух направлениях, которые необходимо учитывать при проектировании. В расчет покрытия из сборного или монолитного железобетона это не вносит осложнений. Для покрытия из твердой древесины усилия, действующие в двух направлениях, и сжимающие усилия, перпендикулярные балкам, трудно учесть совместно при больших боковых нагрузках.
Перекрытия первого этажа. Как уже говорилось, перекрытие первого этажа создает самые большие реакции в стене. Поэтому очень важно в этом случае не допускать больших проемов в перекрытии первого этажа в месте примыкания в стене, воспринимающей давление грунта. Наилучшее решение заключается в том, чтобы перекрытие служило е качестве балки для стены.
Так как реакции в месте примыкания перекрытия в стене имеют наиболее высокое значение, применение обычных деревянных конструкций невозможно, если перекрытие работает как диафрагма, во всяком случае, если конструкцией здания не предусматривается устройство дополнительных перегородок для уменьшения моментов.
Внутренние стены воспринимают значительные нагрузки только в том случае, когда они решены для поддержки крыши или внешних стен. Ча-
рис. 4.14. Работа покрытия различной конструкции:а — плоского ненапряженного； б — предварительно напряженногорис. 4.14. Работа покрытия различной конструкции:а — плоского ненапряженного； б — предварительно напряженногоПланПланРис. 4.15. Проем вРис. 4.15. Проем вперекрытиях：перекрытиях：а — у стены, воспринимающей нагрузку; б — у стены, не воспринимающей нагрузкуа — у стены, воспринимающей нагрузку; б — у стены, не воспринимающей нагрузкуще всего эти стены изготовлены из бетонных блоков, моно・ лнтного бетона либо железобетона, Обычно внутренние стены имеют проемы, по верху которых укладывают стальные перемычки для восприятия веса расположенного над ними материала.
рис. 4.14. Работа покрытия различной конструкции:
а — плоского ненапряженного； б — предварительно напряженного
рис. 4.14. Работа покрытия различной конструкции:
а — плоского ненапряженного； б — предварительно напряженного
План
План
Рис. 4.15. Проем в
Рис. 4.15. Проем в
перекрытиях：
перекрытиях：
а — у стены, воспринимающей нагрузку; б — у стены, не воспринимающей нагрузку
а — у стены, воспринимающей нагрузку; б — у стены, не воспринимающей нагрузку
Пол первого этажа заглубленного здания представляет собой монолитную бетонную плиту, так как это наиболее рациональная и экономичная в данном случае конструкция.
Минимальная толщина пола 80—100 мм, потому что он должен быть решен с учетом возможного воздействия таких нагрузок как давление грунтовых вод или выпучивание грунта. Обычно пол воспринимает несбалансированные нагрузки от стен и поэтому он работает не как диа-
Рнс. 4.16. Влияние пролета на момент：а — момент очень большой； 6 — момент снизился до среднего значения； 8 — момент значительно уменьшился после устройства дополнительных перегородокРнс. 4.16. Влияние пролета на момент：а — момент очень большой； 6 — момент снизился до среднего значения； 8 — момент значительно уменьшился после устройства дополнительных перегородокПланПланРис. 4.17. Внутренние перегородки: а — внутренняя перегородка может использоваться в качестве несущего элемен ■ та н уменьшать моментРис. 4.17. Внутренние перегородки: а — внутренняя перегородка может использоваться в качестве несущего элемен ■ та н уменьшать моментфрагма. Наоборот, нагрузки, на грунт от него представляют собой моменты. Для двухэтажного здания пол первого этажа необходимо проверять на восприятие сжатия и моментов.
Рнс. 4.16. Влияние пролета на момент：
а — момент очень большой； 6 — момент снизился до среднего значения； 8 — момент значительно уменьшился после устройства дополнительных перегородок
Рнс. 4.16. Влияние пролета на момент：
а — момент очень большой； 6 — момент снизился до среднего значения； 8 — момент значительно уменьшился после устройства дополнительных перегородок
План
План
Рис. 4.17. Внутренние перегородки: а — внутренняя перегородка может использоваться в качестве несущего элемен ■ та н уменьшать момент
Рис. 4.17. Внутренние перегородки: а — внутренняя перегородка может использоваться в качестве несущего элемен ■ та н уменьшать момент
Пол, рассчитанный на давление грунтовых вод, должен иметь большую толщину и воздействовать на наружные и внутренние стены аналогично крыше. Когда расчетное давление воды весьма значительно, вместо обычных конструкций фундаментов и пола следует применять более монолитные конструкции.
Фундаменты для стен, несущих дополнительную нагрузку от земляной засыпки, могут иметь большие размеры, чем для стен обычных зданий. Допустимые нагрузки на грунт, согласно действующим нормам, весьма малы. Информация о допустимых нагрузках должна быть обязательно получена в период инженерногеологических изысканий.
В случаях, когда ширина фундаментов значительно превышает толщину стен, предпочтительнее усиление армирования, чем увеличение их высоты. Фундаменты проектируют на равномерное давление грунта без учета моментов.
Подпорные стенки отличаются от наружных стен здания тем, что для их разгрузки невозможно использовать дополнительные несущие стены или пол. Приведем краткие характеристики работы подпорных стенок.
Гравитационная стенка 1 — масса стены противостоит опрокидыванию и сдвигу.
Консольные стенки2 — давлению грунта противодействует опрокидывающий момент самой конструкции, возникающий за счет пригрузки, препятствующей опрокидыва - нию и сдвигу стенки. Требуется выполнить дополнительный объем земляных работ.
Анкерная стенка — устойчивость обеспечивается применением тяжей, заанкеренных в земле. Стенка удерживается самим грунтом. Объем земли, отделенный на рисунке пунктиром, в этом случае должен
В отечественной литературе ее называют «массивная стенка».
То же,《тонка兄 стенка》. (Прим, перев.).
ббввНеобходимо армирование из-за~6onbuj6h площадиНеобходимо армирование из-за~6onbuj6h площадиПОДОШВЬ!ПОДОШВЬ!Рнс. 4.18. Схемы фундаментов:а — обычного; 6 — прн высоком уровне грунтовых вод； в — с малым удельным давлением на грунт/ -- боковые усилия создают момент； 2 —суммарная нагрузка действует под углом 45°; 3 — усиливающее армироваине в месте стыка； 4 — стык стены и фундамента; 5 — гидроизоляцияРнс. 4.18. Схемы фундаментов:а — обычного; 6 — прн высоком уровне грунтовых вод； в — с малым удельным давлением на грунт/ -- боковые усилия создают момент； 2 —суммарная нагрузка действует под углом 45°; 3 — усиливающее армироваине в месте стыка； 4 — стык стены и фундамента; 5 — гидроизоляция■ Рнс. 4.19. Виды подпорных стенок:а — массивная； б — консольная； е—анкерная； а—ар-мированный грунт； д — ступенчатая блочная； е—вертн-кальная блочная■ Рнс. 4.19. Виды подпорных стенок:а — массивная； б — консольная； е—анкерная； а—ар-мированный грунт； д — ступенчатая блочная； е—вертн-кальная блочнаябыть устойчивым благодаря собственной массе. Такая конструкция применима для наружных стен зданий, кроме двухэтажного здания, у которого перекрытие ограничивает высоту этажа 2,4 м.
б
б
в
в
Необходимо армирование из-за~6onbuj6h площади
Необходимо армирование из-за~6onbuj6h площади
ПОДОШВЬ!
ПОДОШВЬ!
Рнс. 4.18. Схемы фундаментов:
а — обычного; 6 — прн высоком уровне грунтовых вод； в — с малым удельным давлением на грунт
/ -- боковые усилия создают момент； 2 —суммарная нагрузка действует под углом 45°; 3 — усиливающее армироваине в месте стыка； 4 — стык стены и фундамента; 5 — гидроизоляция
Рнс. 4.18. Схемы фундаментов:
а — обычного; 6 — прн высоком уровне грунтовых вод； в — с малым удельным давлением на грунт
/ -- боковые усилия создают момент； 2 —суммарная нагрузка действует под углом 45°; 3 — усиливающее армироваине в месте стыка； 4 — стык стены и фундамента; 5 — гидроизоляция
■ Рнс. 4.19. Виды подпорных стенок:
а — массивная； б — консольная； е—анкерная； а—ар-мированный грунт； д — ступенчатая блочная； е—вертн-кальная блочная
■ Рнс. 4.19. Виды подпорных стенок:
а — массивная； б — консольная； е—анкерная； а—ар-мированный грунт； д — ступенчатая блочная； е—вертн-кальная блочная
Армированный грунт — арматура уложена в земле с большой частотой. Она противодействует любому растягивающему усилию, возникающему в земле. Грунт преобразует усилия в арматуре в моменты и поэтому она будет постоянно находиться под дей
ствием растягивающих усилий. Поверхность откоса не имеет сплошного укрепления, однако не подвергается эрозии. Армирование грунта наиболее приемлемо для высоких наружных стен, которые создают большие опрокидывающие моменты.
Оболочки. Поскольку нагрузки на крышу и стены у заглубленных зданий более высокие, чем у обычных (из-за наличия земляной засыпки), оправдано применение криволинейных пространственных
ббРис. 4.20. Пространственные конструкции:а — объемные элементы, ие требующие устройства фун- дамситов； б ——арка с небольшой стрелой подъема имеет большие горизонтальные реакции; в — полукруглая арка имеет, в основном, вертикальные реакции； г — арка с пролетом, превышающим расстояние между опорами, в которой горизонтальные реакции взаимно погашаютсяРис. 4.20. Пространственные конструкции:а — объемные элементы, ие требующие устройства фун- дамситов； б ——арка с небольшой стрелой подъема имеет большие горизонтальные реакции; в — полукруглая арка имеет, в основном, вертикальные реакции； г — арка с пролетом, превышающим расстояние между опорами, в которой горизонтальные реакции взаимно погашаются办办ПИЯ. вых зить НИЯ ных НИЯ ныхПИЯ. вых зить НИЯ ных НИЯ ныхПланПланРис. 4.21. Здание возвышающегося типа:а — разрез здания одноэтажногц; О —T9 же, двухэтажногоРис. 4.21. Здание возвышающегося типа:а — разрез здания одноэтажногц; О —T9 же, двухэтажного
б
б
Рис. 4.20. Пространственные конструкции:
а — объемные элементы, ие требующие устройства фун- дамситов； б ——арка с небольшой стрелой подъема имеет большие горизонтальные реакции; в — полукруглая арка имеет, в основном, вертикальные реакции； г — арка с пролетом, превышающим расстояние между опорами, в которой горизонтальные реакции взаимно погашаются
Рис. 4.20. Пространственные конструкции:
а — объемные элементы, ие требующие устройства фун- дамситов； б ——арка с небольшой стрелой подъема имеет большие горизонтальные реакции; в — полукруглая арка имеет, в основном, вертикальные реакции； г — арка с пролетом, превышающим расстояние между опорами, в которой горизонтальные реакции взаимно погашаются
办
办
ПИЯ. вых зить НИЯ ных НИЯ ных
ПИЯ. вых зить НИЯ ных НИЯ ных
План
План
Рис. 4.21. Здание возвышающегося типа:
а — разрез здания одноэтажногц; О —T9 же, двухэтажного
Рис. 4.21. Здание возвышающегося типа:
а — разрез здания одноэтажногц; О —T9 же, двухэтажного
конструкций. Геометрия этих конструкций позволяет обеспечить более высокую несущую способность при меньшем расходе материалов, чем у обычных конструкций. В результате получается весьма экономичная конструкция, способная нести значительные нагрузки.
Стальные или бетонные криволинейные конструкции могут стоить несколько дороже для одного здания, чем обычные из-за более сложного их проектирования и возведе-
Однако применение гото- элементов позволяет сни- стоимость проектирова- и возведения криволиней* конструкций. Пример зда- с использованием сталь- криволинейных элементов
рассмотрен в части II.
К наиболее распространенным элементам относятся криволинейные из волнистой стали. Их собирают на болтах, причем ширина пролета может достигать 12 м. Эти конструкции могут легко воспринимать усилия от засыпки толщиной более метра, но они неустой-
чивы, если нет хорошей засып- 1 ки. Тонкостенные конструк- 1 ции, подобные этой, наиболее ] эффективны, когда к арке при- 1 ложено достаточно большое ] равномерное усилие. Измене-] ние нагрузки приводит к воз-] никновению сосредоточенных | усилий, которых следует избе- I гать. При использовании таких | конструкций для жилых зда- 1 ний надо принимать во вни- | мание две особенности: j
1) плоские арки обычно | применяют для дренажных си- I стем и транспортных соору-] жений, где их состояние легко | проверить осмотром изнутри； | замена в случае необходимо- J сти не представляет особой 1 трудности. Такое решение не 1 может быть применимо для | жилых зданий; 1
2) стальные элементы под- 1 земных сооружений подверже- I ны коррозии, поэтому большое J внимание должно уделяться 1 обеспечению долговечности 1 конструкций. 1
Более подробная информа- 1 ция о проектировании плоских I стальных арок может быть по- 1 лучена от изготовителей. j
4.6. ТРЕБОВАНИЯ
К ПОСАДКЕ ЗДАНИЯ
Здесь даны общие характеристики зданий трех различных конфигураций и рассмотрены основные особенности проектирования.
Возвышающееся одноэтажное здание:
事 крыша должна работать как диафрагма;
ф крыша может быть плоской или скатной;
❸ с заднего фасада здания крыша может иметь свес, работающий как консоль в противовес козырьку. В этом случае, однако, трудно выполнить изоляцию достаточно тщательно;
крыша может образовывать навесы независимо от козырька;
крыша может иметь свесы и по длинному фасаду здания вместе с балками или несущими стенами. Консоль может представлять собой независимую панель, отделенную от остальной конструкции температурным швом;
боковые и задняя стены здания представляют собой плиту между полом и потол
ком, воспринимающую давление грунта;
боковые стены воспринимают усилия, возникающие в диске покрытия. В этом случае они работают как диафрагма жесткости;
стены, удерживающие консоли, должны иметь такую конфигурацию, при которой можно полностью засыпать боковые стены. Между стенами здания и любой независимой конструкцией, имеющей низкие теплоизоляционные свойства (например, любой бетонной конструкцией), необходимо устраивать температурные швы;
к критическим элементам проектирования, вероятно.следует отнести соотношение нагрузки от засыпки на крышу и усилий в диске покрытия, а также расчет вертикальной плиты, которую представляют собой боковые стены. Для деревянных конструкций критическими могут быть усилия, действующие по двум направлениям.
Возвышающееся двухэтажное здание:
• должны быть учтены все требования, относящиеся к одноэтажному зданию. Перекры-
96
4 §а^ 1291
97
Рис. 4.22. Здание атриумного типа：
/ — пролет работает как широкая балка нли диафрагма; 2 — пролет работает, главным образом, на сжатие от стен; 3 — стена, воспринимающая момент； 4 — балка нлн стена, воспринимающая усилия двух направлений
Рис. 4.24. Устойчивость склонов:
а _разрез； 6 — фасад склона； / — линия возможного оползня； 2 — длина участка склона, потерявшего устойчивость вследствие выемки грунта; 3 — выемка； 4 — выемка в холме; 5 — арочные усилия над выемкой
Рис. 4.23. Здание скозного типа：,
а — план; 6 — разрез двухэтажного здания； / — большая вертикальная нагрузка от грунта
тие первого этажа должно быть рассчитано на максимальные усилия, действующие по двум направлениям;
ф к критическим элементам относятся: соотношение нагрузки на крыши от засыпки и усилий в диске покрытия, конструкция стены высотой в два этажа и способность перекрытия первого этажа воспринимать усилия, действующие в двух направлениях;
密 стены, воспринимающие моменты, должны быть без проемов. В длинном и узком здании может возникнуть необходимость в дополнительных стенах, предназначенных для восприятия моментов.
Одноэтажное здание атриумного типа:
ф нагрузки от давления земли более сбалансированы, чем у зданий возвышающегося типа. Между задней стеной и
атриумным проемом необходимо предусмотреть диафрагму для распределения нагрузок между стеной и оставшейся частью перекрытия;
事 диафрагмы имеют небольшую ширину и поэтому должны быть достаточно короткими, если нет внутренних стен, воспринимающих моменты;
ф необходимо установить внутренние стены или балки, чтобы обеспечить опоры под углы покрытия;
事 момент в стенах будет небольшой; исключение составляют вертикальные ребра стен, ограничивающих проем;
ф к критическим элементам относятся: соотношение нагрузки на покрытие и усилий в диске покрытия, конструкция боковых стен и расположение внутренних опор для крыши.
Двухэтажное здание атриумного типа:
❸ такое здание требует атриума больших размеров, чтобы обеспечить достаточное освещение первого этажа;
® большие размеры атриума сопряжены с более высокими нагрузками от земляной засыпки, что вызывает большие усилия (действующие по двум направлениям), чем у одноэтажных зданий.
Заглубленные 6 склон одноэтажные здания: ф нагрузка от земли сбалансирована, поэтому покрытие будет испытывать сжимающие усилия;
事 все стены представляют собой плиту между полом и крышей;
® боковые стены с проемами лучше решать как независимые конструкции, отделенные температурными швами.
Заглубленные в склон двухэтажные здания:
事 если площадь второго этажа меньше, то труднее осуществить полную засыпку здания, потому что масса грунта создаст дополнительные усилия на перекрытие первого этажа.
4.7. ОСОБЫЕ УСЛОВИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА
Стабильность склонов. Расположение заглубленного зда- ния в склоне представляет собой идеальный вариант решения. Однако при проектирова- нии такого здания в крутом склоне необходимо уделять особое внимание обеспечению стабильности склона и поддержанию нормального давления 4*
рис. 4.25. Ступенчатые подпорные стенки
грунта. Крутые склоны в естественном состоянии обычно стабильны, однако их естественный угол откоса может быть близок к критическому. Устройство выемки в склоне способно ослабить его, если не применить специальных мер обеспечения устойчивости. В протяженном склоне эта проблема может не возникать столь остро, если только в склоне не сделано несколько выемок по соседству. Это объясняется тем, что вокруг небольшой выемки грунт образует свод, а взаимное влияние соседних выемок может создать критические условия для устойчивости этих арок. Чем больше делается в склоне выемок, тем больше опасность оползания склона.
Обратная засыпка выемок. При обратной засыпке выемок прежде всего следует убедить-
99
ся в пригодности йсйользуемб- го грунта (см. гл. 5) и обеспечить тщательное его уплотнение. Комья глины или смерзшегося грунта плохо уплотняются при обратной засыпке, но впоследствии уплотняются под собственным весом, образуя пониженные участки около здания (особенно это заметно при засыпке двухэтажных зданий). Уплотнение грунта следует производить послойно; обычно толщина слоев должна быть 20—30 см. Уплотнение при такой толщине слоев не требует применения тяжелых механизмов. Усилия, действующие на стены во время уплотнения грунта, могут быть больше, чем усилия при последующей работе сооружения. При установке и засыпке стен допускается использовать временные подпорки, однако в
Глава 5БОРЬБА С ВЛАЖНОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ГИДРОИЗОЛЯЦИИГлава 5БОРЬБА С ВЛАЖНОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ГИДРОИЗОЛЯЦИИОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Глава 5
БОРЬБА С ВЛАЖНОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ГИДРОИЗОЛЯЦИИ
Глава 5
БОРЬБА С ВЛАЖНОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ГИДРОИЗОЛЯЦИИ
Борьба с повышенной влажностью — одна из самых серьезных проблем, возникающих при строительстве заглубленные зданий.
До недавнего времени подвальные помещения не рассматривались как жилые пространства. Пока цокольный этаж или подвал служили дополнительным складским или вспомогательным помещением, вопросам борьбы с влажностью уделялось недостаточное внимание. Такое отношение к цокольному этажу со-
процессе засылки они стайо- вятся бесполезными, так как сказывается влияние пригрузки основания стен. Для уплотнения крупнозернистых грунтов (например, песков и гравия) требуется меньше усилий и выполнять работы с таким грунтом значительно легче.
Ступенчатые подпорные стенки могут применяться для уменьшения давления грунта на сооружение. Как видно из рис. 4.25, каждая ступень находится на линии устойчивого откоса, обеспечивая ее устойчивость. Грунт (см. под пунктирной линией) также устойчив, а каждая ступень удерживает только свой собственный вес. Эффект уменьшения давления грунта очевиден при сравнении давления грунта на всю высоту стенки и давления на отдельные ступени.
храняется и по сей день, хотя этот этаж уже довольно часто используют в качестве жилого помещения. Для борьбы с влажностью стен можно применять некоторые методы, однако они малоэффективны.
Нельзя отрицать, что проблема влажности остается наиболее серьезной и большое внимание должно уделяться выбору эффективных мер борьбы с влажностью, особенно применению различных систем. Если будут приняты необходимые меры, можно не бояться сырого, протекающего подземного дома.
Стоимость мер борьбы С влажностью нельзя назвать маленькой. Ее можно сравнить с затратами, которые необходимы для осуществления мер, позволяющих оградить человека, живущего в обычном здании, от влияния погодных условий. Например, стоимость алюминиевой отделки или отделки из красного дерева (весьма эффективных материалов, не требующих больших эксплуатационных затрат), составляет приблизительно 1,75 долл, за 1 кв. фут, включая стоимость войлочного покрытия задней стороны алюминиевых панелей (и отделку красного дерева), но без учета стоимости изоляции. Стоимость гидроизоляции подземного сооружения составляет 0,5—1,5 долл, в зависимости от применяемого способа. В среднем стоимость 1 кв. фут гидроизоляции составляет 0,7—0,9 долл.
ИСТОЧНИКИ
ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ
Осадки. На первой стадии проектирования и строительства необходимо уделить особое внимание выбору участка, который максимально отвечал бы строительным требованиям. Однако такой участок найти трудно; практи- иески выбор достаточно хорошего участка уже позволит сэкономить денежные средства.
Пониженных 〃 затопляе- мь^ территорий следует избе- гать при любом виде строительства. Потенциальная опас- нодть для заглубленных зда- нгй в отличие от обычных во
многом обусловлена решейй^М здания. Например, здание, построенное на поверхности земли и обсыпанное грунтом, во время паводка будет подвергаться опасности не больше, чем обычное, а размеры возможных повреждений будут еще меньше. Вместе с тем здание атриумного типа (например, Эколоджи-Хаус см. с. 141). подвержено значительно большей опасности, так как находится ниже уровня земли. У таких зданий обычно невозможно устроить естественный дренаж, и приходится использовать систему дренажных трубопроводов, оборудованных насосами для откачки воды. Такие системы рассчитаны на отвод притока грунтовых вод или воды, выпадающей с осадками, но они не в состоянии справиться с паводковыми водами. Для всех остальных типов зданий необходимо будет учитывать другие возможные осложнения.
Если участок, расположенный в низкой местности, признан пригодным для строительства, тем не менее следует выяснить, возможно ли скапливание больших масс дождевой или талой воды на прилегающих к нему участках.
Овраги. При выборе места для строительства заглубленного здания следует избегать даже возвышенных участков, на которых возможно образование оврагов во время сильных дождей и паводков.
Склоны. При посадке зданий на склоне необходимо учитывать влияние осадков и, в первую очередь, умеренных, а также фильтрацию воды.
Небольшой уклон
в 1(
Направление г стика
Рис. 5.L Типы дренажных систем: а — разрез А； 6 — разрез 6; в — разрез В / — водоотводная канава вокруг здания； 2 — дренажная траншея с гравийной за- сыпкой： 3 — дренаж иая труба
Отвод воды от заглубленного здания, расположенного у подошвы склона, можно осуществить двумя методами (рис. 5.1). На схеме А показана дренажная канава, прокладываемая вокруг здания, которая позволяет перехватывать и отводить дождевую воду, а на схеме В — дренирующая траншея с гравийной за-* сыпкой, по дну которой уложен дренажный трубопровод. На схеме С показаны особенности устройства дренажа, которые характерны для заглубленных зданий, имеющих дворик. При таком решении лучшим может считаться рельеф с уклонами падения на обе стороны от здания, в этом случае нужно будет отводить только воду, попадающую непосредственно на территорию двора.
Уклон крыши выбирают в зависимости от типа гидроизоляции, грунта, используемого для засыпки, и потребности в воде растений, растущих на крыше. Скопление воды на крыше нельзя считать хорошим решением, независимо от типа применяемой гидроизоляции, но вместе с тем и слишком быстрый отвод воды может ухудшить развитие расте-
ний на крыше. Уклон 1——5% обеспечивает умеренный дренаж, но, как видно из схемы В, допускается использование и более крутого уклона. В этом случае следует применять грунт, который хорошо удерживает воду и обеспечивает развитие растительности.
Уровень грунтовых вод. Надо избегать не только пониженных участков, но и участков с высоким уровнем стояния грунтовых вод. Если же по каким-либо соображениям для строительства заглубленного здания выбран именно такой участок, то уровень грунтовых вод может быть понижен различными путями. Один из способов — устройство системы дренажа (более подробно см. гл. 5.3). Если же высокий уровень грунтовых вод наблюдается в грунте с высокой водопроницаемостью, дренажная система может не справляться с притоком воды и возникает необходимость в устройстве достаточно мощной гидроизоляции внутри здания. Довольно часто устройство гидроизоляции совмещают с применением системы дренажа (различные способы гидроизоляции рассмотрены в гл. 5.5).
Рис. 5.2. Давление воды на стены здания
а — дренаж; б — гидроизоляция
/ — дренирующая засыпка (песок н гравий)； 2 ——депрссснонная кривая； 3 —дренажная труба； 4 — боковое давление воды должно восприниматься стеками： 5 — гидроизоляция； 6 — уровень грунтовых вод; 7 — пол должен воспринимать выталкивающее усилие воды
Временное давление воды на стены возникает даже тогда, когда фундаменты заложены выше уровня грунтовых вод. Во время сильных дождей приток воды может быть интенсивнее, чем фильтрация ее в нижележащие слои грунта. Его можно уменьшить, если организовать уклон засыпки в направлении от здания и обеспечить надлежащее уплотнение засыпки, которое позволит избежать образования полостей, способных накапливать значительные объемы воды, и создаст лучшие условия для ее отвода. В тех случаях, когда для обратной засыпки используют хорошо фильтрующий грунт, сверху необходимо укладывать слой плотного естественного грунта, глины или же любого другого водонепроницаемого грунта, что позволит организовать отвод дождевых вод по поверхности и уменьшить, либо исключить, их доступ к зданию. Устройство систем отвода воды с поверхности и непосредственно от здания также позволяет избежать поступления дополнительного количества воды в подземные горизонты,
Временное давление воды на стены возможно также весной, когда земля непосредственно около здания оттаивает раньше под воздействием тепла, выделяющегося в помещении. Грунт, находящийся дальше от здания, в этом случае продолжает оставаться в мерзлом состоянии и водонепроницаемым. Оттаявший грунт будет служить своего рода резервуаром, в который поступает вода, образующаяся при таянии снега и выпадающая с ранними дождями, что приведет к созданию давления на стены здания. Способность грунта образовывать зазоры и увеличивать водопроницаемость между засыпной стеной осложняет решение проблемы.
Возможность постепенного нарастания временного давления на заглубленное здание создает наибольшие трудности при проектировании системы контроля влажности в зданиях, фундаменты которых расположены выше горизонта грунтовых вод. Если временное давление не поддается расчету, то применение системы дренажа может не дать желаемого результата, пото-
му что она не рассчитана на прием напорных вод. Это явление наблюдается во многих домах как оборудованных, так и не оборудованных системой дренажа, в которых весной или во время сильных дождей появляется течь.
С небольшим протеканием в складских или подсобных помещениях можно смириться, но оно должно быть совершенно исключено в жилых помещениях. Необходимо также отметить, что многие дома строятся с маломощными системами дренажа или вовсе без таких систем и при этом в них никогда не возникает протечка воды. Автор проекта должен решать, насколько оправдана экономия средств на системе отвода воды по сравнению с возможностью появления течи в здании.
Передача пара. Существует мнение, что проникание водяных паров через стены сооружения увеличивает влажность окружающего грунта. На самом деле механизм этого явления выглядит несколько иначе. Давление водяных паров зависит от их температуры: чем выше температура, тем больше давление. Известно, что газы и пары имеют тенденцию перемещаться из области высокого давления в область низкого давления, а так как температура в заглубленном здании почти всегда выше температуры окружающего грунта, то трансмиссия паров почти всегда будет направлена из помещения в окружающий грунт.
В обычном здании тепловой барьер создается на внут- 104
ренней поверхности стены таким образом, чтобы водяные пары не могли конденсироваться на этой поверхности п вызывать повышенную влажность в помещении. Это же справедливо и для заглубленных зданий. Конденсация паров воды будет наблюдаться там, где температура конструкций ниже температуры точки росы. Более подробно этот вопрос рассматривается при обсуждении особенностей размещения пароизоляции. Поэтому не имеет значения, служит ли гидроизоляция еще и хорошей пароизоляцией. Эти два качества часто удачно сочетаются, тем не менее условия предотвращения капиллярной влажности будут рассмотрены ниже.
Капиллярная влажность больше, чем конденсация, вызывает самые серьезные осложнения в цокольных этажах. Влага, находящаяся в грунте, по капиллярам может проникать в стены. Если влажность воздуха в помещении невелика, влага испаряется, что приводит к увеличению относительной влажности. Появится влага на стенах” или нет, будет зависеть от соотношения скорости проникания ее через стену и скорости испарения. Если скорость испарения влаги достаточно мала из-за высокой влажности воздуха или его низкой температуры, а количество влаги, проникшей в стены, достаточно велико, то поверхность стены станет влажной. Если же скорость испарения окажется высокой, то влага может испариться еще до трго, как она
достигнет поверхности crfC甘ы. Стена окажется сухой, но может резко увеличиться относительная влажность воздуха.
Существует два метода устранения этого капиллярного потока. Первый состоит в том, что применяют водонепроницаемый барьер, например гидроизоляцию, или паро- изоляцию, используя пароизолирующие материалы, противодействующие капиллярному потоку; наличие небольших дефектов в них не ограничивает возможность применения материалов, если только речь идет не о воде, находящейся под давлением.
В качестве более эффективного метода используют воздушные полости, которые разрывают капиллярный поток. Исследования, проведенные в Швеции и Норвегии (см. библиографию) показали, что наибольший эффект дает применение воздушных полостей или же пароизола из грубых волокнистых материалов толщиной 5 см. Действительно, использование воздушных полостей позволяет отказаться от пароизолирующих материалов, потому что капиллярный поток прерван. Следует еще раз напомнить, что воздушная пароизоляция не может применяться при наличии грунтовых вод; в этом случае обязательно требуется устройство Дренажа вокруг здания. При большом количестве воды вокруг здания она заполняет воздушные полости и делает их бесполезными. Согласно исследованиям, проведенным в Швеции, при наличии грунто- Rbix вод по низу стены требу-
Рис. 5.3. Шведская система:
/ — фундаментная стена, оштукатуренная на 100 мм ниже поверхности земли; 2 — верхний слой грунта; 3 — слой минераловаты минимальной толщиной 50 мм； 4 — стена из бетонных блоков толщиной 200 мм; 5 — песчано-п)авийная засыпка； 6 — штукатурка； 7—битумная обмазка в два слоя; 8 ——цементный раствор с уклоном 2 ： 1； 9 — бетонный пол толщиной
'100 мм
ется устройство двойной битумной изоляции на высоту 60 см над фундаментом.
УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖА
Использование дренажа позволяет уменьшить периодичность и продолжительность воздействия воды на конструкции. Применение дрен, уложенных ниже уровня грунтовых вод, кроме того, позволяет отказаться от необходимости рассчитывать стены и пол здания на давление воды. В тех случаях, когда дрены закладывают ниже уровня грунтовых вод, необходимо максимально увеличить глубину их укладки, что обеспечивает лучшие условия работы фундаментов и пола здания. Даже
Рнс. 5.4. Виды дренажа:а — плохо дренирующие грунты (илы, глины)； б — хорошо дренирующие грунты (Пески,гравий)/ ——дренирующая гравийная засыпка; 2 — дренаж недостаточен： вода выпирает пол здания；3 — плохо дренирующий грунт; 4 — гравийная засыпка обеспечивает необходимое пониже-ние уровня грунтовых вод и предотвращает появление капиллярной влажностиРнс. 5.4. Виды дренажа:а — плохо дренирующие грунты (илы, глины)； б — хорошо дренирующие грунты (Пески,гравий)/ ——дренирующая гравийная засыпка; 2 — дренаж недостаточен： вода выпирает пол здания；3 — плохо дренирующий грунт; 4 — гравийная засыпка обеспечивает необходимое пониже-ние уровня грунтовых вод и предотвращает появление капиллярной влажности
Рнс. 5.4. Виды дренажа:
а — плохо дренирующие грунты (илы, глины)； б — хорошо дренирующие грунты (Пески,гравий)
/ ——дренирующая гравийная засыпка; 2 — дренаж недостаточен： вода выпирает пол здания；
3 — плохо дренирующий грунт; 4 — гравийная засыпка обеспечивает необходимое пониже-ние уровня грунтовых вод и предотвращает появление капиллярной влажности
Рнс. 5.4. Виды дренажа:
а — плохо дренирующие грунты (илы, глины)； б — хорошо дренирующие грунты (Пески,гравий)
/ ——дренирующая гравийная засыпка; 2 — дренаж недостаточен： вода выпирает пол здания；
3 — плохо дренирующий грунт; 4 — гравийная засыпка обеспечивает необходимое пониже-ние уровня грунтовых вод и предотвращает появление капиллярной влажности
при отличной работе дрен уровень грунтовых вод всегда будет несколько выше отметки верха трубы, при этом крутизна депрессионной кривой зависит от водопроницаемости грунта.
Рассмотрим некоторые положения, касающиеся проектирования дренажных систем:
для обратной засыпки здания желательно использовать хорошо дренирующий грунт, за исключением верхнего слоя, который должен быть водонепроницаем;
чтобы предотвратить попадание частиц ила и глины в дренажные трубопроводы, засыпка должна выполнять роль фильтра. Для более надежной защиты дрен от заиления следует применять фильтрующие материалы. Крупность и материал засыпки, которая работает в качестве фильтра, можно обговорить с фирмой, производящей инженерные
изыскания на площадке строительства;
если депрессионная кривая, создаваемая дренами, уложенными по периметру, будет находиться выше уровня пола, то под полом следует уложить дополнительные дрены;
на падающем рельефе дрены желательно выводить непосредственно на поверхность земли. При ровном рельефе систему дренажных трубопроводов можно подсоединить к ливневой канализации или же к колодцу, из которого затем будет организована откачка воды. Обычно подсоединить дренажную систему к бытовой или ливневой канализации невозможно, поэтому воду следует откачивать и отводить в соответствующие водоприемники либо разбрызгивать по поверхности земли;.
желательно предусмотреть прочистку дренажных трубопроводов.
МЕТОДЫ ПАРОИЗОЛЯЦИИ
Пароизолирующие материалы прерывают капиллярный поток в стене. Однако сами по себе они слишком тонки, имеют очень малую стойкость при образовании в стене трещин и весьма недолговечны, чтобы их можно было считать хорошими гидроизолирующими материалами. Хотя пароизоляция позволяет решить некоторые проблемы, связанные с влажностью, однако эффективность ее невелика; она не предотвращает проникания воды и ее ремонт невозможен. Рассмотрим некоторые способы пароизоля- ции.
Состав бетона. Существует несколько способов уменьшения водопроницаемости бетона: максимальное уменьшение водоцементного отношения, тщательное вибрирование бетона при укладке, правильное распределение арматуры во избежание появления трещин в бетоне, которые появляются при его высыхании. Введение некоторых видов добавок позволяет заполнить капиллярные каналы в бетоне, другие добавки действуют при повышении влажности. Эти способы позволяют уменьшить влагопроницаемость стен, но бетон имеет тенденцию к тре- щинообразованию при высыхании (за исключением случаев применения расширяющегося цемента), что приводит к нарушению плотности конструкции. Устранение протечек в конструкциях, в первую очередь, особенно важно при строительстве резервуаров, од
нако оно не менее важно и для зданий, где самые небольшие протечки могут испортить отделку стен, потолка и пола.
Штукатурку можно наносить как на наружную, так и на внутреннюю поверхности стены, однако лучше всего выполнять по наружной поверхности стены, так как в этом случае вода будет прижимать ее к стене. Между тем при оштукатуривании внутренней поверхности стены под давлением воды штукатурка может отслаиваться (наружная штукатурка, кроме того, предохраняет арматуру от влаги и, следовательно, от коррозии). Появление трещин в стене приводит к появлению трещин к штукатурке.
Битумное покрытие можно выполнять в холодном или горячем виде, а наносить разбрызгиванием, кистью или обмазыванием. Нанесение обмазкой более эффективно, так как позволяет получить более плотный слой и обеспечивает лучшую адгезию. Покрытие, нанесенное в горячем виде, при остывании становится хрупким, а покрытие, нанесенное в холодном виде, хорошо закрывает трещины в конструкциях, если эти трещины невелики. Битумные эмульсии постепенно разрушаются под воздействием воды, а качество битума, поставляемого в строительство за последние годы, ухудшилось.
Смолы — более стойкий материал, чем битумная эмульсия. Смолы, которые могут в настоящее время использо* ваться в строительстве, не получили широкого распростра-
нения, так как во время эксплуатации выделяют сильный запах. Наиболее широко применяется только смола для изоляции крыши. Она размягчается при температуре 65 ℃ и для заглубленного здания не обладает достаточной пластичностью.
Полиэтиленовая пленка—— очень дешевый материал. Под воздействием солнечного света она стареет, но будучи укрыта землей долго сохраняет свои свойства. Пленка способна длительное время предохранять конструкции от капиллярной влажности и паро- передачи, если настил выполнен аккуратно, без повреждений. Полотна пленки обычно не соединяются и поэтому в качестве гидроизоляции она не может работать. Пленкой закрывают трещины, возникающие в бетоне. Ее применяют в качестве пароизоляции для пола в случае, если уровень грунтовых вод высокий, если функционирует дренажная система и имеется гравийная подготовка.
Жидкие герметики имеют те же недостатки, что и большинство перечисленных материалов. С появлением трещин в бетоне целостность покрытия также нарушается.
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ
Рассматриваемые методы гидроизоляции не охватывают всех возможных решений; многие из них в настоящее время находятся в стадии изучения.
Рулонная гидроизоляция представляет собой бумажную или войлочную основу, на которую нанесен слой битума 108
или смолы. Рулонную гидроизоляцию укладывают минимум в 3—4 слоя. Обычно ее применяют для изоляции крыш и стен здания. Те особенности битума и смол, на которые обращалось внимание при описании пароизоляции, характерны и для гидроизоляции, выполненной с их применением. Картон достаточно прочен, но малоэластичен. Рекомендуется использовать гидроизоляцию на основе стекловолокна, так как войлок подвергается гниению при контакте с водой, а заменять гидроизоляцию на войлочной основе очень трудно.
Среди специалистов не существует единого мнения о том, какой вид рулонной гидроизоляции наиболее эффективен. Серьезный недостаток ее заключается в том, что при повреждении вода просачивается между изоляцией и стеной, нарушая адгезию нзоли- рующего слоя; при этом невозможно установить место повреждения, особенно в заглубленных зданиях.
При изоляции вертикальных поверхностей очень трудно применять горячую смолу, что сказывается на качестве изоляции. Для рулонной гидроизоляции характерно возникновение протечек в период между ее укладкой и проверкой и засыпкой здания. Изоляция должна быть эластична и перекрывать трещины, возникающие в бетоне, иначе она теряет изолирующие свойства. Рулонная изоляция крыши не обладает достаточно хорошей способностью перекрывать трещины и сохранять свои ха
рактеристики при температурах, которые присущи конструкциям заглубленных зданий. Тем не менее рулонная гидроизоляция находит самое широкое применение для заглубленных зданий и других подземных сооружений и достаточно высоко оценивается специалистами.
Битуфен представляет собой полиэтилен, покрытый вулканизированным битумом. Этот рулонный материал обладает хорошей адгезией, что позволяет использовать его для изоляции стен и крыш. Защищенный от разрушающего воздействия ультрафиолетовых лучей, он способен служить длительное время. Биту- фен характеризуется удовлетворительной трещиностойко- стью. Однако он не выдерживает длительного воздействия давления воды. Крыши, изоляция которых выполняется из этого материала, должны иметь соответствующий уклон для лучшего отвода воды. При нанесении битуфена на влажную или холодную (около 8℃) поверхность его адгезионные свойства ухудшаются. Битуфен имеет недостатки, характерные для всех рулонных материалов.
Полиэтилен иа битумной мастике. Мастику наносят непосредственно на стены, а на нее наклеивают полиэтилен; при этом стыки также промазывают мастикой. Хотя эта изоляция тоже плохо противостоит длительному давлению воды, но она достаточно эффективна при непродолжительном ее воздействии.
Полиэтилен на битумной
мастике не рекомендуется использовать для крыш; для фундаментов его можно применять только при наличии дренажной системы. Эта изоляция имеет недостатки, характерные для всех рулонных материалов.
Рулонные материалы на основе битумированной резины, ЦПДМ и неопрена обладают хорошей трещиностойкостью. Хотя они достаточно прочны, тем не менее возможность случайных протечек воды существует. Часто применяют дополнительное уплотнение, проклеивая полотна через определенные интервалы, чтобы уменьшить протечку воды при повреждении изоляции и легче обнаружить место возникновения протечек. Основная трудность применения этих материалов ——заделка швов между полотнами на строительной площадке. Этот процесс требует большого внимания и тщательного контроля.
Оценки специалистов каче^ ства этих материалов различны: от неудовлетворительных до исключительно высоких. Малькольм Узллс, применив для заглубленных зданий бутилированную резину и ЭПДМ, получил весьма хорошие результаты, которые можно объяснить тщательной укладкой и контролем за изоляцией. Эти материалы допускается использовать для изоляции стен и крыш зданий. При возможности их следует .проверять путем заливки водой.
Жидкие полимерные покрытия. Чаще всего применяют полиуретан, который луч-
' Рис. 5.5. Гидроизоляция швов:/ — конструкция Дамбелла； 2 —стык; 3 — допускает большое движение; 4 — гидроизоляция на наружной поверхности' Рис. 5.5. Гидроизоляция швов:/ — конструкция Дамбелла； 2 —стык; 3 — допускает большое движение; 4 — гидроизоляция на наружной поверхностише всего наносить мастерком. При нанесении жидких полимерных покрытий не возникает проблемы швов. Эти покрытия легко наносить на поверхности со сложной конфигурацией, например, вентиляционные трубы и т. п. Однако в процессе работы трудно контролировать толщину гидроизоляции и равномерность нанесения покрытия.
' Рис. 5.5. Гидроизоляция швов:
/ — конструкция Дамбелла； 2 —стык; 3 — допускает большое движение; 4 — гидроизоляция на наружной поверхности
' Рис. 5.5. Гидроизоляция швов:
/ — конструкция Дамбелла； 2 —стык; 3 — допускает большое движение; 4 — гидроизоляция на наружной поверхности
Жидкие материалы устойчивы к трещинообразованию, Йо их невозможно восстанавливать при повреждении. Эти материалы применяют в тех условиях, когда трудно использовать обычные рулонные Материалы. Жидкие материалы следует наносить только на сухие и чистые поверхности. Такую гидроизоляцию применять для крыш из сборного железобетона не рекомендуется.
Бентонитовые панели — это картонные панели, заполненные бентонитом ——глиной, которая при контакте с водой резко увеличивается в объеме. При расширении внутри панели бентонит хорошо уплотняется и противодействует дальнейшему прониканию воды. Устройство такой изоляции доступно даже для неквалифицированных специалистов, и она ‘легко выполняется на вертикальных поверхностях. Поскольку картон быстро разрушается под воздействием во- ПО > • :
ды, до окончания засыпки здания его необходимо укрывать от дождя. Бентонит обладает хорошей трещиностойкостью. Однако следует отметить, что слой картона, который находится между бентонитом и стеной здания, служит проводником влаги. Этот материал не подвержен старению и сохраняет свои свойства в течение долгого времени. Его не следует применять там, где дождевые воды могут постепенно вымыть бентонит, и в тех случаях, когда грунтовая вода насыщена солями, потому что они влияют на процесс расширения материала.
Бентонитовый раствор представляет собой бентонит, смешанный с вяжущим веществом (мастикой). Его можно наносить на поверхности стен или крыш методом распыления (набрызга). Хотя он более стоек к значительному увлажнению, чем бентонитовые панели, тем не менее его следует защищать от дождя до тех пор, пока засыпка здания не будет закопчена.
Бентонитовый раствор наносят слоем толщиной около 10 см, что обеспечивает полную гидроизоляцию сооружения даже при возникновении трещин в бетоне. Распространение воды между слоем изоляции и стеной весьма затруднено и поэтому течи легко локализуются. В случае постав
ки Качественного материала и тщательного производства работ гарантируется пятилетний срок службы изоляции до ремонта. Как и при любом покрытии, выполняемом методом набрызга, существует проблема равномерного нанесения материала. Для данного типа гидроизоляции не имеет значения качество поверхности, на которую он наносится, а тол- и[нну покрытия можно легко проверить, не повреждая его. В Миннесоте уже построено несколько зданий с бентонитовой гидроизоляцией и ряд специалистов дали ей высокую оценку.
Гидроизоляция швов. Применяют различные виды гидроизоляции швов, назначение которой предотвратить протечку в швах между панелями и в температурных швах. Вода проникает вдоль гидроизоляции и в случае ее некачественного выполнения будет просачиваться сквозь швы. Поэто- 'му гидроизоляция швов не рекомендуется в случаях, когда выполняется полная гидроизоляция здания. Если повреждена гидроизоляция, очень слож-
Ориентировочная стой-мость /изоляции, доллПароизоляцияЖелезнение0,75—1,10Битумное и смоляное покрытие: обмазанное (кистью)0,20—0,35набрызговая0,22—0,25обмазочное (мастерком)~0,30一0,45дополнительная шпатлевка0,20Рулонное полиэтиленовое покрытие толщиной: 0,25 мм0,130,1 мм0,8ГидроизоляцияРулонная:■в один слой0,32—0,55в три слоя0,65—0,90в пять слоев0,85—1,35Ориентировочная стой-мость /изоляции, доллПароизоляцияЖелезнение0,75—1,10Битумное и смоляное покрытие: обмазанное (кистью)0,20—0,35набрызговая0,22—0,25обмазочное (мастерком)~0,30一0,45дополнительная шпатлевка0,20Рулонное полиэтиленовое покрытие толщиной: 0,25 мм0,130,1 мм0,8ГидроизоляцияРулонная:■в один слой0,32—0,55в три слоя0,65—0,90в пять слоев0,85—1,35Тип изоляции
Ориентировочная стой-мость /изоляции, долл
Пароизоляция
Железнение0,75—1,10
Битумное и смоляное покрытие: обмазанное (кистью)0,20—0,35
набрызговая0,22—0,25
обмазочное (мастерком)~0,30一0,45
дополнительная шпатлевка0,20
Рулонное полиэтиленовое покрытие толщиной: 0,25 мм0,13
0,1 мм0,8
Гидроизоляция
Рулонная:■
в один слой0,32—0,55
в три слоя0,65—0,90
в пять слоев0,85—1,35
Ориентировочная стой-мость /изоляции, долл
Пароизоляция
Железнение0,75—1,10
Битумное и смоляное покрытие: обмазанное (кистью)0,20—0,35
набрызговая0,22—0,25
обмазочное (мастерком)~0,30一0,45
дополнительная шпатлевка0,20
Рулонное полиэтиленовое покрытие толщиной: 0,25 мм0,13
0,1 мм0,8
Гидроизоляция
Рулонная:■
в один слой0,32—0,55
в три слоя0,65—0,90
в пять слоев0,85—1,35
но обнаружить место ripoieU- кп. Швы заделывают в тех случаях, когда требуется ослабить течь, а не исключить ее.
Выступающие детали. Гидроизоляцию углов, световых фонарей, вентиляционных шахт и других выступающих конструкций и деталей следует выполнять внахлест либо для их заделки применяют специальные ленты. Нелистовая изоляция в этих местах обычно делается с утолщением.
Однако в каждом отдельном случае рекомендуется получить консультацию у специалиста об устройстве гидроизоляции. Некоторые примеры изоляции выступающих деталей приведены в третьей части книги.
СТОИМОСТЬ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ
Ориентировочная стоимость различных систем гидро- и пароизоляции основана на данных, полученных из разных источников, и соответствует ценам 1977 г. Она может изменяться в зависимости от сложности и объемов работ,
места их выполнения и количества заказов у подрядчика；
1U
ВитуфеноваЙ
Бутиловая, ЭПДМ, неопреновай Обмазочная_
Бентонитовая:,
панельная>
набрызговая'
Приведенные . стоимости могут служить только для сравнения различных систем гидроизоляции. Для каждого конкретного случая следует прежде всего выяснить реальные стоимости. Указанные стоимости относятся только к применению изоляции и в них не входит стоимость мер по ее защите.
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ
Назначение любой теплоизоляции ——уменьшить неже-* лательную передачу тепла от одной поверхности к другой. Наиболее желательное расположение изоляции ■—на наружной поверхности конструкций. Такое решение позволяет заключить здание в изолирующую оболочку. При этом создается высокая тепловая массивность, которая препятствует быстрому изменению темпе* ратуры внутри здания; это позволяет решать систему ОВ и КВ не для пиковых, а для средних условий, а внутренняя температура остается на стабильном комфортном уровне. Если по каким-либо причинам невозможно расположить изоляцию снаружи здания, она может быть размещена внутри, хотя это нежелательный вариант с точки зрения условий комфортности.
Поскольку расположение изоляции снаружи здания наиболее предпочтительно, рекомендуется применять изолиру-
0,95—0,95 1,15—1,50 〔0,70—0,95
0,60—1 一 ：0,50—0,90
ющие материалы, обладающие:
высокой стойкостью к сжимающим усилиям, что позволяет противостоять давлению засыпки (2—-3 кгс/см2);
высокой стойкостью к воде и малой гигроскопичностью для поддержания коэффициента термического сопро* тивления Ro на расчетном уровне;
высокой стойкостью к агрессивным свойствам грунта, и таким образом, долговечностью;
стабильностью размеров и высоким коэффициентом термического сопротивления R。 (приблизительно в течение 20 лет);
эластичностью, которая необходима для уменьшения образования точек утечек тепла и протечек воды между полотнами изолирующего материала;
низкой стоимостью и легкостью производства работ.
К изоляции, размещаемой внутри здания, предъявляются следующие требования:
высокая огнестойкость и отсутствие токсичных выделений при горении;
то же, что в п. 4 выше по тексту;
то же, что в п. 6;
высокий коэффициент термического сопротивления на 1 см толщины для уменьшения потерь внутреннего объема помещения.
Вид изоляцииНачальное1 значение на 1 дюймКонечное2 значение па 1 дюймСтоимость® за 1 фут бордсовыйНа 1 доллар4 затратПолистирен повышенной54,540,1628,38плотностиПористый картой42,950,1125,91Полиуретан6,892,9850,1915,68Стекловолокно3,5 (для сравнения)Вид изоляцииНачальное1 значение на 1 дюймКонечное2 значение па 1 дюймСтоимость® за 1 фут бордсовыйНа 1 доллар4 затратПолистирен повышенной54,540,1628,38плотностиПористый картой42,950,1125,91Полиуретан6,892,9850,1915,68Стекловолокно3,5 (для сравнения)Таблица 5.1. Значение А。на 1 доЛЛ.鐫偉&个Таблица 5.1. Значение А。на 1 доЛЛ.鐫偉&个1 Начальное значение.2 Значение R。спустя 10 лет.3 Стоимость установки 1 бордсового фута в 1977 г.4 Экономическая эффективность в течение 10 лет (для примера реальные Цены колебались).5 Эта цифра для полиуретана сомнительна, так как слишком мала.1 Начальное значение.2 Значение R。спустя 10 лет.3 Стоимость установки 1 бордсового фута в 1977 г.4 Экономическая эффективность в течение 10 лет (для примера реальные Цены колебались).5 Эта цифра для полиуретана сомнительна, так как слишком мала.Требование низкой стоимости относится к обоим типам устройства изоляции. Может быть предложена следующая формула: низкая стоимость= =максимальному значению коэффициента термического сопротивления в течение длительного периода времени на каждый затраченный доллар.
Вид изоляции
Начальное1 значение на 1 дюйм
Конечное2 значение па 1 дюйм
Стоимость® за 1 фут бордсовый
На 1 доллар4 затрат
Полистирен повышенной
5
4,54
0,16
28,38
плотности
Пористый картой
4
2,95
0,11
25,91
Полиуретан
6,89
2,985
0,19
15,68
Стекловолокно
3,5 (для сравнения)
Вид изоляции
Начальное1 значение на 1 дюйм
Конечное2 значение па 1 дюйм
Стоимость® за 1 фут бордсовый
На 1 доллар4 затрат
Полистирен повышенной
5
4,54
0,16
28,38
плотности
Пористый картой
4
2,95
0,11
25,91
Полиуретан
6,89
2,985
0,19
15,68
Стекловолокно
3,5 (для сравнения)
Таблица 5.1. Значение А。на 1 доЛЛ.鐫偉&个
Таблица 5.1. Значение А。на 1 доЛЛ.鐫偉&个
1 Начальное значение.
2 Значение R。спустя 10 лет.
3 Стоимость установки 1 бордсового фута в 1977 г.
4 Экономическая эффективность в течение 10 лет (для примера реальные Цены колебались).
5 Эта цифра для полиуретана сомнительна, так как слишком мала.
1 Начальное значение.
2 Значение R。спустя 10 лет.
3 Стоимость установки 1 бордсового фута в 1977 г.
4 Экономическая эффективность в течение 10 лет (для примера реальные Цены колебались).
5 Эта цифра для полиуретана сомнительна, так как слишком мала.
Таким образом, изоляция, имеющая высокую стоимость, но долго сохраняющая свои характеристики, может оказаться наиболее экономичной. В табл. 5.1 иллюстрируются характеристики четырех основных типов изоляции. Эти данные взяты из последнего отчета компании 《Доу-Кемнкал》 Дечоу и Эпштейном (см. библиографию). Поскольку обобщенных данных в этой области нет, приводимые цифры характеризуют показатели ряда образцов. В качестве таких образцов была выбрана необ- лицованная изоляция при отсутствии гидроизоляции.
Следует иметь в виду, что начальное и конечное значения R。 колеблются. Пористый картон и полиуретан характери
зуются меньшим коэффициентом термического сопротивления R。из-за гигроскопичности. Очевидно, что эти материалы необходимо защищать от воды. Облицовка изоляции или устройство внутренней гидроизоляции улучшает тепловые характеристики изоляции.
Если говорить о наружной теплоизоляции, то наиболее эффективным следует считать полистирен повышенной плотности, так как он отвечает всем предъявляемым требованиям, поэтому его можно рекомендовать в первую очередь. Для внутренней теплоизоля- иии наиболее подходит фибергласс как наиболее дешевый и в данном случае наиболее эффективный. Применять внутреннюю изоляцию для заглубленных зданий не рекомендуется. Кроме уже указанных недостатков, изоляция в слое гидро- или пароизоля- ции создаст пониженную температуру этого слоя, что может привести к конденсации влаги и увеличению влажности самой изоляции, а следовательно, и к уменьшению.
Глава 6
GB3OP ОБЩЕСТВЕННОЙ ПОЛИТИКИ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Строительные нормы регулируют стандарты проектирования н строительства индивидуальных зданий, включая стандарты на механическое, электрическое и насосное оборудование, а также стандарты только на возведение зданий. В тех случаях, когда эти нормы утверждены государственными или местными органами, они имеют силу закона.
Главным разработчиком стандартов является Министерство жилищного строительства и городского развития (МЖСиГР). Эти стандарты не имеют силы законов, но они служат основанием для выделения государственных ссуд на жилищное строительство и поэтому имеют весьма важное значение для финансирования жилищного строительства в настоящем или будущем, а также для возможной перепродажи построенных зданий.
Служба обеспечения безопасности труда и здравоохранения также разрабатывает нормативы, которые могут оказать влияние на процесс строительства здания. Они связаны с обеспечением безопасности производства работ и имеют силу закона.
Юридические аспекты рассматривают взаимосвязь окружающей среды со строительством. Они пересекаются со строительным и местным законодательствами, так как в этих законодательствах могут содержаться положения, входящие в противоречие с действующими законами.
Муниципальные законодательства не рассматривают технологию производства работ по возведению зданий, однако контролируют тип здания, размеры и местоположение его с целью предупреждения возможных осложнений с окружающей средой. Эти законодательства могут существенно различаться в противоположность строительным нормам, которые весьма схожи даже в самых разных частях страны.
Финансовые положения включают вопросы налогового обложения, аспекты стр аховой политики и финансирования строительства заглубленных зданий.
62. СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
Строительные нормы могут применяться только в том случае, когда они утверждены соответствующими местными или государственными органами. Их влияние обычно распространяется на все города и большинство пригородных территорий. Строительное законодательство направлено главным образом на обеспечение безопасности, здоровья, общественного благосостояния и защиту имущества.
Имеется ряд национальных законодательств (см. библиографию), разработанных в такой форме, которая может быть одобрена властями штатов или местными органами. Например, в Миннесоте Единые строительные нормы (ЕСН) были одобрены с некоторыми изменениями и приняты как строительные нормы штата, а их действие распространено на всю территорию штата. Таким образом, сельские ' территории, которые раньше не были охвачены строительным законодательством, теперь автоматически попадают под влияние строительных норм штата. Поскольку в книге рассматривается строительство в Миннесоте, в дальнейшем будем ссылаться на положения Единых строительных норм, принятых штатом. Законодательные органы совместно выработали документ под названием《Нормы проектирования и строительства жилых зданий на одну и
две семьищ, который учитывает требования всех национальных норм. Основные положения, касающиеся строительства заглубленных жилых зданий, т. е. требования к освещению, устройству выходов из здания, почти идентичны требованиям ЕСН. Это означает, что приводимая здесь информация имеет более широкое применение, чем только на территории, где приняты ЕСН. Международная конференция строительных организаций (МКСО) издает не только ЕСН, но и другие нормы и руководства (см. библиографию) .
Обычно строительные нормы преследуют две цели:
определить условия эксплуатации сооружения, т. е. надежность и безопасность конструкций, обеспечение оптимальных условий проживания людей, обеспечение пожарной безопасности и т. д.;
создать такие условия для проектирования, чтобы принятые строительные решения могли удовлетворять изменяющимся условиям эксплуатации здания.
Инструктивные указания предназначены для того, чтобы облегчить взаимопонимание между заказчиком и строительной администрацией. Они обычно рассматривают вопросы выбора площадки, способов производства работ и имеют весьма продолжительный срок действия, поэтому автоматически позволяют увязывать принимаемые решения со строительными нормами. Это дает возможность подрядчику быть уверенным в том, что проект
ная документация позволит построить здание, отвечающее требованиям строительных норм, которое будет соответствовать своему назначению и условиям эксплуатации. Работа строительной администрации в этом случае также облегчена, потому что отпадает необходимость в дополнительной проверке принятых решений, если они соответствуют нормам.
К сожалению, различие между двумя критериями не всегда очевидно. Рассмотрим это положение применительно к заглубленным зданиям. Во- первых, общее требование, что каждая комната должна иметь необходимый уровень освещенности и вентиляции, в строительных нормах не находит конкретного выражения. Вместо этого в инструкции по проектированию указано, что каждая жилая комната должна иметь оконные проемы суммарной площадью не менее 0,1 площади пола (при этом допускаются небольшие отклонения) . Такое положение приводит к большим несоответствиям в местных строительных законодательствах, так как они должны отвечать лишь самому общему требованию. Поэтому местным законодательным органам приходится рассматривать самые различные варианты, зачастую существенно отличающиеся от предписываемых нормативами, хотя возможны какие-то промежуточные решения. Принять решение, отличное от предписываемого нормами, можно только при условии, что эти отклонения
будут санкционированы соответствующим ведомством, и эта процедура будет весьма сложна и достаточно длительна.
В качестве другого примера могут служить требования, предъявляемые к конструкции крыши. Раздел 3201 ЕСН устанавливает, что конструкция крыши должна отвечать требованиям, изложенным в этих нормах, или другим требованиям к данному элементу конструкции.
Обычно строительные нормы не учитывают особенности проектирования заглубленных зданий, поэтому для этих зданий решение крыши должно соответствовать разделу 106 «Дополнительные требования к материалам и методам, применяемым в строительстве». В этом разделе говорится: «Применение настоящих требований не ограничивает использование других материалов или методов, не предусмотренных этими требованиями； применение любых других решений поощряется». Соответствие прочности, эффективности, огнестойкости, долговечности и безопасности здания требованиям нормативов — на совести подрядчика. В этом случае применение каких-либо иных материалов не всегда должно подтверждаться законодательством; подрядчик может сам принять решение при условии его обоснования.
В качестве примера возьмем такой элемент заглубленного здания, как крыша. В этом случае строительный инспектор вправе требовать только проверки несущей способности 116
крыши квалифицированным специалистом.
В течение длительного времени существовали разногласия между защитниками предписывающих и исполнительных норм. Предписывающие
нормы не устанавливают жестких ограничений и больше подходят для обычных зданий,
для которых число индивидуальных разработок сведено к минимуму. В других случаях эти стандарты могут оказаться неоправданно жесткими или вовсе непригодными. Они допускают лишь очень небольшие отступления от установленных параметров. В то же время исполнительные стандарты определяют конечный результат, не ограничивая путей его достижения. Однако исполнительные стандарты требуют одобрения окончательного решения местными законодательными органами, но возможны случаи, когда эти решения окажутся вне сферы компетенции местных органов.
Положение, при котором местные органы могут принимать окончательное решение относительно проектных решений, позволяет несколько смягчить требования нормативов, но в то же время это вносит в проектирование элемент неопределенности. Местные органы, не принимающие участия в разработке проекта, в этом случае могут иметь больше оснований для отрицательного заключения, чем при применении предписывающих нормативов. Привлечение к работе квалифицированных архитекторов и инженеров может об
легчить эту ситуацию. Такие специалисты могут представить местным органам квалифицированную информацию или необходимые данные, подтверждающие правильность принятых решений.
'Основные положения, влияющие на выбор решения заглубленного здания, могут быть сформулированы так:
жилые комнаты должны иметь площадь остекления более, чем 0,1 площади пола;
площадь остекления должна быть не менее V20 площади пола, если не применяется механическая вентиляция;
спальни должны иметь окна или двери, выходящие непосредственно на улицу.
Первое требование было выдвинуто давно. Оно относится к разряду специфических требований и законодательные органы соглашаются на какие-либо отступления от него с большой неохотой. Никаких изменений не было внесено в этой области во время последнего пересмотра энергетических нормативов, и нет никаких предпосылок, что это будет сделано в ближайшее время, хотя отдел стандартов М.,ЖСиГР предлагает уменьшить минимальную площадь остекления до 8% площади пола.
Для большинства заглубленных зданий выполнение этого требования не представило бы затруднений, хотя в некоторых случаях процесс проектирования мог бы усложниться. Разница во взглядах на эту проблему между энтузиастами строительства заглубленных зданий и законо-
дателями в строительстве не касается жилых комнат, столовых и кухонь, для которых почти все единодушно признают необходимость естественного освещения и наличия соответствующего вида из здания. Разногласия возникают по поводу рабочих комнат или кабинетов и спален. Многие считают возможным отказаться от естественного освещения для таких помещений и предлагают размещать их у задней стены заглубленного здания, не имеющей оконных проемов. Расположение этих помещений по открытой стене осложняет планировку здания и увеличивает площадь этой стены. Из трех приведенных требований это требование вызвано лишь необходимостью и, видимо, целесообразно, чтобы каждый человек мог сам определять, нужно ли ему дневное освещение или нет.
Второе требование относительно соотношения естественной и искусственной вентиляции представляется достаточно обоснованным и позволяет каждому проектировщику выбирать любую из этих систем. Выполнить механическую вентиляцию нетрудно. В самом деле, при наличии приточной системы отопления или охлаждения необходимая циркуляционная система уже включена в проект. Естественная вентиляция заглубленных зданий также допустима, и проектировщик всегда имеет возможность выбора любого решения, описанного выше.
Третье требование о выходе из спальных комнат представляется наиболее неясным.
Рнс. 6.象Рнс. 6.象
Рнс. 6.象
Рнс. 6.象
Причина, вызвавшая появление этого требования, весьма серьезна: в случае возникновения пожара в другой части здания люди могут быстро покинуть его, минуя задымленную или даже горящую часть здания. Поскольку в спальне могут находиться пожилые или больные люди, были введены ограничения на размер окон и высоту их от уровня земли. Следует отметить, что окна не всегда могут служить аварийным выходом. На вто
ром этаже или выше окна обеспечивают доступ свежего воздуха, однако использование их в качестве аварийного выхода связано с риском. Очевидно, что в зданиях с ограниченными оконными проемами защите людей от огня и дыма должно уделяться самое серьезное внимание.
Основной контрдовод возникает в тех случаях, когда существует необходимость обеспечивать безопасность людей каким-либо другим способом. Прежде всего это касается зданий для семей, имеющих детей, когда родители и дети находятся в разных частях здания и поэтому должны быть приняты другие меры обеспечения безопасности.
В этом случае существующие нормы позволяют обеспечить проектирование заглубленных зданий. В самом деле, все приведенные в настоящей книге планировки зданий удовлетворяют требованиям строительных норм. Например, соблюдение минимальной площади остекления позволяет осуществлять контроль за качеством проектирования.
В разных частях страны были предложены и приняты некоторые варианты требований строительных норм:
Вариант I. Дом Энди Дэвиса в Армингтоне (Иллинойс), представляет собой же- лезобетонпую конструкцию с отделкой из естественного камня. В отделке здания не применялись сухая штукатурка, дерево и т, д. и единственным сгораемым материалом является мебель, которая при горении выделяет довольно большое количество токсических веществ.
План здания показан на рис. 6.1 (/ — общая комната; 2 ——спальня; 3 — ванная; 4 — столовая-гостиная; 5 ——спальня хозяев； 6 ——туалет-ванная; 7 — кухня; 8 — кладовая). Этот план был одобрен законодательными органами нескольких штатов, исходя из следующих положений:
перед каждой спальней, не имеющей аварийного выхода, .установлен сигнализатор задымленности;
если внутренние перегород- ки выполнены из сгораемого материала, то световые фонари служат аварийными выходами, для чего их оборудуют приставными лестницами;
коридор расположен сзади всех спален и ведет к запасному выходу. Коридор должен бнтъ оборудован огнестойкими дверями, которые задерживают дым в течение времени, достаточного для того, чтобы люди могли покинуть здание (это решение применяется при устройстве перегородок из сгораемого материала);
в доме, проданном Солар-
Эёф Энерджи Хоуме (Огайо), спальня 3 не имеет прямых аварийных выходов. Здесь существуют два альтернативных решения: один выход через здапие и второй через крытый атриум (рис. 6.2: / — жилая комната; 2 ——столовая; 3 ——общая комната; 4 ——кухня; 5 —— спальня 3; 6 — спальня 2; 7 —— спальня 1; 8 —— солярий;
9 — встроенный шкаф; 10 — гараж; 11 ——кладовая).
В настоящее время мы не можем уверенно сказать, что установка датчиков задымления позволяет обходиться одним выходом из здания. Вследствие того, что сейчас во всех новых домах обязательна установка датчиков задымления, не представляется воз- можным сделать вывод: достигаются ли этим требования, предъявляемые строительными нормами к пожарной безопасности здания или обязательно устройство аварийных выходов. Во всяком случае, только за счет установки датчиков можно обеспечить большую безопасность людей, чем при устройстве пожарных выходов без установки датчиков.
. Открывающиеся световые фонари с приставными лестницами в большинстве случаев могут быть весьма эффективным средством эвакуации людей. Для старых, больных и слабых людей этот способ эвакуации непригоден. Однако для таких людей выбраться через окно высотой в 61 см и шириной 60 см, находящееся на уровне 112 см от земли, также очень трудно.
Все это приводит к более широкой постановке вопроса:
Дйл^ей лн человек прбектйро^ вать дом с учетом собственных нужд или же обязан принимать во внимание потребности будущего владельца и других людей. С точки зрения администратора, работающего в области строительного законодательства, ответ совершенно ясен: все здания время от времени меняют владельцев и какие-либо особые требования первого из них не должны создавать угрозу безопасности последующих.
С точки зрения возможного подрядчика, вопрос сравнительно ясен: почему мы обязаны строить заказчику дом, учитывая требования, которое не имеют никакого отношения к его потребностям? К счастью, строительные нормы учитывают долговременный опыт лучших образцов строительства, который позволяет создать требования, приемлемые в подавляющем большинстве случаев. Потенциальный подрядчик должен быть готов встретиться с различными возражениями и опровергнуть их вариантами проектных решений.
Коридор, объединяющий спальни и позволяющий достичь запасного выхода, обеспечивает безопасность людей в той же степени, что и окна, выходящие на улицу. Кроме того, создается дополнительное удобство： чтобы попасть в спальню, не обязательно пересекать основные помещения. Для старых и больных людей эвакуация через дверь значи^ тельио удобнее, чем через окно. Для больших зданий можно рекомендовать устройство 120
ДЙуЯ пожарных выходов. Наличие двух запасных выходов в планировке Солар-Эёф Энерджи Хоум обеспечивает полную безопасность людей. Если такое решение будет принято в качестве альтернативы строительным нормам, то при планировке следует обеспечить свободный выход из здания в случае эвакуации, т. е. пожарный выход не должен проходить через гараж, кладовую и т. д. Основной недостаток устройства второго выхода заключается в том, что приходится вкладывать в него дополнительные средства, не получая дополнительной полезной площади. Этот недостаток может быть несколько уменьшен, если второй запасный выход будет выполнять какую- либо дополнительную функцию, например, служить атриумом.
Дальнейшее улучшение оборудования пожарного выхода может предусматривать применение механической вентиляции, создающей в пожарном коридоре или атриуме избыточное давление (например, в больших зданиях для защиты путей эвакуации от задымления) .Вследствие движения воздуха из коридора или атриума они остаются свободными от дыма до тех пор, пока огонь (за счет нагрева воздуха) не создаст давление большее, чем в остальной части здания. Еще одним решением может быть устройство окон, выходящих на крытую веранду.
При проектировании выходов и естественного освещения необходимо учитывать следующие два обстоятельства.
Может быть желательным устройство небольших высоко расположенных окон, которые, обеспечивая максимальную эффективность земляной засыпки, в то же время позволяют осуществлять естественное освещение, вентиляцию и одновременно могут служить запасным выходом. Если окно служит запасным выходом, то максимальная высота подоконника не должна превышать НО см. Это не позволяет располагать их так высоко, как хотелось бы.
Установка какого-либо ящика, служащего для хранения различных предметов, а также в качестве сидения, или устройство возвышения, предусмотренного конструкцией пола, может позволить поднять подоконник на 110 см от этих конструкций и таким образом поднять все окно. Однако такая конструкция должна иметь достаточные размеры и высокую прочность. Кроме того, может потребоваться устройство нескольких ступенек, чтобы подняться на эту конструкцию. Можно сказать, что здесь все зависит от габаритов спасаемых. Трудно себе представить, чтобы человек, который в состоянии выбраться че- рез окно высотой 6) см, шириной 51 см, находящееся на высоте 112 см от уровня земли, не мог подняться на ступень высотой 61 см. Даже пожилой человек, сумевший подняться на такую ступень, может эвакуироваться через окно, но если он не в состоянии сделать этого, то спасательные работы будут затруднены. Та- вде аргументу возможны В
некоторых случаях, а простой довод «что — если?» может при некоторых условиях затруднить применение действующих норм.
В соответствии с разделом 1405(a), для жилых комнат возможно совместное решение проблем естественного освещения и вентиляции. Наилучшее решение может быть найдено при открытой планировке здания для жилых комнат, столовых и кухонь. Весьма эффективно применять раздвижные перегородки для кабинетов, спален в небольших зданиях или спален для гостей. Законодательные органы Миннесоты не считают, что раздвижные перегородки полностью удовлетворяют требованиям строительных норм. Все зависит от применяемых перегородок: достаточно тяжелые могут создавать различные трудности в эксплуатации по сравнению с более легкими.
Была сделана попытка пересмотреть Единые строительные нормы применительно к требованиям проектирования заглубленных зданий. Цель работы — выяснить проблемы, характерные для проектирования заглубленных зданий. Вследствие некоторых причин, эта работа не могла учесть всех требований, предъявляемых к проектированию заглубленных зданий. При проектировании для решения отдельных проблем следует пользоваться соответствующими нормами по конкретным разделам. Нормы на водоснабжение, электроснабжение и меха- ничсско^ оборудование не пе-
ресматривались, так как в существующем виде они лишь в малой степени применимы для проектирования заглубленных зданий. При включении в строительные нормы новых методов отопления, охлаждения и аккумуляции энергии могут быть учтены некоторые особенности. Как и во всем, что касается разработки новых строительных норм, следует прибегать к помощи специалистов, которые могут дать компетентные рекомендации.
СТАНДАРТЫ МИНИМАЛЬНОЙПРИГОДНОСТИ МЖСиГР
Это основной документ, определяющий минимальную степень пригодности стандартов на проектирование и строительство для различных про- грамм Министерства жилищного строительства и городского развития. Они также используются федеральной ад- министрацией жилищного стр оительства для определения возможности выделения ссуд на сооружение здания.
Здесь будет дан лишь краткий обзор строительных норм, касающийся заглубленных зданий. При разработке стандартов для заглубленных зданий ставятся три основные задачи:
Создание улучшенных стандартов на проектирование и строительство на базе уже имеющихся знаний и опыта, которые были бы применимы в любых местных условиях.
Ускоренное внедрение новых технологий в проектировании и строительстве путем улучшения качества и уменьшения стоимости.
Улучшение условий окружающей среды городских территорий.
В настоящей книге приводятся ссылки на стандарты, предназначенные для проектирования жилых зданий на одну и две семьи (издание 1973 г.). Стандарты разработаны на основе большого числа данных, полученных в результате осуществления лучших решений в области строительства. Однако следует подчеркнуть, что соответствие
проектных решений стандартам МЖСиГР еще не означает целесообразность финансирования строительства. Эти решения должны быть одобрены общественностью и только в
этом случае можно рассчитывать на поддержку частных банков.
Стандарты МЖСиГР и строительные нормы совпадают в своих основных положениях. Отметим лишь три существенных отличия:
минимальная площадь остекления по стандартам МЖСиГР в ближайшее время может быть уменьшена до 8%, между тем, согласно строительным нормам, площадь остекления должна составлять 10%；
согласно стандартам МЖСиГР, наличие механической вентиляции в жилых ком
натах, столовых, спальнях и т. д. необязательно;
.3) в спальне непременно должны быть два пожарных выхода вместо окна или двери, выходящей на улицу.
Стандарты представляют* ся более приемлемыми с точки зрения развития новых путей
в строительстве, чем строительные нормы. При использовании стандартов МЖСиГР для подземных зданий в процессе работы встретится меньше трудностей. Местные строительные законодательства часто предъявляют довольно неожиданные требования; напри- мер, законодательство Миннеаполиса предусматривает, что глубина заложения фундаментов должна быть на 120 см выше уровня грунтовых вод. Национальные стандарты в свою очередь допускают устройство помещений ниже уровня грунтовых вод при условии наличия совершенной гидроизоляции конструкций.
СТАНДАРТЫ
СЛУЖБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯБЕЗОПАСНОСТИ
И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
Эти стандарты имеют силу закона и направлены, прежде всего, на обеспечение безопасности людей при производстве работ. Применительно к строительству заглубленных зданий наибольшее отношение имеет раздел, посвященный устойчивости котлованов и траншей. Очень много людей погибает ежегодно прн обрушениях откосов котлованов и траншей. Стандарты службы обеспечения безопасности и здравоохранения требуют, чтобы стенки котлованов и траншей глубиной более 1,5 м имели естественные откосы или крепления. Они также предписывают устройство креплений откосов и при глубине менее 1,5 м при неустойчивых откосах. Для укрепления откосов можно
применять инвентарные крепления. При глубине траншей более 1,2 м требуется устанавливать лестницы не более, чем через 7,5 м по длине траншей. Стандарты также дают подробные рекомендации по креплению откосов н углам естественного откоса в зависимости от типа грунта. Однако в ближайшем будущем ожидается внесение изменений в эти стандарты.
65 ЮРИДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Юридические аспекты строительства заглубленных и обычных зданий несколько различаются. Поскольку для многих заглубленных зданий участок можно использовать самым различным образом, юридические аспекты строительства весьма сложны. Для зданий, принадлежащих одной семье, осложнений юридического характера почти не возникает, за исключением случаев, когда необходимо производство каких-либо работ на участке.
Рассмотрим пять юридических аспектов, характерных для заглубленных зданий. Некоторая информация получена только для тех случаев, когда требовалось мнение местных юридических органов. Между тем существует множество примеров, когда решение тех или иных проблем зависит от различных обстоятельств и мнение официальных органов не играет решающей роли.
Разрывы. Еще неясно, должны ли полностью заглубленные здания иметь те же разрывы, что и обычные здания. Основные причины, вы-
зывак)щие необходимость устройства разрывов, следующие： обеспечение пожарной безопасности, естественного освещения и вентиляции, создание эстетичной окружающей среды и условий для правильной эксплуатации окружающих конструкций.
Если участок невелик, владелец может стремиться к большим разрывам, чем они есть на самом деле. Для полностью заглубленного зданий! или его части три приведенные выше требования не имеют серьезного значения. Вопросы эксплуатации уже были рассмотрены при анализе требований стандартов МЖСиГР, которые отвечают всем необходимым условиям. Противопожарные требования пред-
усматривают наличие не менее чем 1,5-метрового разрыва между стеной здания и границей участка; выполнение этого условия при строительстве зданий с железобетонными
Мёстйь1ё Землеустроительные органы. Возможность возникновения таких возражений легко установить уже на начальном этапе проектирования.
Унификация. Когда проектировщик разрабатывает одновременно проекты нескольких зданий, он может оговорить унификацию ряда элементов. Такое решение позволит лучше спроектировать открытый фасад здания и глухие стены. Большинство преимуществ заглубленных зданий становится наиболее очевидными, если используется максимальное число унифицированных элементов. Это создает большую гибкость в планировке и использовании пространства. Унификация регламентируется местной админн-
странней и поэтому не может быть распространена по всей стране. В начале проектирования следует уточнить возможность использования унифицированных элементов.
оружения. Большинство выемок для заглубленных зданий не превышает глубины заложения фундаментов обычных зданий и поэтому принятые решения не требуют какого- либо серьезного юридического обоснования. Однако иногда глубина выемки значительно больше обычной или же котлован расположен чрезвычайно близко к границе соседних владений. В этих случаях следует принять меры против возможного обрушения грунта в котлован или, еще хуже, обрушения соседних зданий.
Строительные нормы предусматривают применение мер по предотвращению возможных обрушений, кроме того, ряд нормативов учитывает решение этой проблемы. Например, существуют нормы, определяющие расстояние от насыпей и выемок до соседних владений (ЕСН, ч. 70). Они также определяют порядок уведомления владельцев соседних участков и регламентируют глубину заложения в зависимости от характера соседней застройки. Хотя в строительных нормах установлена ответственность владельца соседних участков за принятие мер по обеспечению устойчивости фундамента на глубину до 4 м, это не снимает ответственности с владельца строящегося сооружения за их устойчивость при разработке котлована под строительство. Но если владелец соседнего строения извещен о предстоящих работах и отказывается усиливать фундаменты, то в случае обрушения может не получить полную компенса
ций). Те же полЬ^еййй относятся и к соседним домам, находящимся в аварийном состоянии. Рассмотрим такой пример: дом построен на плохо уплотненном основании. Сотрясение грунта, вызываемое движением автотранспорта при строительстве, вызывает дополнительное уплотнение основания. Конечно, вибрации от транспорта сами по себе не опасны для сооружения, но перемещение частиц грунта при его дальнейшем уплотнении может привести к нежелательным последствиям.
При проектировании сооружения, требующего значительных выемок грунта, например метрополитена, большое внимание уделяют укреплению соседних сооружений и предупреждению их разрушения или появлению каких-либо дефектов. Если такие работы не были выполнены, владелец соседнего сооружения может предъявить иск о возмещении ущерба.
Воздействие грунтовых вод. Эта проблема существует для любого типа зданий. Юридические аспекты могут возникнуть в том случае, когда отводимая с соседних участков вода направляется в обход участка строительства, что дает дополнительную выгоду для застройщика, либо направляется через участок, что вызывает необходимость устройства дренажа. В последнем случае следует избегать концентрированного отвода дождевых стоков, так как это может привести к затоплению здания или эрозии почвы во время сильных дождей.
Рис. 6.4. Особенности затенения:
и расположение соседних строений
неприемлемы)
/ ——солнечный
коллектор； 2 —
о — наземное здание; б — заглубленное здание (высота
солнечное освещение зимой; 3 — площадь, находящаяс в тени
планировочных
провели совместный анализ
законода-
Права солнечной гласиться
на использование энергии. Если со- с тем, что права на
использование солнечной энергии необходимы, возникает вопрос, каким образом должен быть сформулирован закон, чтобы обеспечить право
владельца земли
на использо-
вание солнечной энергии и в то же время не ущемлялись права владельцев соседних
участков?
Солнечные
(пр
коллекторы
тельно должны быть оформлены в виде закона, но будучи законом, они становятся более действенными.
В Миннесоте рассматривался закон о праве на использование солнечной энергии, но еще не принят из-за необходимости его доработки. Энергетическое агентство Миннесоты в настоящее время разрабатывает новый закон, который затем будет представлен на рас-
тельств с целью возможного запрещения или строгого ограничения строительства заглубленных зданий. С точки зрения администрации, ответственной за планировочные, решения; если здание отвечает требованиям строительных норм, то осложнений с планировкой возникнуть не может.
Было рассмотрено так называемое «Законодательство о
рования и строительства заглубленных зданий.
Большинство планировочных законодательств предусматривают некоторые ограничения относительно минимальной площади участка или минимальной площади этажа, а в некоторых случаях требуют от жилого здания обязательного наличия гаража. Например, законодательство города Элк-Ривер устанавливает мн-
и использовании активной
солнечной энергии) или окна (при использовании
смотрение органов.
законодательных
пассивной
солнечной энергии) у заглубленных зданий расположены ниже, чем у обычных. Это обусловливает возникновение некоторых проблем в законодательстве, когда речь идет о не二 больших участках, для которых ограничения на расположение и габариты зданий, а
также на высоту растений, должны быть более жесткими.
По крайней мере в двух штатах уже приняты законы об использовании солнечной энергии.
В штате Колорадо закон предусматривает те же правила устройства конструкций, использующих солнечную энергию, как и для других устройств. Эти правила не обяза- 126
мы представляют собой одобренные местной администрацией правила, определяющие тип, размеры и посадку зданий на данной территории. Их назначение заключается в первую очередь в том, чтоб
6.6. ПЛАНИРОВОЧНЫЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА И НОРМЫ
Планировочные законода тельства и планировочные нор
избежать нерационального ис пользования земли; например они запрещаютразмещат
шумные производства на ти хой селитебной территории Планировочное законодатель ство, кроме того, рассматривает характер использования одиночных соседних строений.
Ряд небольших городов района Миннеаполис-Сен-Пол
цокольных помещениях», явление которого вызвано
по-по-
нимальную площадь для одноэтажного
этажа
здания
литикой в строительстве в послевоенные годы, когда из-за недостатка средств возводились лишь цокольные этажи зданий, а строительство основных помещений откладывалось на более позднее время. Строительство многих домов велось в течение весьма длительного времени и такие недостроенные дома долго портили вид прилегающих территорий. Однако известен лишь один город Мейпл-Гроув, принявший законодательство в этой области, согласно которому запрещалось жить в подвальных помещениях (это требование согласуется с «Едиными строительными нормами»). Строительный инспектор города Гроув заявил, что действующее законодательство будет пересмотрено, исходя из последних достижений в области проекти-
70 м2; у двухэтажного здания площадь верхнего этажа (минимальная) должна быть 65 м?, а для нижнего этажа ограничений нет.
Применительно к заглубленным зданиям это положение трактуется следующим образом： для основного жилого этажа устанавливается минимальная площадь 65 м2, а для всех остальных помещений ограничений не существует.
В городе Форест-Лейк законодательство не вводит каких-либо ограничений на строительство заглубленных зданий, за исключением территорий, которые могут подвергнуться затоплению. Планировочное законодательство может определять размеры разрывов, для заглубленных зданий они могут быть уменьшены.
Главв 7. ПРИМЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ
7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Проектные решения зданий, о которых упоминалось выше, проиллюстрируем двумя примерами. Эти здания просты и экономичны. Их можно
сравнить с хорошо выполненными, тщательно изолированными обычными зданиями, хотя они пе могут считаться совершенными. Приводимые примеры решений не следует рассмат- рнвать как оптимальные. Обращается
IIРис. 7,1.Рис. 7,1.
I
I
Рис. 7,1.
Рис. 7,1.
внимание на трн основные особенно* ст и проектов, в которых рассматривав ются: во-первых, архитектурные и планировочные решения; во-вторых, вопросы сохранения энергии; в-третьих, экономические характеристики по данным местных конструкторов. Вопросы капитальных и эксплуатационных затрат имеют первостепенную важность для строительства заглубленных жилищ,
ВАРИАНТ А
Вариант А представляет собой одноэтажное здание простого возвышающегося типа (рис. 7.1: 1 — спальня; 2 — вспомогательное помещение), с окнами, расположенными по одному фасаду. Три остальные стены засыпаны землей. Толщина засыпки крыши 46 см. Так как проект разработан не для конкретного участка, остекленная стена ориентирована на юг, что позволяет использовать пассивную солнечную энергию. Кроме того, предусмотрена поверхность для установки солнечных коллекторов на южном фасаде здания. Гараж, совмещенный с входом в здание, расположен па северной стороне здания, что позволяет разделить общие помещения и изолиро-' ванные. Здание может быть расположено как на плоском рельефе, так и на склоне.
Проект Л представляет собой здание минимальной пло- пхадью 170 м2 на одну семью. Оно имеет все необходимые помещения, включая кладовые, и помещения для механического оборудования, обычно пасполагаемые в подвалах. В этом одноэтажном здании все жилые комнаты и спальни расположены вдоль южной стены. Естественного освеще- 128
ния не требуют ванная, а также помещения для механического оборудования, стирки и кладовая ——вдоль северной стены. Такое решение привело к созданию длинного и узкого в плане здания. Хотя внутренние коммуникации в нем
имеют приемлемую протяженность, для здания больших размеров подобное решение будет уже непригодно.
" Наличие скатной крыши над жилыми комнатами, столовой и кухней позволяет обеспечить высокий уровень естественной освещенности в зимнее время; для уменьшения влияния солнечной радиации летом предусмотрены затеняющие элементы. Такое решение крыши также улучшает вентиляцию, так как нагретый воздух легче вытягивается через верхние окна.
Для проведения энергетического и экономического анализа был разработан вариант А-2, согласно которому не предусматривалась засыпка крыши. Крыша гаража может быть либо засыпана, либо нет.
ВАРИАНТ Б
Аналогично решению А, вариант Б представляет собой большое двухэтажное здание возвышающегося типа с окнами, расположенными по одному фасаду. С целью максимального использования пассивной солнечной энергии стена с окнами ориентирована на юг; остальные три стены засыпаны землей на всю высоту. Толщина засыпки крыши 46 см. Кроме того, южная стена частично засыпана землей.
Согласно проекту, вход предусмотрен с южной стороны здания; гараж находится в отдельной пристройке и соединен переходом с нижним этажом здания. Такое решение не обеспечивает четкого разделения общих и изолированных помещений как в решении Л, что компенсируется путем отделения входа от наружного пространства за счет использования разных уровней и элементов ландшафта. Полностью заглубленное двухэтажное здание наиболее целесообразно располагать на склоне, однако оно может быть построено и на плоском рельефе с большим объемом обсыпки.
Здание 5, площадью 250 м2, ■ значительно больше здания А. Оно имеет три спальни, большую общую комнату, мастерскую и отвечает потребностям большой семьи. Основные жилые помещения расположены на втором эта-
5 Зак. 1291
же, что обеспечивает больший обзор и позволяет лучше использовать солнечное освещение. Спальни, кладовая, различные вспомогательные помещения расположены на первом этаже. На обоих этажах имеются ванные; кладовые, мастерские, комнаты для механического оборудования расположены вдоль глухой северной стены. Двухэтажное здание более компактно, чем одноэтажное, и располагает лучшими внутренними коммуникациями даже при большей общей площади. Интересная особенность здания Б — наличие больших световых фонарей в жилых и общих комнатах. Они улучшают естественное освещение и вентиляцию этих больших помещений. Навесы над окнами второго этажа и балконы над окнами первого позволяют регулировать поступление солнечной радиации в зимнее и летнее время.
**ВходВход10101111^Г7^Г71212зяев； 12.~ спальня； J3зяев； 12.~ спальня； J3го оборудования;го оборудования;16 — гараж16 — гаражДвухэтажное здание в ва-Двухэтажное здание в ва-/3 — гараж/3 — гараж/2 — мастерская；/2 — мастерская；рианте В имеет потребность в одноэтажное врианте В имеет потребность в одноэтажное вболее низкую энергии, чем варианте Л,более низкую энергии, чем варианте Л,6 — общая комната; 7 — помещения； 11 — ванная；6 — общая комната; 7 — помещения； 11 — ванная；—мастерская-кладовая; 14 — ванная； 15 — комната для механнческо-—мастерская-кладовая; 14 — ванная； 15 — комната для механнческо-Рис. 7.2. Проект здания — вариант А:Рис. 7.2. Проект здания — вариант А:/ — двор; 2 — гостиная; 3 — столовая； 4 — камин; 5 — кухня; спальня; S — спальня хозяев； 9 — кладовая; Ю — вспомогательные/ — двор; 2 — гостиная; 3 — столовая； 4 — камин; 5 — кухня; спальня; S — спальня хозяев； 9 — кладовая; Ю — вспомогательныеПланПланXXСеверСевер0 4 80 4 8%/"%// /，%%/"%// /，%Север 0 4 8 16Север 0 4 8 16Рис. 7.3. Проект здании — вариант 5 (а — план верхнего этажа； б — план нижнего этажа): Z — балкон; 2 — общая комната； 3 — кухня； 4 — кухня； 5 — гостиная; 6 — световой фонарь； 7 — кладовая; 8 — комната для стирки； 5 — встроенный шкаф; 10 — камни; 11 — спальня хо-Рис. 7.3. Проект здании — вариант 5 (а — план верхнего этажа； б — план нижнего этажа): Z — балкон; 2 — общая комната； 3 — кухня； 4 — кухня； 5 — гостиная; 6 — световой фонарь； 7 — кладовая; 8 — комната для стирки； 5 — встроенный шкаф; 10 — камни; 11 — спальня хо-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
*
*
Вход
Вход
10
10
11
11
^Г7
^Г7
12
12
зяев； 12.~ спальня； J3
зяев； 12.~ спальня； J3
го оборудования;
го оборудования;
16 — гараж
16 — гараж
Двухэтажное здание в ва-
Двухэтажное здание в ва-
/3 — гараж
/3 — гараж
/2 — мастерская；
/2 — мастерская；
рианте В имеет потребность в одноэтажное в
рианте В имеет потребность в одноэтажное в
более низкую энергии, чем варианте Л,
более низкую энергии, чем варианте Л,
6 — общая комната; 7 — помещения； 11 — ванная；
6 — общая комната; 7 — помещения； 11 — ванная；
—мастерская-кладовая; 14 — ванная； 15 — комната для механнческо-
—мастерская-кладовая; 14 — ванная； 15 — комната для механнческо-
Рис. 7.2. Проект здания — вариант А:
Рис. 7.2. Проект здания — вариант А:
/ — двор; 2 — гостиная; 3 — столовая； 4 — камин; 5 — кухня; спальня; S — спальня хозяев； 9 — кладовая; Ю — вспомогательные
/ — двор; 2 — гостиная; 3 — столовая； 4 — камин; 5 — кухня; спальня; S — спальня хозяев； 9 — кладовая; Ю — вспомогательные
План
План
X
X
Север
Север
0 4 8
0 4 8
%/"%// /，%
%/"%// /，%
Север 0 4 8 16
Север 0 4 8 16
Рис. 7.3. Проект здании — вариант 5 (а — план верхнего этажа； б — план нижнего этажа): Z — балкон; 2 — общая комната； 3 — кухня； 4 — кухня； 5 — гостиная; 6 — световой фонарь； 7 — кладовая; 8 — комната для стирки； 5 — встроенный шкаф; 10 — камни; 11 — спальня хо-
Рис. 7.3. Проект здании — вариант 5 (а — план верхнего этажа； б — план нижнего этажа): Z — балкон; 2 — общая комната； 3 — кухня； 4 — кухня； 5 — гостиная; 6 — световой фонарь； 7 — кладовая; 8 — комната для стирки； 5 — встроенный шкаф; 10 — камни; 11 — спальня хо-
СравнительныеСравнительныерасчетырасчетырасхода энергии были сделаны в соответствии с результатами анализа, приведенными в разд. 3. Для каждого случая рассмотрены два варианта. Для одноэтажного строения (вариант А) расчеты произве-
Сравнительные
Сравнительные
расчеты
расчеты
дены придены приналичии засыпкиналичии засыпкикрыши и без нее. Двухэтажное здание (вариант Б) в одном случае имеет световые фонари, а в другом нет. При этом наглядно иллюстрируется влияние световых фонарей на характер потребления энергии зданием. Типы конструкций, для которых произведены
дены при
дены при
наличии засыпки
наличии засыпки
эти подсчеты, подробно рассмотрены при анализе стоимости зданий. Хотя производимые расчеты выполнены на базе средних температур и могут варьировать в довольно широких пределах, они, тем не менее, отражают характер потребления энергии зданием в первые три года эксплуата- Пии. Результаты свидетельст- вуют об исключительно низ- ком потреблении чистой энер- ги как зимой, так и летом.
хотя его площадь в 1,5 раза больше. Это можно объяснить тем, что у двухэтажного здания в зимнее время более высокое теплопоступление, чем у одноэтажного и в то же время меньше теплопотери. Это означает, что внутренние теплопо- ступлепия значительно превышают теплопотери за счет теп-
Рнс. 7.4. Кармоди и Эллисон:/ — кладовая; 2 — кладовая-мастерская; 3 — гостиная; 4 — спальня; 5 — комната для ме-ханического оборудования; 6 — столовая; 7 — комната для стиркиРнс. 7.4. Кармоди и Эллисон:/ — кладовая; 2 — кладовая-мастерская; 3 — гостиная; 4 — спальня; 5 — комната для ме-ханического оборудования; 6 — столовая; 7 — комната для стиркиТнп зданияТеплопередачаВнутренние тепло- поступленияПотребление чистой энергиизимойлетомзимойлетомзнмонлетом i4Одноэтажное, с крышей, имеющей засыпку—6023+41—1507+5900+1700— 1630+ 1741А-2Одноэтажное, с крышей без засыпки—6255+1615-1507+5900+ 1700—1862+33156Двухэтажное, без световых фонарей-3871—771—1720+6600+ 1800+1009+10295・2Двухэтажное со световыми фонарями—4170—602—1720+6600+ 1800+710+21198Тнп зданияТеплопередачаВнутренние тепло- поступленияПотребление чистой энергиизимойлетомзимойлетомзнмонлетом i4Одноэтажное, с крышей, имеющей засыпку—6023+41—1507+5900+1700— 1630+ 1741А-2Одноэтажное, с крышей без засыпки—6255+1615-1507+5900+ 1700—1862+33156Двухэтажное, без световых фонарей-3871—771—1720+6600+ 1800+1009+10295・2Двухэтажное со световыми фонарями—4170—602—1720+6600+ 1800+710+21198Таблица 7.1Таблица 7.1лопередачи и вентиляции. Кроме того, нагрузки на охлаждение у здания Б меньше, чем у здания Л, хотя внутренние теплопоступления несколько выше. Такая высокая эффективность здания Б объясняется двумя причинами. Во-первых, планировка двухэтажного здания более компактна, чем планировка одноэтажного. Хотя площадь двухэтажного здания на 50% больше (250 м2), чем у одноэтажного (170 м2) его поверхность превышает только на 15% (537 м? против 464 м2). Во-вторых, здание Б имеет более глубокую посадку и большее отношение укрытых поверхностей к открытым.
Рнс. 7.4. Кармоди и Эллисон:
/ — кладовая; 2 — кладовая-мастерская; 3 — гостиная; 4 — спальня; 5 — комната для ме-ханического оборудования; 6 — столовая; 7 — комната для стирки
Рнс. 7.4. Кармоди и Эллисон:
/ — кладовая; 2 — кладовая-мастерская; 3 — гостиная; 4 — спальня; 5 — комната для ме-ханического оборудования; 6 — столовая; 7 — комната для стирки
Тнп здания
Теплопередача
Внутренние тепло- поступления
Потребление чистой энергии
зимой
летом
зимой
летом
знмон
летом i
4
Одноэтажное, с крышей, имеющей засыпку
—6023
+41
—1507
+5900
+1700
— 1630
+ 1741
А-2
Одноэтажное, с крышей без засыпки
—6255
+1615
-1507
+5900
+ 1700
—1862
+3315
6
Двухэтажное, без световых фонарей
-3871
—771
—1720
+6600
+ 1800
+1009
+1029
5・2
Двухэтажное со световыми фонарями
—4170
—602
—1720
+6600
+ 1800
+710
+21198
Тнп здания
Теплопередача
Внутренние тепло- поступления
Потребление чистой энергии
зимой
летом
зимой
летом
знмон
летом i
4
Одноэтажное, с крышей, имеющей засыпку
—6023
+41
—1507
+5900
+1700
— 1630
+ 1741
А-2
Одноэтажное, с крышей без засыпки
—6255
+1615
-1507
+5900
+ 1700
—1862
+3315
6
Двухэтажное, без световых фонарей
-3871
—771
—1720
+6600
+ 1800
+1009
+1029
5・2
Двухэтажное со световыми фонарями
—4170
—602
—1720
+6600
+ 1800
+710
+21198
Таблица 7.1
Таблица 7.1
Интересно сравнить два одноэтажных здания: с крышей,
имеющей земляную засыпку и не имеющей ее (варианты Л и Л-2). Нагрузка на отопление е варианте Л-2 не намного выше, чем в варианте Л (1862 кВт*ч по сравнению с 1630 кВт・ч), но нагрузка на охлаждение летом значительно больше. За счет солнечной радиации через крышу в варианте А-2 теплопоступления почти в 2 раза больше, чем в варианте Л (1741 кВт-ч по сравнению с 3315 кВт*ч). Однако это превышение незначительно по сравнению с теплопоступления- ми в обычных зданиях.
Как видно из таблицы, применение световых фонарей в двухэтажном здании несколько увеличивает потери тепла зимой за счет теплопередачи и вместе с тем теплопоступление
в летнее время возрастает. Хотя применение фонарей заметно влияет на потребление энергии, но в целом оно невелико. В данном примере были использованы фонари более эффективные, чем обычные плоские или сферические, так как они обеспечивают доступ солнечной радиации зимой и значительно уменьшают ее летом.
75 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОИМОСТИ
Рассмотрим ориентировочную стоимость двух вариантов зданий. Подсчет был выполнен на основе ряда предположений 。типах конструкций и виде отделки. Принято, что стены зданий выполнены из 200-мм
монолитного железобетона; пол представляет собой 100-мм бетонную плиту. Крыша и перекрытие первого этажа двухэтажного здания выполнены из железобетонных плит, уложенных в направлении 《север — юг》， для поддержания этих плит над окнами установлены балки. В проекте Б плиты, уложенные в направлении «восток—запад》， опираются на несущие железобетонные перегородки. В проекте Б южная стена ненесущая, имеет стойки 50Х 150 мм и фиберглассовую изоляцию толщиной 150 мм.
Принято, что стены и потолки в обоих вариантах имеют гидроизоляцию на бентонитовой основе и теплоизоляцию из стирофома толщиной 100 мм,
Предварительный подсчет стоимости здания, долл:Предварительный подсчет стоимости здания, долл:вариант А170 м2 по цене 447,6 долл/м276 100гараж:—с засыпкой крыши7325без засыпки крыши5325вариант А-2..обычная крыша170 м2 по цене 431,7 долл/м273 400крыша с многослойными балками и гравийно-битумиым защитным слоем-170 м2 по цене 465,8 долл/м279 100вариант 6250 м2 по цене 436 долл/м2109 000гараж (заглубленный)6855вариант 5-2со световыми фонарями250 м2 по цене 448 долл/м2вариант А170 м2 по цене 447,6 долл/м276 100гараж:—с засыпкой крыши7325без засыпки крыши5325вариант А-2..обычная крыша170 м2 по цене 431,7 долл/м273 400крыша с многослойными балками и гравийно-битумиым защитным слоем-170 м2 по цене 465,8 долл/м279 100вариант 6250 м2 по цене 436 долл/м2109 000гараж (заглубленный)6855вариант 5-2со световыми фонарями250 м2 по цене 448 долл/м2Примечания: 1. Стоимость земли не включали.Стоимость планировочных работ учтена и составляет почти 5 тыс. долл.Стоимость услуг учтена.Учтена стоимость отделочных работ (окраска, покрытие пола и т. Д-).Стоимость приборов ие включали.Показатели стоимости приведены для района Миннеаполиса-Сеи-Пол, 1978 г.Стоимость учитывает накладные расходы, в размере 10%Примечания: 1. Стоимость земли не включали.Стоимость планировочных работ учтена и составляет почти 5 тыс. долл.Стоимость услуг учтена.Учтена стоимость отделочных работ (окраска, покрытие пола и т. Д-).Стоимость приборов ие включали.Показатели стоимости приведены для района Миннеаполиса-Сеи-Пол, 1978 г.Стоимость учитывает накладные расходы, в размере 10%
Предварительный подсчет стоимости здания, долл:
Предварительный подсчет стоимости здания, долл:
вариант А
170 м2 по цене 447,6 долл/м276 100
гараж:—
с засыпкой крыши7325
без засыпки крыши5325
вариант А-2..
обычная крыша
170 м2 по цене 431,7 долл/м273 400
крыша с многослойными балками и гравийно-битумиым защитным слоем-
170 м2 по цене 465,8 долл/м279 100
вариант 6
250 м2 по цене 436 долл/м2109 000
гараж (заглубленный)6855
вариант 5-2
со световыми фонарями
250 м2 по цене 448 долл/м2
вариант А
170 м2 по цене 447,6 долл/м276 100
гараж:—
с засыпкой крыши7325
без засыпки крыши5325
вариант А-2..
обычная крыша
170 м2 по цене 431,7 долл/м273 400
крыша с многослойными балками и гравийно-битумиым защитным слоем-
170 м2 по цене 465,8 долл/м279 100
вариант 6
250 м2 по цене 436 долл/м2109 000
гараж (заглубленный)6855
вариант 5-2
со световыми фонарями
250 м2 по цене 448 долл/м2
Примечания: 1. Стоимость земли не включали.
Стоимость планировочных работ учтена и составляет почти 5 тыс. долл.
Стоимость услуг учтена.
Учтена стоимость отделочных работ (окраска, покрытие пола и т. Д-).
Стоимость приборов ие включали.
Показатели стоимости приведены для района Миннеаполиса-Сеи-Пол, 1978 г.
Стоимость учитывает накладные расходы, в размере 10%
Примечания: 1. Стоимость земли не включали.
Стоимость планировочных работ учтена и составляет почти 5 тыс. долл.
Стоимость услуг учтена.
Учтена стоимость отделочных работ (окраска, покрытие пола и т. Д-).
Стоимость приборов ие включали.
Показатели стоимости приведены для района Миннеаполиса-Сеи-Пол, 1978 г.
Стоимость учитывает накладные расходы, в размере 10%
покрывающую крышу и верхнюю часть стены на высоту 1,5 м. Оба здания оборудованы воздушной системой отопления и каминами. Цены на окна, двери и другие элементы приняты по первой категории качества. Стоимость варианта В рассчитана как с учетом световых фонарей, так и без них. Хотя фонари выглядят очень красиво, применение их не обязательно.
В дополнение к двум основным вариантам сделаны под* счеты для варианта Л-2. Он отличается от варианта Л тем, что в нем отсутствует земляная засыпка крыши. Стоимость крыш учтена в обоих случаях. Одна конструкция представляет собой листы фанеры, уложенные по балкам сечением 50x300 мм и покрытые асфальтовой изоляцией. Эта конструкция, кроме того, имеет фибер
глассовую изоляцию толщиной 250 мм и подшивной потолок. Вторая конструкция выполнена из деревянных щитов толщиной 62 мм, уложенных по балкам из клееной древесины. Она имеет теплоизоляцию толщиной 100 мм из стирофома и укрыта битумно-гравийной смесью. Эти два типа конструкции крыши выбраны в качестве образцов.
Хотя были сделаны лишь предварительные подсчеты стоимости, тем не менее стало очевидным, что стоимость строительства заглубленных зданий сравнима со стоимостью хорошо выполненных работ по сооружению обычных зданий. Стоимость строительства изменяется в зависимости от местоположения, времени года и интенсивности строительства в данном районе.
Довольно часто подрядчик устанавливает более высокие цены на новые конструкции, что объясняется, главным образом, плохим знанием материалов и технологии. Это можеа привести к повышению стоим。， сти заглубленного здания, хотя производство работ может быть очень простым. По мере накопления опыта работы с новыми конструкциями цены на строительство могут постепенно понижаться.
Еще одна трудность, с которой можно столкнуться при строительстве заглубленных зданий, состоит в том, что подрядчики, специализирующиеся на возведении деревянных конструкций, иногда не имеют опыта или просто незаинтересованы в возведении конструкций другого типа. Многие решения заглубленных зданий, например, двухэтажные, лучше знакомы подрядчикам, имеющим опыт строительства коммерческих зданий. Таким образом, может оказаться, что лишь немногие подрядчики способны строить здания подобного типа и заинтересованы в строительстве таких небольших домов для одной семьи. Этой проблемы можно было бы избежать при массовой за* стройке.
Сравнивая заглубленной здание со зданием обычного типа, важно учитывать эксплуатационные затраты. Истинная стоимость здания не может состоять только из стоимости земельного участка и капитальных затрат. В нее должна включаться стоимость отопления и охлаждения, а также экс
плуатационные расходы. Размеры этих затрат определить заранее невозможно в связи с постоянными изменениями уровня цен. Во всяком случае, очевидно, что цены на энергию будут непрерывно расти. При увеличении стоимости энергии заглубленное здание становится экономически более эффективным, чем обычное. Например, в разделе энергетического анализа показано, что на 6000 кВт*ч меньшая отопительная нагрузка заглубленного здания позволяет его сравнивать с хорошо изолированным обычным зданием. Принимая стоимость 1 кВт-ч энергии равной 0,06 долл, (без учета инфляции), можно определить, что годовая экономия только на энергии составит 360 долл. Если же учесть расход энергии на охлаждение, то экономия будет еще больше.
Другая особенность заглубленных зданий состоит в том, что они имеют лишь одну стену, которая требует затрат на поддержание ее в рабочем состоянии. Размеры эксплуатационных расходов часто не учитывают, а они могут быть весьма значительными. Хотя капитальные затраты на строительство заглубленного здания иногда несколько выше, чем у обычных зданий, но эксплуатационные расходы у них значительно ниже. Идея строительства таких долговечных, малоэнергоемких домов, требующих небольших эксплуатационных затрат, весьма привлекательна в эпоху ограниченных материальных и энергетических ресурсов.
ЧАСТЬ II
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЖИЛИЩ
Рассмотрим различные типы, детали и варианты проектных решений, подтверждающие возможность строительства заглубленных зданий, которые отвечают различным потребностям н вкусам. Причем земляная засыпка позволяет использовать растительность в качестве «живого материала》， который каждый сезон изменяет внешний вид здания.
Для большинства зданий применяли обычные конструкции, хотя мы приводим несколько примеров использования арок, куполов и оболочек. Информация, полученная qt владельцев и архитекторов, свидетельствует о том, что стоимость этих зданий близка к стоимости обычных зданий. Согласно имеющимся дан
ным, осложнений в процессе эксплуатации этих зданий не возникает; владельцы дали самую высокую оценку своим заглубленным жилищам.
В настоящем разделе рассмотрены 16 типов существующих зданий и два проектных решения. Поскольку возможность анализа была ограничена только районом Миннесоты, в главе «Проекты для холодного климата» описаны здания, расположенные в этом климатическом районе, но в главе «Проекты для теплого климата» рассмотрены здания различных типов. При выборе примеров не учитывалась энергетическая эффективность или другие особенности; было выбрано максимальное число домов разных типов.
Глава 8ПРОЕКТЫ ЗДАНИЙ ДЛЯ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА
«УИНСТОН-ХАУС»
Местоположение:
Лайм (Нью-Хемпшир)
Архитектор:
Дон Метц
Конструктор:
Фрэнк Замечник
Год строительства:
1972
Фото:
Дон Метца, Роберта Перрона
Общая площадь:
260 м?, включая гараж
Толщина засыпки:
30 см
Конструкции: стены из бетонных блоков; покрытие
из фанеры по деревянным балкам
Изоляция:
для крыши — прессован- ■ ный фибергласс толщи
ной 4 см; для стен — зо- нолит в пустотах блоков, для пола — полиуретан толщиной 2,5 см (только по периметру) Гидроизоляция:
для крыши ——пять слоев угольной и битумной мастики; для стен ——два слоя угольной и битумной мастики; для пола изоляции нет
Система отопления:
горячее водоснабжение, местное отопление.
Дом, возводимый по проекту архитектора Дона Метца, был продан до окончания строительства. «Уинстон-Хаус» — образец типичного здания возвышающегося типа, расположенного на склоне, что обеспечивает обзор на 50 миль (см. рис. 81, план: 1—спальня; 2— общая комната; 3 ——гостиная; 4 — спальня хозяев; 5 ——гараж; 6 — вспомогательное помещение; 7 ——кухня; 8 ——столовая; 9 — кладовая). Все вспомога-
тельные помещения расположены вдоль задней стены дома, а спальни и жилые комнаты —— вдоль южной стены, имеющей большую площадь остекления для обеспечения обзора и использования солнечной энергии зимой. Затенение в летнее время обеспечивается устройством нависающих элементов. Несущие стены здания выполнены из бетонных блоков (внутренние из пенобетона) с крышей из фанеры по деревянным балкам, укрытой засыпкой толщиной от 30 до 40 см.
Владельцы очень довольны зданием и не испытывают каких-либо осложнений при его эксплуатации. Архитектор Метц остался также доволен достигнутыми результатами и
вскоре начал проектировать аналогичное здание для себя на соседнем участке (см. Белд- топ Дагаут).
«БЕЛДТОП-ДАГАУТ»
Местоположение:
Лайм (Нью-Хемпшир) Архитектор:
Дон Метц
Год строительства:
1977
Фото:
Дон Метца
Общая площадь:
205 м2
Толщина засыпки:
200 мм
Конструкции:
стены из бетонных блоков; крыша из фанеры по деревянным балкам
Рис. 90Рис. 90Рнс. 89. Белдтоп Дагаут. Разрез по восточной (западной) стене:Рнс. 89. Белдтоп Дагаут. Разрез по восточной (западной) стене:/ — подвал; 2 — теплый воздух/ — подвал; 2 — теплый воздух
Рис. 90
Рис. 90
Рнс. 89. Белдтоп Дагаут. Разрез по восточной (западной) стене:
Рнс. 89. Белдтоп Дагаут. Разрез по восточной (западной) стене:
/ — подвал; 2 — теплый воздух
/ — подвал; 2 — теплый воздух
Изоляция:
слой уретана; для крыши 7,5 см, для стен 5 см.
Гидроизоляция:
асфальтовая мастика — для крыши 5 слоев, для стен 2 слоя
Система отопления:
дровяная печь, нефтяная топка
Системы охлаждения:
нет
Дом построен на участке, аналогичном тому, на котором возведен «Уннстон-Хаус》и на этом аналогия кончается. В отличие от «Уинстон-Хаус», имеющего четкую прямоугольную планировку (/ ——общая комната; 2 ——кухня; 3 — столовая; 4 ——спальня хозяев; 5 ——вспомогательное помещение； 6 — спальня), этот дом имеет стены криволинейных очертаний, в ряде случаев применены арочные перекрытия отдельных помещений и т. д. Метц хотел продемонстрировать, что «заглубленное здание не имеет ограничений в конфигурации и предоставляет архитектору полную свободу», а также, что «технология строительства заглубленных зданий проста и базируется на применении обычных методов». Как и для «Уинстон-Хаус», для строительства этого дома Метц использовал бетонные балки и дерево. Отопление здания осу-
ществляется главным образом дровяной печью, однако в цокольном этаже находится нефтяная топка, которая также может использоваться при необходимости. Цокольный этаж служит для складирования дров, что способствует увлажнению воздуха. Метц пока.чал, что для отопительного сезона 1977 г. ему было достаточно около 30 м3 дров. Стоянка для машин расположена на поверхности земли с восточной стороны здания. Толщина земляной засыпки 200 мм, что вполне достаточно для роста и паз- вития довольно крупной растительности. Большие световые фонари обеспечивают естественное освещение центрального зала и кухни.
Оба проекта Метца решены специально для района Нью- Хемпшира с его суровой зимой; оба здания прекрасно вписываются в окружающий ландшафт.
«ЭКОЛОДЖИ-ХАУС»
Первый из домов типа «Эколоджи-Хаус» архитектор Джон Бернард построил в 1973 г. для себя в качестве да-
чи и, в то же время, чтобы продемонстрировать характеристики заглубленных зданий. Огромный успех этого проекта привел к тому, что Бернард запроектировал еще четыре здания атриумного типа (один с двумя внутренними двориками) и три здания возвышаю-. щегося типа, располагаемых на склонах.
Решения, предложенные Бернардом, вызвали дискуссию по вопросу строительства подземных жилищ. К достоинствам зданий этого типа следует отнести в первую очередь уменьшение (на 75%) расходов на отопление и охлаждение, снижение (почти на 25%) стоимости строительства, эксплуатационных затрат и мер пожарной безопасности, а также более низкие по сравнению с обычными страховые расходы, затраты на изоляцию от соседних владений и источников шума, а также на сохранение окружающего ландшафта.
В проектах «Эколоджи-Хаус» предусмотрено применение простых, стандартных решений и элементов конструкций, которые легко осуществимы 凡斗
Разрез
Рис. 92. Проект «Эколоджи-Хаус»;
/ — общая комната; 2 — открытый атриум; 3 — спальня； 4 — вход： 5 —ванная;
6 — вспомогательное помещение； 7 — кухня-столовая; 8 —камнн
практике. Во всех зданиях «Эколоджи-Хаус» используются монолитные железобетонные стены, стальные каркасы и сборные железобетонные элементы покрытий. Простота производства работ позволяет применять труд даже не очень квалифицированных рабочих. Это может быть очень выгодно владельцу-строителю и позволит добиться ему еще большей экономии в результате снижения стоимости строительно - монтажных работ.
Наиболее интересный вариант представляет собой здание, спроектированное на склоне и
построенное в г. Стоу (Массачусетс). Крьиый атриум обеспечивает эффективное использование пассивной солнечной энергии. Воздух прогревается в нижней части здания; за счет естественной циркуляции дополнительное тепло поступает в помещение. Владельцы этого дома получают еще одно преимущество, выращивая на крыше овощи.
Местоположение:
Остервилль (Массачусетс)
Архитектор:
Джон Бернард
Год строительства: 1973 Общая площадь:
112 м2
Толщина засыпки крыши: от 250 до 500 мм '
Конструкции: железобетонные стены; покрытие из железобетонных плит по стальным балкам
Изоляция стен и крыши: из стирофома (толщина слоя 50 мм)
Отопление:
солнечные коллекторы с напорной воздушной системой, с топкой
Охлаждение:
Рве. М
Рис. 97Рис. 97Рис. 98Рис. 98
Рис. 97
Рис. 97
Рис. 98
Рис. 98
- Рис. 96. «Эколоджи-Хаус» :
/ — вход; 2 — спальня №3;3 — гараж；
4 — ванная комната; 5 — вспомогательное помещение; 6 — комната для механического оборудования； 7 — спальня № 2; 8 — кабинет； 9 — крытый атрнум; 10 — общая комната； 11 — столовая； 12 — кухня; 13 — спальня № 1
375 мм
Конструкции:
стены железобетонные предварительно напряженные толщиной 200 мм;
крыша из сборных железобетонных плит толщиной 200 мм
Изоляция стен и крыши: из стирофом а (толщина слоя 50 мм)
一 Гидроизоляция стен и потолка:
из трех слоев рубероида с гудроном
Система отопления: напорная воздушная с тепловым насосом
Расход энергии:
50—60% расхода обычного здания тех же размеров.
«ДЖОУНС-ХАУС»
С восточной стороны здания хорошо просматривается вход и гараж. Кроме основной своей функции блок «вход-гараж» выполняет функцию опорной конструкции для солнечных коллекторов, ориентированных на юг. Стены — пустотные железобетонные, покрытие из сборных железобетонных плит.
В отличие от других зданий «Джоунс-Хаус» имеет деревян^ ный пол, который служит перекрытием технического подполья. Техническое подполье выполняет функцию системы распределения теплого воздуха, поэтому пол в здании постоянно теплый. Хотя стоимость его несколько выше, применение такой конструкции пола позволяет уменьшить стоимость системы отопления в целом.
Еще одна интересная особенность конструкции этого здания состоит в том, что температурные швы отделяют внутренние стены и козырек от наружных стен. Между внутренними и наружными элементами конструкции уложен слой стирофома толщиной 50 мм, что значительно уменьшает тепло- потери.
«Джоунс-Хаус», расположенный на крутом берегу реки Сен-Крокс, представляет собой образец здания заглубленного типа, которое имеет простую планировку и одну открытую стену, что отражает желание владельца построить заглубленное здание, стоимость которого аналогична стоимости
8
7
6
Вхоп
9
4
t
0124 В
«Джоунс-Хауо. План
Рис. 100. «Джоунс-Хаус». Деталь крыши
помещение; t
9 — вспомогательное
ническое продуваемое подполье
А-А
11
148
ш
температурный шов, заполненный толщиной 50 мм; 9 — гидроизоляция этилен); 1Q — поясок
хозяев; 2 — встроен- 3 — ванная; 4 —кладо-
11 — гараж; /2 — тех-
полистиреном стыка (поли
вая； 5 — спальня； 6 — столовая; 7 — общая комната; 8 — камин；
6 ——защитный слой, полиэтилен,。 железобетонная плита толщиной
/ — слой земли толщиной 300 мм; 2 — слой полиэтилена; 3— песчано-бептоиитовая смесь； 4 — песчаная подсыпка (толщиной от 50 до 150 мм)； 5 —— теплоизоляция из полистирсиа толщиной 200 мм;
"бентонит; 7 —
200 мм； 8 —
10 — кухня;
Ряс. 102. Устройство теплоизоляции из стирофома и бентонитовой гидроизоляции
7^000100000000
101.
7 — спальня ный шкаф；
обычного здания при макегь мальной засыпке. Хотя ориен- тировка окон на юг позволяет максимально использовать пассивную солнечную энергию, тем не менее предпочтение было отдано варианту здания, при котором обеспечивается наилучший обзор, когда окна ориентированы на запад.
Местоположение:
Ниа-Стиллуотер (Висконсин)
Архитекторы:
Кармоди и Эллисон Конструкторн:
Деррик Джонс и Джон Кармоди
Общая площадь:
140 м2 + блок «вход-гараж» площадью 167 м2 Толщина засыпки:
300 мм
Конструкции:
стены монолитные железобетонные, покрытие из сборных железобетонных плит, пол деревянный по балкам
Изоляция из стирофома: для крыши толщина слоя 200 мм, для стен 100 мм
Гидроизоляция: на бентонитовой основе
Система отопления:
напорная воздушная с электроподогревом и подачей воздуха в техническое подполье; топка дровяная.
8.5. «КЛАРК-НЕЛЬСОН-ХАУС»
Местоположение: Равер-Холлс (Висконсин)
Архитектор:
Майкл Макгир Инженеры:
Пол Бредоу и ассоши- ейтс, Сен-Пол (Миннеаполис)
Год строительства: 1972
Общая площадь:心
233 м2一 '
Толщина засыпки: не менее 150 мм
Конструкции: стальные арки, пол бетонный по лагам
Изоляция: внутренняя набрызго- вая, полиуретановая (толщина слоя 50 мм)
Система отопления: напорная воздушная с нефтяной топкой
Система охлаждения: нет
Расход энергии:~
уменьшен на 25%
Вариант «Кларк-Нельсон- Хаус» служит примером того, как заглубленное здание может быть вписано в окружающую среду. Оно расположено в склоне холма, имеет круглую форму и не выделяется на местности. Естественная древесная и кустарниковая растительность при строительстве не была нарушена, на засыпке хорошо разрослась трава, благодаря чему здание стало частью пейзажа.
Стремясь максимально удовлетворить интерес заказчика к новым формам, Макгир создал комбинацию, в которой, по его словам, совместил 《все преимущества обычного дома с уникальным использованием стальных арочных элементов». Стальные арочные конструкции, в свое время, были разработаны для восприятия нагрузок от больших
а вторую для об-
уединенных,
НИЯМИ,
Рис. 107
оборудования у
НУ
масс ным для
щих помещений) и обеспечив их вспомогательными помеще-
/ — общая комната； 2 — студия； 3 — световой фонарь; 4一спальня；
5 — ваннах； 6 — гости-
Макгир использовал
отведения, дорожного и гидротехнического строительства. Расположив рядом две арочные конструкции (одну для
земли, но сейчас, главобразом, используются сооружения систем водо-
ная； 7 — кухия； 8— комната для стирки; 9 —комната для механического
5
15Q
Естественный южный
строгие геометрические формы для создания интересных динамичных пространств. Внутренние поверхности покрыты слоем полиуретановой изоляции методом набрызга, что одновременно послужило отделкой помещения, придав ему мягкие очертания. Однако применять полиуретан для отделки наружных поверхностей
Рис. 104. «Кларк-Нельсон-Хаус». План, разрез:
Рис. 108Рис. 108Рис. 109. «Карски-Хаус», (а — план второРис. 109. «Карски-Хаус», (а — план второго этажл^б*— план первого этажа)：го этажл^б*— план первого этажа)：/ — спальня； 2 — ванная； 3 — гараж； 4 — мастерская; 5 — комната для стирки； 6 — общая комната； 7——кухня; 8 — столовая；/ — спальня； 2 — ванная； 3 — гараж； 4 — мастерская; 5 — комната для стирки； 6 — общая комната； 7——кухня; 8 — столовая；9 — камни9 — камни
Рис. 108
Рис. 108
Рис. 109. «Карски-Хаус», (а — план второ
Рис. 109. «Карски-Хаус», (а — план второ
го этажл^б*— план первого этажа)：
го этажл^б*— план первого этажа)：
/ — спальня； 2 — ванная； 3 — гараж； 4 — мастерская; 5 — комната для стирки； 6 — общая комната； 7——кухня; 8 — столовая；
/ — спальня； 2 — ванная； 3 — гараж； 4 — мастерская; 5 — комната для стирки； 6 — общая комната； 7——кухня; 8 — столовая；
9 — камни
9 — камни
не рекомендуется государственными нормами. _
По сравнению с конструкциями, где применяется плоская кровля (бетонная или деревянная), требующая массивных поддерживающих элементов, арочная конструкция значительно более экономична как по расходу материалов, так и по стоимости. Переоценить применение этого типа конструкций для заглубленных зданий невозможно, необходимо только найти возможности для более широкого использования таких конструкций, какие были применены для Кларк-Нельсон-Хаус.
«КАРСКИ-ХАУС» .
Местоположение:
Сен-Кру Фоллс (Висконсин)
Авторы проекта и строители：
супруги Карски
Год строительства:二…
строится.
Общая площадь:室:逗
186 м2
Конструкции:
стены из бетонных блоков, применяемых в сельском строительстве для силосных ям; пол и покрытия монолитные железобетонные
Конструкция здания весьма оригинальна. Здание спланировано таким образом, что 80% стен находится на 1,5 м ниже уровня земли, но с обоих этажей открывается красивый вид на пруд и луг. Толщина стены с окном, ориентированной на юг, 250 мм； остекление тройное. . Планировка здания определилась в результате ис- 152
пользования блоков, применяемых для строительства силосных ям, что привело к созданию сооружения с криволинейным в плане очертанием стен, обеспечивающим лучшее восприятие нагрузок от давления земли. Работы выполняются исключительно просто: необходимо лишь уложить блоки. Показанные на фотографии стены смонтированы в течение двух дней.
«ТОПИК-ХАУС»
Местоположение:
Шейкопи (Миннесота)
Автор проекта: Джо Топик
Год строительства:
1977
Общая площадь:
223 м2
Толщина засыпки:
430 мм
Конструкции:
стены и крыша из сборных железобетонных
элементов
Изоляция из стирофома: для крыши слой толщиной 150 мм, для стен 110 мм
Гидроизоляция стен и крыши:*
на бентонитовой основе Система отопления: тепловой насос
«Топик-Хаус»—здание возвышающегося типа. Окна всех жилых помещений выходят на поверхность земли. Несмотря на то, что с северной стороны открывается прекрасный вид на долину р. Миннесота, окна здания были ориентированы на юг с целью максимального использования солнечной энергии. С этой стороны перед
зданием расположены пологие холмы и прямо перед зданием —искусственный пруд. За счет концентрации всех жилых помещений в центральной части здания, а всех спален в одном крыле удалось избежать длинного коридора, характерного для зданий этого типа.
Стены здания выполнены из предварительно напряженных железобетонных панелей, а стены из пустотных панелей. Снаружи стены покрыты слоем стирофома толщиной 110 мм, а крыши ——слоем толщиной 150 мм. Кроме того, внутренние поверхности отделаны гипсовой штукатуркой по стирофому толщиной 30 мм.
Поскольку наружные поверхности стен оштукатурены и окна имеют виниловые уплотнения, уменьшаются затраты на эксплуатацию. Обычно у зданий с низкими эксплуа-
Рис. 112Рис. 112吗BWtf^j3吗BWtf^j3Рис. 114Рис. 114
Рис. 112
Рис. 112
吗BWtf^j3
吗BWtf^j3
Рис. 114
Рис. 114
Рис. ПО. «Топик-Хаус»:
/ — спальня; 2 — вспомогательное помещение; 3 — деревянная подпорная стенка;
4 — спальня хозяев； 5 — ванная хозяев： б — ванная; 7 — комната для стирки и механического оборудования; 8 — заглубленный холл; 9 — столовая; 10 — гостиная; 11 — кухня： 12 — общая комната；
13 — гараж
Рис. 111. Деталь стены:
/ — гипсолитовая штукатурка； 2 — армированная теплоизоляция из стнрофома толщиной 40 мм： 3 — железобетонная стена толщиной 300 мм; 4 — бентонитовая гидроизоляция; 5—теплоизоляция нз сти- рофома толщиной 75 мм； 6 — грунт
тационньши затратами стоимость материалов более высокая. Однако из-за незначительной площади открытых поверхностей заглубленное здание требует небольших эксплуатационных затрат при невысокой общей стоимости.
«ДЭВИС-КЕЙВ»
Местоположение:
Армингтон (Иллинойс) * Автор проекта и строитель: Энди Дэвис
Год строительства: 1975
Общая площадь:
112 м2 + 74 м2 Толщина засыпки： 75一100 мм Конструкции:
пол, стены, потолок выполнены из предварительно напряженного монолитного железобетона
Изоляция из стирофома:
для крыши толщина слоя 25 мм, для стен толщина 25 мм на глубину 2,5 м от поверхности земли
Система отопления: печь Франклина
Система охлаждения: не требуется
Энди Дэвис пришел к выводу, что заглубленное здание может быть весьма эффективно е энергетической точки зрения и весьма удобно для жилья. Вместе с семьей он построил «ДЭВИС-КЭЙВ» СТОЙ' мостью 15 тыс. долл (включая стоимость отделки и оборудования) .
Основная часть здания (прямоугольная секция была добавлена позже) решена в форме восьмигранника, чтобы уменьшить длину свободностоящих стен. Внутренняя часть выполнена из монолитного железобетона; толщина покрытия 300 мм, толщина
Рис. 116Рис. 116РазрезРазрезРис. 117Рис. 117
Рис. 116
Рис. 116
Разрез
Разрез
Рис. 117
Рис. 117
Рис. 115. «Дэвис-Кейв»;
1 общая комната； 2 — столовая-гости- ная; 3 — ваииая; 4 — спальня； 5 — спальня хозяев; 6 — кладовая; 7 — кухия； з — ту- алет-ваииая '
Рис. 118
120.второго этажа； б — план первого этажа; в — разрез)：120.второго этажа； б — план первого этажа; в — разрез)：/ — спальня хозяев； 2 — оконные емы на всю высоту； 3 — общая ната; 4 —комната для стирки； крытая галерея； 6сол ярин; спальня： S — вестибюль; 9 — общие помещения^ /0 — кухня; 11 — кладовая; 12 — энергоблок; 13 — фойе/ — спальня хозяев； 2 — оконные емы на всю высоту； 3 — общая ната; 4 —комната для стирки； крытая галерея； 6сол ярин; спальня： S — вестибюль; 9 — общие помещения^ /0 — кухня; 11 — кладовая; 12 — энергоблок; 13 — фойеТолщина засыпки: разная-Конструкции:9-метровые купольные конструкцииИзоляция: из уретана (толщина слоя 190 мм)Система отопления: напорная воздушнаяПроект предусматривает строительство дома на южном склоне холма в виде трех полусфер с засыпкой задней части здания. В одной из полусфер предполагается разместить три спальни и ванную комнату; в другой полусфере, жилые помещения расположены на втором этаже, а на первом находятся кухня, столовая и общая комната. Малая полусфера служит крытой верандой и является частью входа в здание. Жилые помещения имеют окна сложной конфигурации; в спальне оборудован солярий. Окна оборудованы затекающими элементами для уменьшения теплопо- ступлений летом и надежными запирающими устройствами, обеспечивающими сохранение тепла зимой. Преимущество домов сферической конструкции заключается в том, что при минимальной поверхности они позволяют создавать максимальный объем. Эта конструкция способна воспринимать большие нагрузки; она представляется весьма целесообразной для строительства заглубленных зданий.Толщина засыпки: разная-Конструкции:9-метровые купольные конструкцииИзоляция: из уретана (толщина слоя 190 мм)Система отопления: напорная воздушнаяПроект предусматривает строительство дома на южном склоне холма в виде трех полусфер с засыпкой задней части здания. В одной из полусфер предполагается разместить три спальни и ванную комнату; в другой полусфере, жилые помещения расположены на втором этаже, а на первом находятся кухня, столовая и общая комната. Малая полусфера служит крытой верандой и является частью входа в здание. Жилые помещения имеют окна сложной конфигурации; в спальне оборудован солярий. Окна оборудованы затекающими элементами для уменьшения теплопо- ступлений летом и надежными запирающими устройствами, обеспечивающими сохранение тепла зимой. Преимущество домов сферической конструкции заключается в том, что при минимальной поверхности они позволяют создавать максимальный объем. Эта конструкция способна воспринимать большие нагрузки; она представляется весьма целесообразной для строительства заглубленных зданий.
120.
второго этажа； б — план первого этажа; в — разрез)：
120.
второго этажа； б — план первого этажа; в — разрез)：
/ — спальня хозяев； 2 — оконные емы на всю высоту； 3 — общая ната; 4 —комната для стирки； крытая галерея； 6сол ярин; спальня： S — вестибюль; 9 — общие помещения^ /0 — кухня; 11 — кладовая; 12 — энергоблок; 13 — фойе
/ — спальня хозяев； 2 — оконные емы на всю высоту； 3 — общая ната; 4 —комната для стирки； крытая галерея； 6сол ярин; спальня： S — вестибюль; 9 — общие помещения^ /0 — кухня; 11 — кладовая; 12 — энергоблок; 13 — фойе
Толщина засыпки: разная-
Конструкции:
9-метровые купольные конструкции
Изоляция: из уретана (толщина слоя 190 мм)
Система отопления: напорная воздушная
Проект предусматривает строительство дома на южном склоне холма в виде трех полусфер с засыпкой задней части здания. В одной из полусфер предполагается разместить три спальни и ванную комнату; в другой полусфере, жилые помещения расположены на втором этаже, а на первом находятся кухня, столовая и общая комната. Малая полусфера служит крытой верандой и является частью входа в здание. Жилые помещения имеют окна сложной конфигурации; в спальне оборудован солярий. Окна оборудованы затекающими элементами для уменьшения теплопо- ступлений летом и надежными запирающими устройствами, обеспечивающими сохранение тепла зимой. Преимущество домов сферической конструкции заключается в том, что при минимальной поверхности они позволяют создавать максимальный объем. Эта конструкция способна воспринимать большие нагрузки; она представляется весьма целесообразной для строительства заглубленных зданий.
Толщина засыпки: разная-
Конструкции:
9-метровые купольные конструкции
Изоляция: из уретана (толщина слоя 190 мм)
Система отопления: напорная воздушная
Проект предусматривает строительство дома на южном склоне холма в виде трех полусфер с засыпкой задней части здания. В одной из полусфер предполагается разместить три спальни и ванную комнату; в другой полусфере, жилые помещения расположены на втором этаже, а на первом находятся кухня, столовая и общая комната. Малая полусфера служит крытой верандой и является частью входа в здание. Жилые помещения имеют окна сложной конфигурации; в спальне оборудован солярий. Окна оборудованы затекающими элементами для уменьшения теплопо- ступлений летом и надежными запирающими устройствами, обеспечивающими сохранение тепла зимой. Преимущество домов сферической конструкции заключается в том, что при минимальной поверхности они позволяют создавать максимальный объем. Эта конструкция способна воспринимать большие нагрузки; она представляется весьма целесообразной для строительства заглубленных зданий.
внизвниз« Биг-Аутдорз-доум»« Биг-Аутдорз-доум»планпланга. I wга. I wразрезразрез1581585 一7 —5 一7 —ввер*--加 4зввер*--加 4ззадней и боковых стен 200 мм, а передней и единственной открытой стены 300 мм. На вопрос о том, насколько целесообразно применять в качестве отделки естественный камень, Дэвис ответил: «Основная причина использования естественного камня в том, что он действительно красив и создает в доме атмосферу, к которой мы стремились. Мы хотели жить в пещере... и камни, покрывающие стены и потолок, создают впечатление пещеры. Во- вторых, камни будут сохранять свой прекрасный естественный вид в течение долгого времени».
вниз
вниз
« Биг-Аутдорз-доум»
« Биг-Аутдорз-доум»
план
план
га. I w
га. I w
разрез
разрез
158
158
5 一
7 —
5 一
7 —
ввер*
--加 4з
ввер*
--加 4з
В первую зиму на отопление было израсходовано 9 м3 дров. Однажды во время бурана дом занесло снегом и в Тренке четырех суток он не отапливался из-за отсутствия дров. Дэвис отмечает, что «суточное понижение температуры в помещении составляло только 2°. На улице в это время было ——27 ℃, а температура в неотапливаемом здании снизилась лишь с 21 до 17℃. Говоря по правде, я мог бы принести дров на день или два раньше, чем сделал это в итоге... но дома было так уютно, что я не хотел выходить. Нам не о чем было волноваться».
В настоящее время Энди Дэвис оформляет авторские права на здания.
«БИГ АУТОДОРЗ ДОУМ»
Местоположение:
пока не построен
Авторы проекта: «Биг Аут- дорз пипл»
Общая площадь
Глава 9ПРОЕКТЫ ЗДАНИЙ ДЛЯ ТЕПЛОГО КЛИМАТАГлава 9ПРОЕКТЫ ЗДАНИЙ ДЛЯ ТЕПЛОГО КЛИМАТАПолный разрезПолный разрезРис. 121. Солярий:Рис. 121. Солярий:14149 19 110区10区P 0 1P 叩 2PP 0 1P 叩 2P
Глава 9ПРОЕКТЫ ЗДАНИЙ ДЛЯ ТЕПЛОГО КЛИМАТА
Глава 9ПРОЕКТЫ ЗДАНИЙ ДЛЯ ТЕПЛОГО КЛИМАТА
Полный разрез
Полный разрез
Рис. 121. Солярий:
Рис. 121. Солярий:
14
14
9 1
9 1
10
区
10
区
P 0 1P 叩 2P
P 0 1P 叩 2P
«СОЛЯРИЙ»
Местоположение: Винсентаун (Нью- Джерси)
Архитектор:
Малкольм Уэллс
Год строительства:
1975
Общая площадь:
260 м2
Толщина земляной засыпки:
60 см
Конструкции:
стены из бетонных блоков; покрытие из фанеры по деревянным балкам
Изоляция стен, потолка и пола:
из стирофома (толщина слоя 62 мм)
из бутиловой резины толщиной 3 мм; стены оштукатурены
Система отопления:
солнечные коллекторы (типа《Томсон》) с * . фтяной топкой
Система охлаждения: обычная с каменным накопителем
В отличие от рассмотренных проектов в «Солярии» попытались совместить энергетическую эффективность с высокими эстетическими характеристиками заглубленного здания. Это первый дом заглубленного типа с солнечной системой отопления в Нью- Джерси. Его нельзя в полном смысле назвать заглубленным, 160
однако крыша и стены укрыты земляной засыпкой. Устройство уклона крыши улучшает естественное освещение и сквозную вентиляцию и позволяет сделать вход в здание непосредственно с поверхности земли, не прибегая к изменению уровней.
Архитектор Малкольм Уэллс спланировал здание 《Солярия》 аналогично планировке заглубленных зданий возвышающегося типа: основные жилые помещения расположены вдоль южной стены, а вспомогательные ——вдоль северной с небольшими окнами. Высокий южный фасад позво- g ляет сделать окна на всю вы- | соту стены от пола до потолка, j плюс высота, необходимая для 1 установки коллекторов Томсо- I на. Большая высота здания I позволяет устроить в части I здания второй этаж.I
В своем буклете «Проекти- I рование заглубленных зданий》I Уэллс пишет, что эффектив- I ность системы солнечного 1 отопления столь высока, что | зимой 1977 г. для отопления | 《Солярия》 не возникло необ- | ходимости в дополнительных ! источниках тепла.|
«РУССЕЛОТ-ХАУС»
Местоположение:
Таос (Нью-Мексико)
Архитектор:
Рон Макклур
Инженер:
Бак Роджерс
/ — спальня; 2 — встроенный шкаф; 3 — холл; 4 — кладовая; 5 — воздуховод приточной системы； 6 ——воздуховод вытяжной системы： 7 — солнечные лучи зимой; 8 — то же, летом; 9 — вспомогательная комната； 10 — столовая; 11 — общая комната; 12 — студия; 13 — темная комната; /4 — кухня; 15 — комната для стирки;
16 — ванная
Рис. 122. Деталь крыши:
/ — балка; 2 — теплоизоляция толщиной 40 мм; 3 — защитный слой; 4 ——рулонный материал; 5 — брус вокруг всей крыши Для закрепления рулонного материала;
6 — наружная обшивка
6 Зак. 1291
123126«4^25123126«4^25
123126
«4^25
123126
«4^25
Год строительства:
1971
Общая площадь:
326 м2
Толщина земляной засыпки:
от 300 до 400 мм
Конструкции:
крыша представляет собой деревянные консольные плиты толщи
ной 4X6 м, стены из бетонных блоков
Изоляция крыши выполнена только из дерна, стен ——из пемзы в блоках, пола — из слоя глинистого сланца
Гидроизоляция крыши рулонная, а стен — обмазочная битумная
Система отопления:
Рис. 127. «Русселот-Хаус»:/ — столовая； 2 — кухня； 3—гостиная： 4 — студия; 5 — общая комната; 6 — спальня； 7 — вспомогательные помещения для хозяев； 6 — спальня хозяев; 9 — мастерская； /О — ваннаяРис. 127. «Русселот-Хаус»:/ — столовая； 2 — кухня； 3—гостиная： 4 — студия; 5 — общая комната; 6 — спальня； 7 — вспомогательные помещения для хозяев； 6 — спальня хозяев; 9 — мастерская； /О — ваннаяРис. 128. Деталь крыши:Рис. 128. Деталь крыши:1 — штукатурка; 2 — железобетонная балка： 3—трубка для отвода конденсата； 4 — наружная штукатурка； 5 — гравий; 6 — обшивка； 7 — металлическая крепежная деталь; 8 — распыляющая насадка для орошения травы； 9 ——деревянный листовой материал； /0 ——гудронный слой； 11 — деревянные щиты； 12 — земляная засыпка с травянистой растительностью1 — штукатурка; 2 — железобетонная балка： 3—трубка для отвода конденсата； 4 — наружная штукатурка； 5 — гравий; 6 — обшивка； 7 — металлическая крепежная деталь; 8 — распыляющая насадка для орошения травы； 9 ——деревянный листовой материал； /0 ——гудронный слой； 11 — деревянные щиты； 12 — земляная засыпка с травянистой растительностью
Рис. 127. «Русселот-Хаус»:
/ — столовая； 2 — кухня； 3—гостиная： 4 — студия; 5 — общая комната; 6 — спальня； 7 — вспомогательные помещения для хозяев； 6 — спальня хозяев; 9 — мастерская； /О — ванная
Рис. 127. «Русселот-Хаус»:
/ — столовая； 2 — кухня； 3—гостиная： 4 — студия; 5 — общая комната; 6 — спальня； 7 — вспомогательные помещения для хозяев； 6 — спальня хозяев; 9 — мастерская； /О — ванная
Рис. 128. Деталь крыши:
Рис. 128. Деталь крыши:
1 — штукатурка; 2 — железобетонная балка： 3—трубка для отвода конденсата； 4 — наружная штукатурка； 5 — гравий; 6 — обшивка； 7 — металлическая крепежная деталь; 8 — распыляющая насадка для орошения травы； 9 ——деревянный листовой материал； /0 ——гудронный слой； 11 — деревянные щиты； 12 — земляная засыпка с травянистой растительностью
1 — штукатурка; 2 — железобетонная балка： 3—трубка для отвода конденсата； 4 — наружная штукатурка； 5 — гравий; 6 — обшивка； 7 — металлическая крепежная деталь; 8 — распыляющая насадка для орошения травы； 9 ——деревянный листовой материал； /0 ——гудронный слой； 11 — деревянные щиты； 12 — земляная засыпка с травянистой растительностью
напорная воздушная с электроподогревом.
«Руссел от-Хаус» представляет собой невысокое здание, выполненное в стиле жилых помещений Юго - Западной Америки. Оно носит черты, характерные для района Нью- Мексико: закругленные углы, кладка из бетонных блоков. В здании использовано много элементов, присущих домам индейцев, всегда населявших эти территории, и домам из дерна, которые строили пионеры. В данном случае их следует рассматривать не только как дань истории, но и как элементы, улучшающие тепловые характеристики здания.
Рис. 131Рис. 131Архитектору Рону Макклу- ру представилась возможность осуществить на практике мечту о заглубленном здании, которую он вынашивал со времени окончания колледжа. В заглубленном здании он видит средство экономии энергии и слияния архитектуры с природой. Это здание внешне значительно отличается от окружающих его и можно думать, что оно имеет сложную планировку; на самом деле его планировка очень проста и рациональна. Говоря о простоте планировки здания, нельзя не отметить большого разнообразия элементов, поддерживающих крышу. Хотя это здание отнесено к категории заглубленных, его можно видеть на фоне прекрасного ландшафта Таоса.
Рис. 131
Рис. 131
Рис. 132. Резиденция Борди:；—общая комната; 2 — кабинет; 3 — спальня хозяев; 4—вспомогательное помещение： 5 —ванная; 6 — спальня； 7 — атрнум； S — крытый вход； 9 — вспомогательное помещение； 10 — кухня； 11 — кладовая； 12 — столоваяРис. 132. Резиденция Борди:；—общая комната; 2 — кабинет; 3 — спальня хозяев; 4—вспомогательное помещение： 5 —ванная; 6 — спальня； 7 — атрнум； S — крытый вход； 9 — вспомогательное помещение； 10 — кухня； 11 — кладовая； 12 — столовая
Рис. 132. Резиденция Борди:
；—общая комната; 2 — кабинет; 3 — спальня хозяев; 4—вспомогательное помещение： 5 —ванная; 6 — спальня； 7 — атрнум； S — крытый вход； 9 — вспомогательное помещение； 10 — кухня； 11 — кладовая； 12 — столовая
Рис. 132. Резиденция Борди:
；—общая комната; 2 — кабинет; 3 — спальня хозяев; 4—вспомогательное помещение： 5 —ванная; 6 — спальня； 7 — атрнум； S — крытый вход； 9 — вспомогательное помещение； 10 — кухня； 11 — кладовая； 12 — столовая
РЕЗИДЕНЦИЯ «БОРДИ»
Местоположение:
Остин (Техас) Архитекторы:
Коффее и Криер Инженер:
Джордж Максвелл
Год строительства:
1975
Общая площадь:
186 м2
Толщина засыпки:
35—45 мм
Изоляция крыши:
уретановая (слой толщиной 75 мм)
Гидроизоляция крыши мембранная, стен — из мастики по фиберглас-- су, пола ——пластиковая
Система отопления:
водяная с солнечным подогревом и напорная воздушная с электроподогревом
Система охлаждения: раздельная, электрическая
Расход энергии:
около 50% расхода энергии в обычных зданиях В этом проекте учтены и особенности климата, и требования владельца к заглубленному зданию. В условиях роста цен на топливо и энергию, клиент хочет, чтобы здание было комфортабельным и в то же время требовало минимальных эксплуатационных затрат. Благодаря климатическим условиям Техаса применение систем солнечного отопления весьма эффективно; размещение здания под землей уже сейчас позволяет сократить расход энергии на 50%. В результате прошедших двух
ураганов выявились дополнительные преимущества заглубленных зданий, в том числе решенных с атриумом.
Внутренний двор размером 6X9 м представляет собой часть общей планировки здания. Он не только улучшает естественное освещение и вентиляцию, но и служит своеобразным дополнительным помещением, а кроме того, обеспечивает внутренние коммуникации в здании, соединяя детские комнаты с основными жилыми помещениями здания. Внутренний двор соединяет различные части здания и в том случае, когда оно используется для других целей. Хотя такое решение коммуникаций приемлемо только для условий теплого климата, но перекрытый внутренний дворик может с успехом выполнять те же функции в условиях северного климата.
Дом «Борди» не является полностью заглубленным, он только частично заглублен в невысокий холм и засыпан слоем земли толщиной от 35 до 45 мм. Скатная крыша обеспечивает большую высоту комнат и вместе с тем создает видимую форму здания снаружи. Солнечные коллекторы смонтированы на самостоятельной простой опорной конструкции, а на земляной засыпке высажена естественная дикорастущая трава и цветы.
«ДЮН-ХАУС»
Местоположение:
Атлантик Бич (Флорида)
Архитектор:
Уильям Морган
Конструктор:
Гейдер Бергер Ассо- шиейтс
Механическое оборудование:
фирма «Рой Торкнет
Энджинирс»
Год строительства: 1974
Общая площадь:
70 м2 каждого блока (всего 140 м2)
Минимальная толщина земляной засыпки 550 мм
Конструкции:
предварительно напряженные железобетонные
'оболочки
Изоляция:
не требуется Гидроизоляция:
жидкая битумная мастика
Отопление и охлаждение:
Р/г т воды, охлаждае-
Рис. 134. «Дюн-Хаус» (а — план I этажа; б — план II этажа):/一терраса; 2 — общее помещение; 3 — спальня； 4 — кухня-столовая; 5 — ванная： б — помещения II этажа (спальня и ванная)Рис. 134. «Дюн-Хаус» (а — план I этажа; б — план II этажа):/一терраса; 2 — общее помещение; 3 — спальня； 4 — кухня-столовая; 5 — ванная： б — помещения II этажа (спальня и ванная)Рас. 135Рас. 135Рис. 137Рис. 137
Рис. 134. «Дюн-Хаус» (а — план I этажа; б — план II этажа):
/一терраса; 2 — общее помещение; 3 — спальня； 4 — кухня-столовая; 5 — ванная： б — помещения II этажа (спальня и ванная)
Рис. 134. «Дюн-Хаус» (а — план I этажа; б — план II этажа):
/一терраса; 2 — общее помещение; 3 — спальня； 4 — кухня-столовая; 5 — ванная： б — помещения II этажа (спальня и ванная)
Рас. 135
Рас. 135
Рис. 137
Рис. 137
мой реверсивным тепловым насосом
В течение длительного времени Уильям Морган проектировал заглубленные дома; за последние годы он создал ； несколько зданий, у которых 扌 наружные стены засыпаны 1 землей, но крыша имеет обыч- ' ную конструкцию. Представленный здесь 《Дюн-Хаус》一 первое здание Моргана с кры- ； шей, засьгпанной землей; этот 』 дом сдается внаем. Он уника- 1 лен во многих отношениях и, в ， первую очередь, потому, что | это первый дом на несколько j семей, построенный в стране. : Кроме того, это первое здание, g конструкция которого рассчи- % тана с учетом всех особенно- 冃 стен восприятия нагрузки от 个 засыпки.3
Экономия энергии не явля- 1 ется основной проблемой для | зданий этого типа, так как j они расположены в условиях |
умеренного климата. Температура воздуха внутри заглубленного здания почти постоянно поддерживается на уровне 21 ℃, поэтому наибольшее влияние на внутреннюю среду оказывают пищеприготовле- ние, освещение, стирка и сушка, а также оставшиеся открытыми двери. Основной целью при строительстве заглубленного здания Морган считал сохранение спокойного рельефа морского пляжа.
Морган писал:《одна из основных идей этого проекта состоит в том, чтобы построить
здание из земли, а не в земле, так как обычное здание, размещенное под землей, перегружено. Мы решили наше здание таким образом, что воздействие грунта на конструкции сбалансировано и соответствующим образом распределено. Это приводит к тому, дто давление земли делает само здание прочнее》. Таким образом, предложенная Морганом конструкция может рассматриваться как основное направление в области проектирования заглубленных зданий.
Рис. 138Рис. 139Рис. 138Рис. 139Рис. 140. «Сандаун-Хаус»:/ — фрамуги： 2 — окна с тепловой и радиационной изоляцией (в тсплые летние Дни нагретый воздух поднимается вверх, создавая тягу); 3 — *'?гулнруемые пото- лочнне вытяжки (закрываются зимой, от- 个即ваются 广 летом); 4 — вентиляционная решетка； 5 — каменная стенка； 6 —кирпичный полРис. 140. «Сандаун-Хаус»:/ — фрамуги： 2 — окна с тепловой и радиационной изоляцией (в тсплые летние Дни нагретый воздух поднимается вверх, создавая тягу); 3 — *'?гулнруемые пото- лочнне вытяжки (закрываются зимой, от- 个即ваются 广 летом); 4 — вентиляционная решетка； 5 — каменная стенка； 6 —кирпичный пол
Рис. 138
Рис. 139
Рис. 138
Рис. 139
Рис. 140. «Сандаун-Хаус»:
/ — фрамуги： 2 — окна с тепловой и радиационной изоляцией (в тсплые летние Дни нагретый воздух поднимается вверх, создавая тягу); 3 — *'?гулнруемые пото- лочнне вытяжки (закрываются зимой, от- 个即ваются 广 летом); 4 — вентиляционная решетка； 5 — каменная стенка； 6 —кирпичный пол
Рис. 140. «Сандаун-Хаус»:
/ — фрамуги： 2 — окна с тепловой и радиационной изоляцией (в тсплые летние Дни нагретый воздух поднимается вверх, создавая тягу); 3 — *'?гулнруемые пото- лочнне вытяжки (закрываются зимой, от- 个即ваются 广 летом); 4 — вентиляционная решетка； 5 — каменная стенка； 6 —кирпичный пол
Местоположение：
Сп-Ранчо (Калифорния)
Архитектор:
Дэвид Райт
Год строительства:
1976
Общая площадь:'
112 м2 + 37 м2
Толщина засыпки:
150 мм (с естественной растительностью)
Конструкции:
стены из железобетонных блоков, крыша деревянная по деревянным балкам, пол выложен с ' применением кирпича и песка
Изоляция：.
из стирофома (для крыши и стен толщина слоя 50 мм, для пола —— 25 мм)
Гидроизоляция:
(см. детали)
Система отопления:
95% пассивной солнечной энергии
Система охлаждения: вентиляция с естественным побуждением
Потребление энергии:
от 1 до 5% от обычного потребления
Архитектор Дэвид Райт в течение многих лет проектировал дома с солнечным отоплением для юго-западных районов страны, поэтому весьма логичным выглядит его следующий шаг в этой обл асти —— создание заглубленного здания с солнечной системой отопления, максимально сливающегося с окружающим ландшафтом. Конструкция крыши
здания, покрытая естественной р астительностью, делает дом незаметным со стороны побережья.
В доме всегда достаточно солнечного освещения, поскольку он ориентирован таким образом, что зимой получает максимальное количество солнечного света. Крыша имеет относительно небольшой уклон,-что позволяет солнечной радиации в зимнее время проникать на всю глубину помещений. Это привело к тому, что зимой 1976—1977 гг. 99% потребности здания в тепле было покрыто за счет нс： пользования пассивной солнечной энергии. Такое решение освещения заставляет применять для отделки материалы, которые могли бы аккумули- : ровать солнечную энергию : (бетон для стен и кирпич для .■ пола). Световые фонари слу- g жат для улучшения естествен- ，: ного освещения и вентиляции j в летнее время.：
Благодаря продуманной ■! планировке здания и устройст- ] ву земляной засыпки удалось j создать помещение, подобное. | атриуму, которое полностью 1 открыто на юг и закрыто от j господствующих ветров, и та- 1 ким образом, имеет свой мик- | роклимат. Райт убежден, что- ：| использование солнечной энер- j гии вместе с заглубленными' 1 зданиями представляет собой | образец ландшафтной архи- _ тектуры и имеет большое бу- 才 дущее. В настоящее время он Я проектирует еще несколько Л аналогичных зданий для юго-- ' 1 западных районов страны. |
Рис. 143Рис. 143Рис. 144Рис. 144Рис. 145. «Александер-Хаус» (а <— план верхнего этажа； б — план нижнего этажа； в — разрез):/ — спальня хозяев； 2 — ванная хозяев； 3——ванная; 4 — студия (внизу)； 5 — чердак； 6 — общая комната; 7 — столовая; 8 — бассейн； 9 — кухня; 10 — спальня; // — фотолаборатория 一и студияРис. 145. «Александер-Хаус» (а <— план верхнего этажа； б — план нижнего этажа； в — разрез):/ — спальня хозяев； 2 — ванная хозяев； 3——ванная; 4 — студия (внизу)； 5 — чердак； 6 — общая комната; 7 — столовая; 8 — бассейн； 9 — кухня; 10 — спальня; // — фотолаборатория 一и студия
Рис. 143
Рис. 143
Рис. 144
Рис. 144
Рис. 145. «Александер-Хаус» (а <— план верхнего этажа； б — план нижнего этажа； в — разрез):
/ — спальня хозяев； 2 — ванная хозяев； 3——ванная; 4 — студия (внизу)； 5 — чердак； 6 — общая комната; 7 — столовая; 8 — бассейн； 9 — кухня; 10 — спальня; // — фотолаборатория 一и студия
Рис. 145. «Александер-Хаус» (а <— план верхнего этажа； б — план нижнего этажа； в — разрез):
/ — спальня хозяев； 2 — ванная хозяев； 3——ванная; 4 — студия (внизу)； 5 — чердак； 6 — общая комната; 7 — столовая; 8 — бассейн； 9 — кухня; 10 — спальня; // — фотолаборатория 一и студия
Рис. 141. «Сандаун-Хаус» (план):
/ — гараж; 2 — кабинет； 3 —ванная： 4 —спальня; 5 — световые фонари; 6 — кухня;7 — чердак наверху; 月一комната дляотдыха； 9 — деревья
Рис. 142
«АЛЕКСАНДЕР-ХАУС»
Местоположение:
Монтесито (Калифорния)
Архитектор：
Роланд Ко ат
Год строительства:
1974
Общая площадь:
651 м2
Толщина земляной засыпки:
разная
Конструкции:
монолитный железобетон
Система отопления:
газовая топка с напорной подачей воздуха
Система охлаждения: установлена, но не нужна.
《Александер-Хаус》 производит наибольшее впечатление из всех зданий, построенных где-либо за последние годы. Оно расположено на берегу Тихого океана, в Монтесито, Калифорния. Местоположение здания послужило базой для его конструктивного решения, а максимальное сочетание его с ландшафтом отражает интересы архитектора Роланда
Рис. 146Рис. 146Рис. 148Рис. 148
Рис. 146
Рис. 146
Рис. 148
Рис. 148
Коата, много лет занимающегося разработкой подобных сооружений. Владельцу здания, оказавшему поддержку при его строительстве, был выдан кредит, что позволило создать, по отзывам прессы, «один из лучших образцов архитектуры последнего времени».
На самом деле это не одно, а два здания: основное здание двухэтажное, имеет все необходимые жилые помещения, сту
дию, кабинет и темную комнату. Окна выходят на все четыре стороны, а внутренний дворик обеспечивает хороший уровень естественного освещения жилых помещений. Атриум служит одновременно для входа в здание и в качестве столовой на свежем воздухе. Винтовая лестница ведет в башню и обеспечивает круговой обзор.
Отдельное здание для гостей, не показанное на фото-
графиях, решено в виде пещер и все окна в спальнях ориентированы на восток, а примыкающие к нему гаражи, решенные аналогично, выходят на запад.
«ГЕЙЕР-ХАУС»
Местоположение: Цинциннати (Огайо)
Архитектор:
Филип Джонсон
Инженеры:
Бакстер, Ходель, Доннелли и Престон
Год строительства:
1965
Общая площадь:
372 м2
/ •— металлический корпус с покрытием； 2 — теплоизоляция из стекловаты толщиной 50 мм； 3 — рулонная кровля из пяти слоев； 4 — покровный слой толщиной 200 мм; 5 — защитный гравийный слой толщиной 100 мм; 6 ——полиуретановая изоляция толщиной 25 мм； 7 — бетонная несущая конструкция； 8 ——пластиковый фонарь; 9 ——металлический усиливающий ЦИЛИНДР/ •— металлический корпус с покрытием； 2 — теплоизоляция из стекловаты толщиной 50 мм； 3 — рулонная кровля из пяти слоев； 4 — покровный слой толщиной 200 мм; 5 — защитный гравийный слой толщиной 100 мм; 6 ——полиуретановая изоляция толщиной 25 мм； 7 — бетонная несущая конструкция； 8 ——пластиковый фонарь; 9 ——металлический усиливающий ЦИЛИНДРРазрезРазрезРис. 151. «Гейер-Хаус»:/ — спальня хозяев； 2 —кабинет： 3 — вестибюль； 4 — коридор; 5 — столовая； 6 — кухня； 7вспомогательное помещение; 8 — спальня для мальчиков; 9 — спальня для девочек' 10 бассейн; 11 — общая комната; 12 — терраса； /3 — камин; /4 —ванная ，Рис. 151. «Гейер-Хаус»:/ — спальня хозяев； 2 —кабинет： 3 — вестибюль； 4 — коридор; 5 — столовая； 6 — кухня； 7вспомогательное помещение; 8 — спальня для мальчиков; 9 — спальня для девочек' 10 бассейн; 11 — общая комната; 12 — терраса； /3 — камин; /4 —ванная ，
/ •— металлический корпус с покрытием； 2 — теплоизоляция из стекловаты толщиной 50 мм； 3 — рулонная кровля из пяти слоев； 4 — покровный слой толщиной 200 мм; 5 — защитный гравийный слой толщиной 100 мм; 6 ——полиуретановая изоляция толщиной 25 мм； 7 — бетонная несущая конструкция； 8 ——пластиковый фонарь; 9 ——металлический усиливающий ЦИЛИНДР
/ •— металлический корпус с покрытием； 2 — теплоизоляция из стекловаты толщиной 50 мм； 3 — рулонная кровля из пяти слоев； 4 — покровный слой толщиной 200 мм; 5 — защитный гравийный слой толщиной 100 мм; 6 ——полиуретановая изоляция толщиной 25 мм； 7 — бетонная несущая конструкция； 8 ——пластиковый фонарь; 9 ——металлический усиливающий ЦИЛИНДР
Разрез
Разрез
Рис. 151. «Гейер-Хаус»:
/ — спальня хозяев； 2 —кабинет： 3 — вестибюль； 4 — коридор; 5 — столовая； 6 — кухня； 7
вспомогательное помещение; 8 — спальня для мальчиков; 9 — спальня для девочек' 10 бассейн; 11 — общая комната; 12 — терраса； /3 — камин; /4 —ванная ，
Рис. 151. «Гейер-Хаус»:
/ — спальня хозяев； 2 —кабинет： 3 — вестибюль； 4 — коридор; 5 — столовая； 6 — кухня； 7
вспомогательное помещение; 8 — спальня для мальчиков; 9 — спальня для девочек' 10 бассейн; 11 — общая комната; 12 — терраса； /3 — камин; /4 —ванная ，
Толщина земляной засыпки: 275 мм
Конструкции: железобетонное покрытие толщиной 150 мм, железобетонные стены толщиной 300 мм
Изоляция для стен и крыши:
из фомгласа толщиной 50 мм
Гидроизоляция рулонная: для крыши в 5 слоев, стен — в 3 слоя, пола — в 3 слоя
Система отопления:четыре топки
，Это первое заглубленное здание, построенное после войны не в качестве убежища, а в качестве жилища. Оно предвосхитило нашу современную заинтересованность в сохранении энергии и использовании земли как строительного материала.
Архитектор Филип Джонсон при проектировании этого дома добился удачного сочетания элементов земли и воды. Все жилые помещения имеют исключительно большие окна, через которые открывается вид на красивое озеро и его берега. Поскольку рельеф участка достаточно однообразен, Джонсон соединил здание и озеро в одну архитектурную композицию, установив на крыше здания декоративные элементы цилиндрической формы, которые выполняют функции вспомогательных помещений и световых фонарей.
《Гейер-Хаус》一образец умелого использования земли в качестве строительного материала свидетельствует о том, что строительство заглубленных 176
зданий предоставляет огромные возможности для архитектурного творчества.
После 12 лет эксплуатации люди, проживающие в «Гейер- Хаус», говорят, что «жизнь в нем доставляет исключительное наслаждение».
«ТЕРРАСОЛ»
Местоположение: не построен .Архитектор:
Герман Дейонг
Общая площадь:
149 м2
Толщина земляной засыпки: 600 мм
Конструкции:
стены из бетонных блоков толщиной 200 мм, покрытие из сборных железобетонных плит толщиной 250 мм, пол из бетонных плит
Изоляция крыши:
из фомгл аса толщиной 100—50 мм
Гидроизоляция:
бутиловая мембрана толщиной 25 мм
Система отопления: солнечные коллекторы и ,дровяная топка
«Террасол-1» — первой из трех заглубленных домов с солнечной системой отопления, созданных архитектором Дейонгом, страстным защитником проектов, предусматривающих сохранение энергии и применение новых ее источников. Заглубленные здания типа сТер- расол》一первый шаг к наиболее совершенным конструктивным решениям; они имеют солнечные панели, обращенные на юг, и засыпанную землей северную стену, что обеспечивает
Рис. 155. ТеррасолРис. 155. Террасол/ — тепловые аккумуляторы и солнечные коллекторы; 2 ——спальня; 3 — терраса; 4 — кладовые； 5 — кухня; 6 — общая комната; 7 — механическое и теплоаккумулирующее оборудование; 8 — солнечные коллекторы/ — тепловые аккумуляторы и солнечные коллекторы; 2 ——спальня; 3 — терраса; 4 — кладовые； 5 — кухня; 6 — общая комната; 7 — механическое и теплоаккумулирующее оборудование; 8 — солнечные коллекторыРис. 156. Деталь крыши:/ _ штукатурка； 2 — предварительно напряженная железобетонная плита толщиной 250 мм; 3 — бетонная стяжка толщиной 50 мм； 4 — теплоизоляция из стекловолокна (50—100 мм); 5 — бутиловая мембрана (1,6 мм)： 6—прокладка, изолирующая грунт； 7 — земляная засыпка (600 мм); 8 — алюминиевое покрытие; 9 — солнечный коллекторРис. 156. Деталь крыши:/ _ штукатурка； 2 — предварительно напряженная железобетонная плита толщиной 250 мм; 3 — бетонная стяжка толщиной 50 мм； 4 — теплоизоляция из стекловолокна (50—100 мм); 5 — бутиловая мембрана (1,6 мм)： 6—прокладка, изолирующая грунт； 7 — земляная засыпка (600 мм); 8 — алюминиевое покрытие; 9 — солнечный коллекторна специальные террасы, защищенные от северных ветров.на специальные террасы, защищенные от северных ветров.
Рис. 155. Террасол
Рис. 155. Террасол
/ — тепловые аккумуляторы и солнечные коллекторы; 2 ——спальня; 3 — терраса; 4 — кладовые； 5 — кухня; 6 — общая комната; 7 — механическое и теплоаккумулирующее оборудова
ние; 8 — солнечные коллекторы
/ — тепловые аккумуляторы и солнечные коллекторы; 2 ——спальня; 3 — терраса; 4 — кладовые； 5 — кухня; 6 — общая комната; 7 — механическое и теплоаккумулирующее оборудова
ние; 8 — солнечные коллекторы
Рис. 156. Деталь крыши:
/ _ штукатурка； 2 — предварительно напряженная железобетонная плита толщиной 250 мм; 3 — бетонная стяжка толщиной 50 мм； 4 — теплоизоляция из стекловолокна (50—100 мм); 5 — бутиловая мембрана (1,6 мм)： 6—прокладка, изолирующая грунт； 7 — земляная засыпка (600 мм); 8 — алюминиевое покрытие; 9 — солнечный коллектор
Рис. 156. Деталь крыши:
/ _ штукатурка； 2 — предварительно напряженная железобетонная плита толщиной 250 мм; 3 — бетонная стяжка толщиной 50 мм； 4 — теплоизоляция из стекловолокна (50—100 мм); 5 — бутиловая мембрана (1,6 мм)： 6—прокладка, изолирующая грунт； 7 — земляная засыпка (600 мм); 8 — алюминиевое покрытие; 9 — солнечный коллектор
на специальные террасы, защищенные от северных ветров.
на специальные террасы, защищенные от северных ветров.
152153 Г54152153 Г54сохранение энергии. Дровяная топка может быть необходима при дефиците солнечной радиации, а установка ветряного двигателя позволит обеспечить полную энергетическую автономность здания.
152
153 Г54
152
153 Г54
Все три здания типа《Террасол》 решены для плоского рельефа, хотя могут быть размещены и на южном склоне. Они практичны, и архитектор считает их наиболее целесообразными для пригородных зон. В качестве конструктивных элементов использованы обычные железобетонные плиты и блоки. Окна кухни и двух меньших спален выходят на юг, а наиболее большие окна общей комнаты и спальни хозяев ——
ЧАСТЬ IIIДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯПРИЛОЖЕНИЯЧАСТЬ IIIДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯПРИЛОЖЕНИЯ
ЧАСТЬ III
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ЧАСТЬ III
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАГЛУБЛЕННОГО ЖИЛИЩА
Обычные методы расчета теплового потока, поступающего через огр аждающие конструкции, с учетом долговременных колебаний климатических условий, для заглубленного здания не приемлемы, так как приходится учитывать теплоемкость земляной засыпки. Высокая тепловая массивность конструкции значительно увеличивает время изменения микроклимата помещения при изменении погодных условий и, кроме того, в большой степени ослабляет воздействие этих изменений. Таким образом, максимальные сезонные температуры не могут служить надежным критерием для расчетов, так как реакция грунта учитывает и характер процессов, протекающих в период между экстремальными значениями температур.
В университете Миннесоты разработана компьютерная программа, учитывающая характер этих изменений.
Для расчета теплопередачи выбрана формула, которая не учитывает внутренние теплопо- ступления:
pCpk=V(KVT), (1)
где р — плотность материала, кг/м3; Ср — удельная теплоемкость материала, Дж/кг-К); К — коэффициент теплопроводности, Вт/(м・К); /一время; Т — температура, выраженная в соответствующих единицах.
Для сокращения времени расчетов и расчета каждого из элементов конструкции предложены еще две формулы. Первая представляет собой вариант (1) для процесса, идущего в одном измерении:
с ЗТ 6 & 6Т \ с、 рСрК I (2)
ох \ ох /
Эта формула исключительно удобна для расчета крыши.
На основании этой первой программы была разработана программа, с помощью которой анализировались характе
ристики различных типов грунтов и изоляции, уложенных на железобетонные конструкции. При этом изучались как часовые, так и сезонные изменения характеристик.
Вторая программа была основана на двухмерной теплопередаче:
С помощью этой формулы проводились исследования тепловых свойств здания в течение года.
Для более точного сравнения результатов, полученных при расчете по формулам (2) и (3), использовали метод конечных разностей. Для каждого выбранного интервала определяли точные значения плотности и удельной теплоемкости; значения теплопроводности в правой части уравнения изменились по гармоническому закону. Преимущество применения гармонического закона для анализа характера изменения теплопроводности подтверждена сериями контрольных замеров с помощью тепловых сопротивлений. Анализируя интервалы, следует иметь в виду, что лучше выбирать точки, расположенные в середине, чтобы избежать последующей интер- по〃 兄 ннн.
При составлении разности уравнений (2) и (3) ие следует прибегать к специальной производной, в этом случае значительно упрощается задача определения характеристик различных грунтов по времени. Это тот особый случай, когда влияние движения влаги должно быть учтено при анализе.
Граничные условия между поверхностью земли и соприкасающейся с ней поверхностью ограждающих конструкций, выраженные через энергетический баланс поверхностей, определяют по формуле
рСр У */ - =Qhohb —
—九"нов (Т—^возд)(4)
где У — объем; ЛПОв 一 площадь поверхности, через которую происходит конвективный теплообмен.
Левая часть уравнения описывает изменение количества накапливаемой энергии в анализируемом объеме. Первая половина правой части уравнения описывает количество теп- лопоступлений в анализируемый объем за счет конвекции, а вторая половина ——за счет конвективного теплообмена. Выражение граничной разности для уравнения (4) затем модифицировали, чтобы иметь возможность проводить расчеты для поверхностей любой конфигурации. Коэффициент конвективного теплообмена определяли в соответствии с рекомендациями Национального бюро погоды при скорости ветра 15,29 км/ч. Для расчета внутренних конструкций использовали коэффициент пленочной проводимости, равный 1,29 Вт/(м2-К).
Температура наружного воздуха принята средней, по данным Национального бюро погоды, за последние 30 лет (с 1940 по 1970 гг.). Был проведен анализ с учетом экстремальных значений температур для района Миннеаполис — Сен- Пол; для этого была определена среднесуточная летняя температура. Допускалось, что температура в помещении в это время соответствует температуре наружного воздуха. Ожидалось, что в условиях худшего естественного охлаждения за счет внутренних теп- лопоступлений температура воздуха в помещении составит 25,6 ℃, что приведет к увеличению теплопотерь через стены при температуре наружного воздуха 23,6 ℃.
Пр едпол агалось, что зда-
МесяцСреднемесячная температура наружного воздуха, ℃Среднемесячная температура наружного воздуха, ℃Возможное число солнечных дней, %ночьюднемЯнварь—11— 12,2—8,551Февраль—8,6—9,4—6,751Март—2,1—3,8—0,454Апрель7,3555Май13,910,316,658Июнь19,415,821,963Июль22,218,125,270Август21,218,623,867Сентябрь15,613,418,761Октябрь108,711,857Ноябрь0,20,31,739Декабрь一7,4—8,2—5,940МесяцСреднемесячная температура наружного воздуха, ℃Среднемесячная температура наружного воздуха, ℃Возможное число солнечных дней, %ночьюднемЯнварь—11— 12,2—8,551Февраль—8,6—9,4—6,751Март—2,1—3,8—0,454Апрель7,3555Май13,910,316,658Июнь19,415,821,963Июль22,218,125,270Август21,218,623,867Сентябрь15,613,418,761Октябрь108,711,857Ноябрь0,20,31,739Декабрь一7,4—8,2—5,940Таблица П.2.1. Средние значения температур наружного воздуха и процент возможного числа солнечных днейТаблица П.2.1. Средние значения температур наружного воздуха и процент возможного числа солнечных дней
Месяц
Среднемесячная температура наружного воздуха, ℃
Среднемесячная температура наружного воздуха, ℃
Возможное число солнечных дней, %
ночью
днем
Январь
—11
— 12,2
—8,5
51
Февраль
—8,6
—9,4
—6,7
51
Март
—2,1
—3,8
—0,4
54
Апрель
7,3
5
55
Май
13,9
10,3
16,6
58
Июнь
19,4
15,8
21,9
63
Июль
22,2
18,1
25,2
70
Август
21,2
18,6
23,8
67
Сентябрь
15,6
13,4
18,7
61
Октябрь
10
8,7
11,8
57
Ноябрь
0,2
0,3
1,7
39
Декабрь
一7,4
—8,2
—5,9
40
Месяц
Среднемесячная температура наружного воздуха, ℃
Среднемесячная температура наружного воздуха, ℃
Возможное число солнечных дней, %
ночью
днем
Январь
—11
— 12,2
—8,5
51
Февраль
—8,6
—9,4
—6,7
51
Март
—2,1
—3,8
—0,4
54
Апрель
7,3
5
55
Май
13,9
10,3
16,6
58
Июнь
19,4
15,8
21,9
63
Июль
22,2
18,1
25,2
70
Август
21,2
18,6
23,8
67
Сентябрь
15,6
13,4
18,7
61
Октябрь
10
8,7
11,8
57
Ноябрь
0,2
0,3
1,7
39
Декабрь
一7,4
—8,2
—5,9
40
Таблица П.2.1. Средние значения температур наружного воздуха и процент возможного числа солнечных дней
Таблица П.2.1. Средние значения температур наружного воздуха и процент возможного числа солнечных дней
ние выполнено из монолитного желозобетона с коэффициентом теплопроводности 0,45 Вт/(м・К), несколько меньшим, чем у пустотных конструкций (0,81 — 1,4 Вт/(м-К). Но поскольку бетонные конструкции составляют лишь небольшую часть тепловой изоляции здания, эта разница составит лишь 4,5% эффективности крыши и будет незначительно мала для стен. Поэтому общие выводы не зависят от принятого в этой части решения.
В качестве грунта рассматривалась супесь, характерная для юго-западного района Миннесоты. Коэффициент теплопроводности, равный 0,81 Вт/(м- К), показателен для очень сухого грунта. Значения удельной теплоемкости и плотности были выбраны соответственно 858 Дж/(кг - К) и 1815 кг/м3. Так как движение влаги в грунте подчиняется очень сложным законам, для удобства расчетов условно принята равномерная влажность грунта (от 18 до 37%). И тем не менее выяснилось, что за счет увеличения влажности грунта количество теплопотерь зимой увеличилось на 28%, а естественное охлаждение летом —на 49%. Таким образом, при сравнении обьшного и заглубленного зданий для общих выводов относительно конструкций эти колебания не учитывались, но при определении тепловых характеристик грунта они имеют большое значение.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТНАЗЕМНОГО ЗДАНИЯ
Энергетический расчет обычного жилого здания осно- 182
ван на некоторых допущениях. Четыре здания, включенные в вариант В, не имеют цоколя. Стены рамной конструкции: наружная поверхность деревянная, а внутренняя из гипсолита; между ними ——глинофиберглассовая изоляция. Крыша плоская невентилируемая, с гравийно-битумным защитным слоем; потолок гипсолитовый; изоляция глино-фиберглассовая. Здание В имеет сле
дующие размеры:
северная и южная стены длиной 14 м;
восточная и западная стены длиной 10 м;
высота потолка 2,5 м;
все окна имеют двойное остекление. Ориентация окон и их площадь зданий варианта В следующие:
для вариантов В-1 〃 В-2
южная сторона, площадь остекления 35% площади стены —12,25 м2
для вариантов В-3 и В-4
северная сторона, площадь остекления 5% площади стены —1,72 м2
восточная сторона, площадь остекления 10% площади стены —2,5 м2.
южная сторона, площадь остекления 15% площади стены —5,25 м2
западная сторона, площадь остекления 10% площади стены —2,5 м2.
Количество теплопотерь и теплопоступлений определено с учетом данных Основного руководства ASHRAE 1972 ч. 22 и данных, приведенных в табл. п. 2.1. Данные для северной широты от 40 до 48° были усреднены для широты 44°, что
соответствует широте Миннеаполиса.
Окна приняты высотой 1,2 м на уровне 1 м от пола. Южные окна затенены сплошным навесом шириной 0,9 м. Восточные и западные окна затенены различными способами, обеспечивающими затенение 25% площади окон. Согласно данным ASHRAE коэффициент затенения соответствует 0,83; коэффициент теплопередачи окон в дневное время равен 3,349 Вт/(м2-℃), а в ночное время — 2,555 Вт/(м2-℃). Коэффициент теплопередачи окон в ночное время ниже из-за того, что они обычно закрываются шторами.
Количество теплопоступлений через южные окна определяли на основании данных табл. 2 и ASHRAE. Процент окон с южной ориентацией по отношению к солнцу определен в зависимости от углов стояния солнца над горизонтом в дневное время. Количество солнечной энергии, попадающей в здание» принято для юж
ных окон согласно данным табл. 2 и ASHRAE, а для северных с учетом затененности. Формула для расчета количества солнечной энергии следующая: объем теплопоступлений =суммарной солнечной интенсивности X коэффициент затененности X число дней в месяце.
Объем теплопоступлений через западные и восточные окна определен также, как и для южных окон. Для северных окон расчет был произведен аналогично, только из подсчета исключили площадь окон, в которые не попадает прямой солнечный свет. Для всех окон количество теплопоступлений в облачную погоду принято в размере 10% теплопоступлений в солнечную погоду. Количество теплопотерь через окна определяли с учетом значений коэффициента термического сопротивления, приведенных выше, и температур наружного воздуха (см. табл. п. 2.1).
Объем теплопотерь и теплопоступлений через стены в те-
чение всех месяцев, кроме июня, июля и августа, подсчитали по формуле Qr = Qh+ Qc； это значит, что количество теп- лопоступлений за счет солнечной радиации равно чистому количеству тепла, отбираемому у стены наружным воздухом плюс количество тепла, передаваемое от наружной поверхности стены внутрь здания. Сведения о количестве тепла взяты из руководства ASHRAE (1972 г.) и приводятся ниже. Коэффициент теплопередачи внутри стены тот же, что для стены в целом, уменьшенный на значение пленочного коэффициента теплопередачи. Подсчеты выполнены для двух вариантов стены X и У. Стена X. применена в вариантах ВЛ и В-3, а стена У — в вариантах В-2 и В-4. Обе стены имеют рамную конструкцию; наружная поверхность выполнена из деревянного бруса сечением 19x25 мм, а внутренняя — из доски толщиной 20 мм с гипсолитовой обшивкой. Рама стены X выполнена из бруса сечением 50X100 мм и заполнена глиняно-фиберглассовой изоляцией толщиной 88 мм. Стена У сделана из бруса сечением 50X 150 мм с такой же изоляцией, толщиной 138 мм. Для расчетов использовали следующие значения коэффициентов: £ = 0,204 м2/ч; " = 29,878 Вт/(м2-℃), t4 = 0,386 Вт/(м2Х Х℃), 4 = 0,255 Вт/(м2-℃).
Объем теплопоступлений в июне, июле и августе был определен исходя из условия, что все поступающее тепло абсорбируется наружной поверхностью здания и поступает внутрь.
Потери тепла в эти месяцы не учитывались.
Количество теплопоступлений за счет солнечной радиации регулировалось для южной, западной и восточной стен путем затенения, а в пасмурную погоду —— методами, аналогичными способу регулирования поступлений тепла через окна. Теплопоступление за счет радиации в пасмурную погоду было равно нулю. Аналогичные подсчеты потерь и поступления тепла были произведены для крыш X и У. Крыша X применялась в вариантах В-\ и В-3, а крыша У в вариантах В-2 и 5-4. Затенение крыши не учитывалось. Обе крыши имеют рамную конструкцию с гравийно-битумным защитным слоем, выполненным по деревянному настилу толщиной 50 мм и 13 мм, и гипсолитовым потолком. Рама крыши X сделана из бруса сечением 50Х 150 мм с глиняно-фиберглассовой изоляцией толщиной 148 мм, а рама крыши У — из бруса сечением 50X250 мм с такой же изоляцией, толщиной 225 мм. Обе крыши невентилируемые. Для их расчета использовали следующие значения коэффициентов: Е = 0,258 м2/ч; " = 29,878 Вт/(м2*℃);厶= 0,261 Вт/(м?х Х℃); t/y = 0,182 Вт/(м2-℃).
Теплопотери через пол определяли по методике ASHRAE. Максимальное количество теп- лопотерь составило 32,4 ккал/ч на 1 м лаги. В течение месяца теплопотери изменялись аналогично изменениям температур. Теплопотери в летнее время не учитывались.
В варианте F здание имело подвал; для расчета примени-
ли исходные данные варианта В. В варианте 尸-1 использовалась стена и крыша X, а в варианте F-2 — стена и крыша У. В обоих случаях площадь остекления составляла 35% поверхности южной стены: на остальных стенах окон не было. Для расчета подвала принимались данные для заглубленных стен и полов.
Во всех вариантах заглубленных зданий (Л, С и £) открытой была стена конструкции У с площадью остекления 35%.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗЗАГЛУБЛЕННЫХ
НАЗЕМНЫХ ЗДАНИЙ
Рассмотрим потребность в энергии заглубленных (вариант D) и наземных (вариант В) зданий. Эти варианты наиболее просты и используются для разработки остальных вариантов. Представленные здесь цифры получены на основе критериев и допущений, изложенных в приложениях 1 и 2. Их следует учитывать применительно к другим вариантам.
Конструктивные элементы описаны в прил. 2. Заглубленное здание имеет следующие конструкции:,
крышу, состоящую из железобетонных плит толщиной 30 см, полистиреновой изоляции высокой плотности (10 см), земляной засыпки толщиной 50 см;
стены железобетонные толщиной 30 см с изоляцией из по-
листирена высокой плотности (изоляция покрывает верхнюю, половину стены);
пол железобетонный толщиной 30 см.
В табл. П.3.1 приведены теплопотери и теплопоступле- ния через окна обычного здания, в табл. 3.2 сравнивается количество энергии, необходимое для заглубленного и наземного зданий. Приведены данные как для обычной стены (тип X), так и для хорошо изолированной (тип У). Вследствие различного количества поступающей солнечной радиации для обычного здания характеристики стен представлены с учетом ориентации.
В табл. П.3.3 приведены теплопотери и теплопоступле- ния через крышу (типы X н У).
В табл. П.3.4 представлены данные расчета теплопотерь через пол зданий обоих типов. Прямое сравнение не было сделано из-за разных методик расчета, однако все компоненты, изменяющие потери, учтены.
Во всех таблицах приведены итоговые сезонные данные. Общегодовые показатели для наземного здания с малой тепловой массивностью имеют меньшее значение. Не сравниваются зимние и летние показатели. Приведенные результаты округлены. Во всех таблицах отрицательные числа соответствуют теплопотерям, положительные —— теплопоступле- ниям.
Месяц
Север
Восток — Запад
Юг
Январь
—60,37
—48,95
+3,90
Февраль
—48,57
—31,48
+ 17,53
Март
—36,84
—11,02
+ 14,78
Апрель
—12,09
+ 16,34
+9,39
Май
+9,11
+ 37,43
+ 11,80
Июнь
+22,66
+55,77
+23,45
Июль
+25,87
十 60,11
+27,90
Август
+ 18,26
+51,12
+41,62
Сентябрь
+3,19
+28,04
+55,74
Октябрь
—13,59
+ 3,99
+53,82
Ноябрь
—35,42
—26,68
+ 13,53
Декабрь
—54,61
—47,08
—5,56
Итого с июня
+70,79
+ 165
+ 92,26
по август
Итого с октяб-
—261,94
—144,98
+ 107,40
ря по апрель:
Таблица П.3.1. Теплопотери и теплопоступлеиия через окна, кВт ч/м2
Месяц
Одноэтажное заглубленное здание
Стена X
Юг
Север
Стена У
север
восток — запад
восток — запад
юг
Январь
—1,91
-8,90
-8,90
—8,89
—5,89
—5,89
一5,88
Февраль
—2,32
—7,42
—7,42
—7,41
—4,91
—4,91
—4,90
Март
—2,57
—6,33
—6,32
-6,32
-4,19
—4,19
—4,18
Апрель
—2,61
—3,63
—3,53
—3,53
—2,34
—2,34
—2,33
Май
—2,45
—1,73
—1,73
-1,76
—1,15
—1,15
-1,14
Июнь
—4,71
+0,45
+0,95
+0,43
+0,30
+0,63
+0,30
Июль
—3,68
+0,45
+ 1,04
+354
+0,30
+0,69
+0,36
Август
—3,09
-0,31
+0,88
4-0,65
+。2
+0,58
+0,42
Сентябрь
—0,17
—1,24
— 1,23
—1,22
—0,82
—0,81
—1,81
Октябрь
—0,69
—2,87
—2,87
—2,86
—1,90
—1,90
—1,89
Ноябрь
— 1,01
—5,50
—5,49
—5,49
—3,64
-3,64
—3,63
Декабрь
— 1,42
—7,88
—7,88
—7,88
一5,22
—5,22
—5,22
Итого с июля по август
— 11,48
+ 1,22
+2,87
+ 1,65
+0,81
+ 1,89
+1,09
Итого с октября по апрель
— 12,54
—42,44
—42,41
—42,38
-28,09
—28,07
—28,05
Таблица
(без изоляции) и У (с усиленной изоляцией), кВт-ч/м2
П.3.2. Теплопотери и теплопоступлеиия через стены X
Месяц
Заглубленные конструкции U = 0,217 Вт/(м2.℃)
Крыша типа X U = 0,261 Вт/(м2-℃)
Крыша типа У U = 0,182 Вт/(м2.℃)
Январь
—4,30
—6,02
—4,19
Февраль
—4,16
—5,01
—3,49
Март
—3,39
—4,27
—2,97
Апрель
—2,17
—2,37
—1,65
Май
—1,82
—1,15
—0,80
Июнь
— 1,44
+ 3,20
+ 2,22
Июль
0,52
+ 3,48 -
+ 2,42
Август
—0,53
+2,86
+ 1,98
Сентябрь
+0,08
—0,82
—0,57
Октябрь
—1,18
—1,93
—1,34
Ноябрь
—2,53
—3,71
—2,58
Декабрь
—3,68
—5,33
—3,71
Итого с июня по август
—2,50
+ 9,54
+ 6,62
Итого с октября по апрель
—21,40
—28,63
—19,92
Таблица П.3.3. Теплопотери и теплопоступлеиия через крышу, кВт-ч/м2
Месяц
Пол заглубленного здания, кВт ч/м2
Пол X н У, кВт-ч/м2 (опоры)
Январь
—0,71
—67,49
Февраль
—0,74
—56,26
Март
—0,78
—48,02
Апрель
—0,81
—26,80
Май
—0,83
—13,18
Июнь
—2,84
Июль
—2,28
Август
—2,14
Сентябрь
—0,04
—9,36
Октябрь
—0,44
—21,77
Ноябрь
—0,58
—41,67
Декабрь
—0,64
—59,75
Итого с июня по август
—7,26
Итого с октябрь по ап-
—4,70
—321,76
рель:
Таблица П.3.4. Теплопотери и теплопоступлеиия через пол
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Энергетические вопросы
Minnesota Energy Use Trends 1957-73. February 1975, 25 pp., Minnesota Energy Agency Research Division.
Alternative Energy Sources Conference Summary Update, Technology and Applications for Minnesota, April 27-28, 1976, Bloomington, MN, 57 pages
Minnesota Alternate Energy Research and Development Policy Formulation Project Minnesota Energy Agency Research Division, 1977, V.I Draft executive summary & recommendations V.2 Solar I, Active V.3 Solar Passive V.4 Urban Solid Waste pts. A-B
Energy Use and Conservation in the Residential Sector: A Regional Analysis. Stephen H. Dole R-1641-NSF, June 1975 (Rand Corporation).
Energy Conservation in Building: its Foundation, Costs and Acceptance Paul Reece Achenbach, Energy Conservation Conf., Univ, of Minnesota, 1973, 38 pages.
Материалы конференций 〃 симпозиумов
Energy Use Management Rocco A. Fazzolare and Craig B. Smith, ed., Pergamon Press, Inc. 1977. Four volume proceedings of the International Conference on Energy Use Management held October 24-28, 1977, in Tuscon, Arizona
Alternatives in Energy Conservation: The use of Earth Covered Buildings NSF/RA-760006 Proceeding and Notes of Conference held in Fort Worth, Техас, July 9-12, 1975, $3.25. Available from U. S. Govt. Printing Office, Washington, DC 20402 Stock No. 038-000-00286-4
Legal, Economics and Energy Considerations in the use of Underground Space National Academy of Sciences, Washington, DC, 1974
Need for National Policy for the use of Underground Space Engineering Foundation Conference. Berwick Academy, South Berwick, Maine, June 25-29, 1973, 232 pages
Proceedings of the Symposium on the Development and Utilization of Underground Space University of Missouri, Kansas City, 1975
Going Under to Stay on Top Proceedings
Общие вопросы
Going Under to Stay on Top
Charies Fairhurst, Underground Space Vol. I, No. 2, July-Aug., 1976, pp. 71- 86
Energy Conservation by Building Underground Thomas P. Bligh, Underground Space, I, No. 1, May/June, 1976, pp. 19-33
Conservation of Energy by Use of Underground Space Thomas P. Bligh and Richard Hamburger in: Legal, economic and energy considerations in the use of underground space National Academy of Sciences, 1974, 15 pages, Bibliography
Non-Traditional Military Uses of Underground Space Lloyd S. Jones, Un* derground Space, Vol. 2, No. 3} Nov., 1977
Is it Time to go Underground? Lt. Lloyd Harrison, Jr. The Navy Civil Engineer, Fall 1973, 2 pages
Why I Went Underground Malcolm Wells, The Futurist, February 1976, pp. 21-24
What Your Home Will be Like in Fifty Years Malcolm Wells, Mainlines, September 1974.
Confessions of a Gentle Architect Malcolm Wells, Environmental Quality, July 1973.
Conservation Architecture Malcolm B. Wells, Architecture & Engineering News, September 1969, p. 27.
Down Under, Down Under, ... of How Not to Build Underground Malcolm Wells, Progressive Architecture, March 1968, 2 pages
Nowhere to go but Down Malcolm Wells, Prog. Architecture, February 1965, pp. 174—179
Energy Essays Edmund Scientific Company, Malcolm Wells, 1976, 70 pp. $5.95
Geotecture Royce LaNier, Library of Congress, Catalogue No. 76-139958, 1970, 72 pages.
Geotecture, Concept, Design, Construction and Economy of Geospace - The Creation of Subterranean Accommodation Patrick Horsbrugh, Univ, of Notre Dame, 1973.
Underground Housing R. F. Dempe- wolff, Science Digest, Nov. 1975, pp. 40-53
Underground Construction Buildings, Jan. 1977, 6 pages
Underground Architecture: What Lies Ahead May be Beneath Us Roy Mason, The Futurist, Feb. 1976, pp. 16-20 Saving by Going Underground A1A Journal, Feb. 1974
Down to Earth Housing Wybe J. Van der Meer, Solar Age, Sept. 1976 The Earth*s the Ceiling James Gorman, The Sciences, March/April 1976 Energy Conservation Forces a Revolution in Buildings Engineering News Record, N-703, 1975, 12 pages.
Houses: The Architect Speaks to Man's Needs P/А, May 1964, 5 pages Возможное ти использования подземного пространства
Earth Covered Habitat - An Alternative Future Frank L. Moreland, Underground Space, Vol. I, No. 4, Aug, 1977, pp. 295-307.
Planning the Underground Uses Donald F. Hagman, Legal Economic, and Energy Considerations in the use of Underground Space. National Academy of Sciences, 1974, pp. 52-68.
Earth Shelter Architecture and Land use Policy Royce LaNier and Frank L. Moreland, Underground Space, Vol. 1, No. 4, Aug. 1977, I page editorial Assessing Environmental Impact of Earth Covered Buildings Royce LaNier, Underground Space, Vol. I. No. 4, Pergamon Press, Aug. 1977, pp. 309- 315.
Subterranean Urban Systems Gunnar Birkerts, 1974, Industrial Development Division, Institute of Science and Technology, University of Michigan. Liberating Land: A Blueprint for Urban Frowth G. Birkerts, Progressive Architecture, Mar. 1973
Planning of Subsurface Use Birger Jansson & Torbjorn Winguist, D7: 170 pages
Potential use of Underground Space Minneapolis Campus, Univ, of Minnesota, Prepared by: Department of Civil and Mineral Engineering U of M, Feb. 1975, 75 pages, $7.00
Preliminary Design Information for Underground Space Minneapolis Campus, Univ, of Minnesota, Prepared by: Department of Civil and Mineral Engineering, U of M, Aug, 1975, 98 pages, $7.00.
Архитектурное проектирование Underground Designs Malcolm Wells, 1977, 87 pages, $6.00. Available from Malcolm Wells, P. O. Box 1149, Brewster, MA 02631 or some, bookstores.
Earth Intergrated Architecture 1975, 1976, 17 pages.
Edited by and available from, James W. Scalise, College of Architecture, Arizona State University, Temple, AZ Underground Architecture Malcolm Wells, CoEvolution, Quarterly, Fall 1976, Box 428, Sausalito, California 94965
The Energy Factor-А Dimension of De- sign David Bennett & Thomas P. Bligh, Underground Space, Vol. 1 No. 4, Aug. 1977, pp. 325-332
Terratecture J. W. Scalise, 1974 published by Arizona State University
The Architectural Underground Part I Kenneth Labs, Underground Space, Vol. 1 No. I May-June 1976, pp. 1-8.
The Architectural Use Underground Space: Issues and Applications Kenneth B. Labs, Master of Architecture Thesis, Washington Univ., St. Louis, MO, May 1975
Subsurface and Underground Housing in Hot Arid Lands A technical report, U. S. Army Research Office, Durham, North Carolina, 1964.
Underground - The Prairie Sod House Returns Architecture Minnesota, Sept.-Oct. 1977, pp. 24-31.
Principles of Natural Lighting J. A. Lynes, 212 pages, 106 illus., 1968, $15.00, Applied Science Publishers Ltd., 22
Обзор практики строительства заглубленных жилищ
Solaria Edmund Scientific Company, Bob and Nancy Homan, Dr. Harry Thomason, Malcolm Wells, April 1974, 67 pp. with 10 detailed plans of Homan House, $24.95, from Edmund Sci. Underground Houses V. E. Smay, Popular Science, p. 84, April 77
Your Next House Could Have a Grass Roof R. F. Dempewolff, Popular Mechanics, p. 78, March 1977.
Winston House, Lyme, New Hampshire, Designer and Contractor Don Metz Architectural Record Houses of 1974, pp. 52-53, Progressive architecture, May 1975, (See Part B)
My Cave Andy Davis, Underground Space, Vol. 2, No. 3, Nov. 1977.
Plowboy Interview Andy Davis' Cave, Mother Earth News, July/Aug 1977.
Underground Living in This Ecology House Saves Energy, Cuts Building Cost, Preserves the Environment V. Elaine Smay, Popular Science, June 1974, pp. 88-90
Living History Farms, The Farmhouse of Today and Tomorrow Ames Design Collaborative, Ray D. Crites, Sept. 28, 189
Going Underground: House of Tomorrow Bonnie Speer, Orbit Magazine, The Sunday Oklahoman, April 10, 1977.
An Instinctive Home Progressive Architecture, May 1964, p. 187, 8 pages The Self-Heating, Self-Cooling House Wendell Thomas, Mother Earth News Reprint, #39
The Beale Solar-Heated Subterranean Guest House Mother Earth News, May/June 1977, p. 80-81.
Go Underground Young Man, Says John Strickler Seattle Post-Intelligencer Nirthwest, Sun., March 6, 1977, by Linda Lewis, 3 pages.
30 Energy Efficient Houses ... You can Build Alex Wade and Neal Ewen- stein, Rodale Press, Emmaus, PA, 1977, 316 pages, S8.95
Потребление энергии s зданиях
ASHRAE Handbook of Fundamentals American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 345 East 47th Street, New. York, NY 10017.
Heat Loss Through Basement Walls and Floors F. C. Houghten, D. I. Tai- muty, Carl Gutberlet and C. J. Brown, Pittsburgh, PA, pp. 369-384, Transactions American Society of Heating and Ventilating Engineers, No. 1213, 1942. Heat Losses From House Basements Canadian Buildings, No. 10, Oct. 1969, 4 pages.
Temperature and Heat Loss Characteristics of Concrete Floors Laid on the Ground H. D. Bareither, A. M. Fleming, and В, C. Alberty, University of Illinois, Small Homes Council, PB 93920, 1948.
Measurements of Heat Losses from Slab Floors R. S. Dill, W. C. Robinson and H. E. Robinson, National Bureau of Standards Report BMS 103, March 10.
Heating and Air Conditioning of Underground Installations Dept, of the Army Technical Manual, Aug. 1965. TMS-8554, Washington, DC.
Air Conditioning is Easier Underground Heating and Ventilating Engineer, Jan. 1963.
Numerical Analyses of the Thermal Environment of Occupied Underground Spaces with Finite Cover using a Digital Computer T. Kusuda, R. Achenbach, ASHRAE Transactions, Vo. 69, No. 1853, 1963, 14 pages.
A Study of Thermal Environment in Underground Survival Shelters Using
an Electronic Analog Computer E. E. Drucker, J. T. Haines, ASHRAE Transactions, Vol. 70, No. 1857, 1965, 14 pages.
Thermal Inertia - The Neglected Concept M. J. Catani and S. E. Goodwin, The Construction Specifier, May 1977, 5 pages.一
Heavy Building Envelopes and Dynamic Thermal Response M. J. Catani and S. E. Goodwin, AC1 Journal, Feb。 1976, pp. 83-86.
Study Credits Use of Mass to Save Energy in Heating and Cooling of Buildings Air Conditioning, Heating & Refrigeration News, Nov. 29, 1976.
Field Laboratory for Heating Studiels D. B. Anderson, G. A. Erickson, R. C. Jordon and R. R. Leonard, ASHRAE Transactions, 1961, 4 pages.
Infiltration Measurements in Two Research Houses R. C. Jordan, G. A. Erickson and R. R. Leonard, ASHRAE Transactions, 1963, 6 pages.
Skylight Energy Performance Center for Industrial and Institutional Development, Univ, of New Hampshire, Durham, New Hampshire, Oct. 1975, 16 pages.
Systems Analysis for Skyligth Energy Performance Center for Industrial and Institutional Development, Univ, of New Hampshire, Durham, New Hamp- chire, Oct. 1975, 23 pages.
Energy Conservation in Buidling Design The American Institute of Architects, May 1974, reprinted June 1976, 156 pages.
Energy Conservation by Subsurface Construction Drs. Ernest Eskert, Thomas P. Bligh, and Emil Prender, NSF RA-760431, Dept, of Meeh. Eng., Univ, of Minnesota.“
Грунты и их температурные характеристики
Earth Temperature Beneath Five Different Surfaces T. Kusuda, National Bureau of Standards, Report 10373, Feb. 1971.
Thermal Properties of Soils M. S. Kersten, U of M, Minnesota Engineering Experiment Station Bulletin, No. 28, Vol Lil, No. 21, June I, 1949, 94 pages.
Earth Temperature and Thermal Diffusivity at Selected Stations in the United States P. R. Achenbach, T. Kusuda, ASHRAE Transactions, Vol. 71, No. 1914, 1965, pp. 61-75.
Collins* Well Water Isotherms Ground temperature distribution in the United States, I page.
Soil Temperature in the United States E. M. Fitton and C, F. Brooks. Monthly Weather Review, Vol. 59, Jan. 1931. Soil Temperature B. J. Fluker, Soil Science Journal, Jul.-Dec. 1958.
Soil Thermal Properties and Annotated Bibliography A. Peters, The Franklin Institute, Philadelphia, PA, 1962.
Fround Temperature Jen-hu-Chang, Vol. I & II, Blue Hill Metrological Observatory, Harvard University, Milton, mA, June 1958. .
Thermal Soil Mechanics A. R. Jurnic- kis, Rutgers University Press, 1966.
Оборудование d“兄 отопления, вентиляции и кондиционирования
Air Quality Maintenance in Underground Buildings Robert Thompson, Underground Space, Vol. I, No. 4, Aug. 1977, pp. 355-364. . ..
Symposium on Mechanical Ventilation, its Application and Control for Energy Conservation DA-76-20 , ASHRAE Transactions, Vol. 82, Part I, 1976, pp. 1141-1181. .
Recirculation of Exhaust Air U. S. Dept, of Health, Education and Welfare. Division of Physical Sciences and Engineering, Feb. 1976, 266 pages.
Measurement of Natural Draft N. W. Isenberg, OCDOS6264, Department of Architectural Engineering, the Penn State University, University Park, PA, Dec. 1963.
Feasibility of Low Cost Ventilation Techniques T. Hori.
Summary of Natural Ventilation of Underground Shelter OCDO562114, MRD Division, General American Transportation Corporation, Niles, Ohio, June 1964.
The Feasibility of Augmenting Below Grade Shelter Habitability with Conditioned Air John Jr. Everetts, Department of Architectural Engineering, Institute for Building Research, Penn. State University, University Park, Penn.
Heat Pump's Ice Storage Cuts Hea・ ting-Cooling Costs Architectural Record, Nov. 1976, p. 133, 3 pages.
Выбор архитектурных 〃 конструктивных. решений
The Owner Built Home Ken Kern, 1972, 1975
From the Ground Up John N. Cole and Charles Wing, Atlantic Monthly Press, Little Brown and Company, 1976, 244 pages.
Конструкции, гидроизоляция u теплоизоляция
Foundations on Swelling or Shrinking Subsoils J. J. Hamilton, Canadian Building Digest, March 1977, pp. 184-1 to 184-4
Concrete Masonry Basements 13 pages, Available from: Portland Cerment Association, 33 West Grand Ave., Chicago, IL 60610.
Recommended Practice for Building Watertight Basements with Concrete 1972, 5 pages, Available from: Portland Cement Association, 33 West Grand Ave., Chicago, IL 60610.
Underground Concrete Mechanical Engineering 92, October 1970, p. 45.
Evaluation of Buried Corrugated Steel Arched Structures and Associated Components G. H. Albright, U. S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, Washington, DC, Feb. 1961.
All Weather Wood Foundation System Design, Fabrication, Installation Manual National Forest Products Association, 1619 Massachusetts Avenue, N. W., Washington, DC 20036, 74 pages.
The All-Weather Wood Foundation: Why, What and How 35 pages, Available from: The American Plywood Association.
The All-Weather Wood Foundation System Basic requirements, TSD Technical Report No. 7, (National Forest Products Association).
CCA - Treated Wood Foundations, A Study of Permanence, Effectiveness, Durability and Environmental Considerations R. D. Arsenault, American Wood Reservers, Association, 1975, 23 pages.
Waterproofing Buildings Below Grade G. W. Gill, Civil Engineering 29, Jan. 1959, pp. 3-5.
Subgrade Waterproofing Series in Building Research, Nov.-Dec. 1964.
Evaluation of Bentonite Clay for Waterproofing Foundation Walls Below Grade Stanley M. Kanarowski, Army Construction Engineering Research Laboratory, Champaign, IL AD-AO11 180, Hay 1975, 48 pages. Distributed by: National Technical Information Service.
New Basement Wall Designs for Be- low-Grade Living Space A. Elmroth and I. Hoglund, Canada Institute for Scientific and Technical Information, Ottawa, 44 pages, Technical translation, No. 217.
New Method of Drainage of Basement
ОГЛАВЛЕНИИОГЛАВЛЕНИИЧасть I. Основные принципы проектирования Глава /. Выбор местоположения заглубленного зданияОриентацияТопографияРастительностьРазмеры участка и соседние постройкиГрунты и грунтовые водыГлава 2. Аспекты архитектурного проектированияВыбор основных решений ..Основные положения проектированияДетали проектирования-Глава 3. Использование энергииТепловые характеристики заглубленных зданийВопросы энергетической эффективностиЭнергетический обзорГлава 4. Строительное проектирование Общие положения ГрунтыНагрузки и работа конструктивных элементовМатериалыОсновные конструктивные элементыТребования к посадке здания .•.•.■Особые условия строительстваГлава 5. Борьба с влажностью и устройствогидроизоляции ....”Общие сведения;Источники повышенной влажности；Устройство дренажаЛУетоды паронзоляцни ..ГидроизоляцияСтоимость гидроизоляции .Теплоизоляция .Глава 6. Обзор общественной политики Общие сведения Строительные нормы. Стандарты минимальной пригодности МЖСнГРСтандарты службы обеспечения безопасности н здравоохранения ..Юридические аспектыПланировочные законодательства н нормыГлава 7. Примерные решенияОбщие сведения Вариант АВариант БИспользование энергии Предварительное определение стоимостиЧасть II. Обзор существующих заглубленных жилищГлава 8. Проекты зданий для холодного климата Глава 9. Проекты зданий для теплого климатаЧасть Ш. Дополнительная информацияСписок литературыЧасть I. Основные принципы проектирования Глава /. Выбор местоположения заглубленного зданияОриентацияТопографияРастительностьРазмеры участка и соседние постройкиГрунты и грунтовые водыГлава 2. Аспекты архитектурного проектированияВыбор основных решений ..Основные положения проектированияДетали проектирования-Глава 3. Использование энергииТепловые характеристики заглубленных зданийВопросы энергетической эффективностиЭнергетический обзорГлава 4. Строительное проектирование Общие положения ГрунтыНагрузки и работа конструктивных элементовМатериалыОсновные конструктивные элементыТребования к посадке здания .•.•.■Особые условия строительстваГлава 5. Борьба с влажностью и устройствогидроизоляции ....”Общие сведения;Источники повышенной влажности；Устройство дренажаЛУетоды паронзоляцни ..ГидроизоляцияСтоимость гидроизоляции .Теплоизоляция .Глава 6. Обзор общественной политики Общие сведения Строительные нормы. Стандарты минимальной пригодности МЖСнГРСтандарты службы обеспечения безопасности н здравоохранения ..Юридические аспектыПланировочные законодательства н нормыГлава 7. Примерные решенияОбщие сведения Вариант АВариант БИспользование энергии Предварительное определение стоимостиЧасть II. Обзор существующих заглубленных жилищГлава 8. Проекты зданий для холодного климата Глава 9. Проекты зданий для теплого климатаЧасть Ш. Дополнительная информацияСписок литературыр. СТЕРЛИНГ, ДЖ. КАРМОДИ, Т. ЭЛЛИСОН, П. ШИПП, Т. Л. ТИЛЛМАН, М. ЛАНДЕ,р. СТЕРЛИНГ, ДЖ. КАРМОДИ, Т. ЭЛЛИСОН, П. ШИПП, Т. Л. ТИЛЛМАН, М. ЛАНДЕ,Ч. НЕЛЬСОН, к. ЛЭБС, Ч. ФЕЙЕРХЕРСТ, Т. БЛАИ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЖИЛИЩ Редакция переводных изданий Зав редакцией М. В. Перевалюк Редактор М. Н. Кузнецова Мл. редактор Л. Г. Беглецова Технический редактор Ю Л. Циханкова Корректор Е. А. СтепановаЧ. НЕЛЬСОН, к. ЛЭБС, Ч. ФЕЙЕРХЕРСТ, Т. БЛАИ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЖИЛИЩ Редакция переводных изданий Зав редакцией М. В. Перевалюк Редактор М. Н. Кузнецова Мл. редактор Л. Г. Беглецова Технический редактор Ю Л. Циханкова Корректор Е. А. СтепановаИБ № 2846Сдано в набор 16.11.82. Подписано в печать 24.02.83. Формат бОХЭО1/^ Бумага № |. Гарнитура «Литературная» Печать высокая Печ. л. 12. Усл. печ. л. 12. Усл. кр.-отт. 1ао/. Уч.-изд. л. 13,07. Тираж 10.000 экз. Изд. № AVIII-9271. Заказ 1291. Цена 95 коп.Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23аМосковская типография № 4 Союзполиграфпрома прн Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжкой торговли129041, Москва, Б. Переяславская ул.» 46ИБ № 2846Сдано в набор 16.11.82. Подписано в печать 24.02.83. Формат бОХЭО1/^ Бумага № |. Гарнитура «Литературная» Печать высокая Печ. л. 12. Усл. печ. л. 12. Усл. кр.-отт. 1ао/. Уч.-изд. л. 13,07. Тираж 10.000 экз. Изд. № AVIII-9271. Заказ 1291. Цена 95 коп.Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23аМосковская типография № 4 Союзполиграфпрома прн Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжкой торговли129041, Москва, Б. Переяславская ул.» 46
ОГЛАВЛЕНИИ
ОГЛАВЛЕНИИ
Часть I. Основные принципы проектирования
Глава /. Выбор местоположения заглубленного здания
Ориентация
Топография
Растительность
Размеры участка и соседние постройки
Грунты и грунтовые воды
Глава 2. Аспекты архитектурного проектирования
Выбор основных решений ..
Основные положения проектирования
Детали проектирования-
Глава 3. Использование энергии
Тепловые характеристики заглубленных зданий
Вопросы энергетической эффективности
Энергетический обзор
Глава 4. Строительное проектирование
Общие положения
Грунты
Нагрузки и работа конструктивных элементов
Материалы
Основные конструктивные элементы
Требования к посадке здания .•.•.■
Особые условия строительства
Глава 5. Борьба с влажностью и устройствогидроизоляции ....”
Общие сведения;
Источники повышенной влажности；
Устройство дренажа
ЛУетоды паронзоляцни ..
Гидроизоляция
Стоимость гидроизоляции .
Теплоизоляция .
Глава 6. Обзор общественной политики
Общие сведения
Строительные нормы
. Стандарты минимальной пригодности МЖСнГР
Стандарты службы обеспечения безопасности н здравоохранения ..
Юридические аспекты
Планировочные законодательства н нормы
Глава 7. Примерные решения
Общие сведения
Вариант А
Вариант Б
Использование энергии
Предварительное определение стоимости
Часть II. Обзор существующих заглубленных жилищ
Глава 8. Проекты зданий для холодного климата Глава 9. Проекты зданий для теплого климата
Часть Ш. Дополнительная информация
Список литературы
Часть I. Основные принципы проектирования
Глава /. Выбор местоположения заглубленного здания
Ориентация
Топография
Растительность
Размеры участка и соседние постройки
Грунты и грунтовые воды
Глава 2. Аспекты архитектурного проектирования
Выбор основных решений ..
Основные положения проектирования
Детали проектирования-
Глава 3. Использование энергии
Тепловые характеристики заглубленных зданий
Вопросы энергетической эффективности
Энергетический обзор
Глава 4. Строительное проектирование
Общие положения
Грунты
Нагрузки и работа конструктивных элементов
Материалы
Основные конструктивные элементы
Требования к посадке здания .•.•.■
Особые условия строительства
Глава 5. Борьба с влажностью и устройствогидроизоляции ....”
Общие сведения;
Источники повышенной влажности；
Устройство дренажа
ЛУетоды паронзоляцни ..
Гидроизоляция
Стоимость гидроизоляции .
Теплоизоляция .
Глава 6. Обзор общественной политики
Общие сведения
Строительные нормы
. Стандарты минимальной пригодности МЖСнГР
Стандарты службы обеспечения безопасности н здравоохранения ..
Юридические аспекты
Планировочные законодательства н нормы
Глава 7. Примерные решения
Общие сведения
Вариант А
Вариант Б
Использование энергии
Предварительное определение стоимости
Часть II. Обзор существующих заглубленных жилищ
Глава 8. Проекты зданий для холодного климата Глава 9. Проекты зданий для теплого климата
Часть Ш. Дополнительная информация
Список литературы
р. СТЕРЛИНГ, ДЖ. КАРМОДИ, Т. ЭЛЛИСОН, П. ШИПП, Т. Л. ТИЛЛМАН, М. ЛАНДЕ,
р. СТЕРЛИНГ, ДЖ. КАРМОДИ, Т. ЭЛЛИСОН, П. ШИПП, Т. Л. ТИЛЛМАН, М. ЛАНДЕ,
Ч. НЕЛЬСОН, к. ЛЭБС, Ч. ФЕЙЕРХЕРСТ, Т. БЛАИ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЖИЛИЩ Редакция переводных изданий Зав редакцией М. В. Перевалюк Редактор М. Н. Кузнецова Мл. редактор Л. Г. Беглецова Технический редактор Ю Л. Циханкова Корректор Е. А. Степанова
Ч. НЕЛЬСОН, к. ЛЭБС, Ч. ФЕЙЕРХЕРСТ, Т. БЛАИ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ЖИЛИЩ Редакция переводных изданий Зав редакцией М. В. Перевалюк Редактор М. Н. Кузнецова Мл. редактор Л. Г. Беглецова Технический редактор Ю Л. Циханкова Корректор Е. А. Степанова
ИБ № 2846
Сдано в набор 16.11.82. Подписано в печать 24.02.83. Формат бОХЭО1/^ Бумага № |. Гарнитура «Литературная» Печать высокая Печ. л. 12. Усл. печ. л. 12. Усл. кр.-отт. 1ао/. Уч.-изд. л. 13,07. Тираж 10.000 экз. Изд. № AVIII-9271. Заказ 1291. Цена 95 коп.
Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома прн Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжкой торговли
129041, Москва, Б. Переяславская ул.» 46
ИБ № 2846
Сдано в набор 16.11.82. Подписано в печать 24.02.83. Формат бОХЭО1/^ Бумага № |. Гарнитура «Литературная» Печать высокая Печ. л. 12. Усл. печ. л. 12. Усл. кр.-отт. 1ао/. Уч.-изд. л. 13,07. Тираж 10.000 экз. Изд. № AVIII-9271. Заказ 1291. Цена 95 коп.
Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома прн Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжкой торговли
129041, Москва, Б. Переяславская ул.» 46
Walls Knut I. Edvardsen, National Research Council of Canada, Technical Translation 1603, Ottawa, i972, 15 pa- ges.
Synthetic Rubber Canal Lining M. E. Hickey, Engineering Research Center, Bureau of Reclamation REC-ERC- 71-22, April 1972, 34 pages.
Nylon-Supported and Unsupported Rubber Linings Vernon L. Kuehn, Engineering and Research Center, Bureau of Reclamation, REC-ERC-71-39, Oct. 1971, 20 pages.
Soil Considerations in Subgrade Waterproofing Building Research, Nov.- Dec. 1964, pp. 39-41.
Damp Diffusion and Buildings Karl Seiffert, translated by A. B. Phillips and F. H. Turner. 209 pages, 44 illustrations, 1970, S21.00, Available from: Applied Science Publishers, Ltd.
Condensation in Buildings D. J. Croo- ne and A. F. C. Sherratt, 271 pages, 52 illustrations, 1972, S25.00, Applied Science Publishers, Ltd. 、 Thermal Insulation S. D. Probert and D. R. Hub, 121 pages, 62 illustrations, 1968. S12.00, Applied Science Publis- ers, Ltd.
Laboratory and Field Investigations of Moisture Absorption and its Effects on Thermal Performance for Various Insulations F. J. Dechow and K. A. Epstein, prepared for A. S. T. M. symposium on advances In heat transmission measurements, Philadelphia, 1977. Солнечная энергия
Designing and Building a Solar House: Your Place in the Sun Donald Watson, Garden Way Publishing, Charlotte, Vermont, 054%5, May 1977, 284 pages, S8.95.
The Solar Home Book - Heating, Cooling and Designing with the Sun Bruce Anderson with Michael Riordan, Cheshire Books, Harrisville, New Hampshire. 1976, S8.50, 297 pages.
Solar Dwelling Resign Concepts U. S.
Dept, of Housing and Urban Development by the AI A Research Corporation, Washington, DC, Contract IAA H-5574, 146 pages, May 1967.
How to use Solar Energy in Your Home and Business Ted Lucas, Ward Ritchie, Press, Pasadena, CA 1977, 315 pages, S7.95.
An Inexpensive Economical Solar Heating System for Homes J. W. Alfred, J. M. Shinn, Jr., E. Kirby, and S. R. Barringer, Langley Research Center, Hampton, VA 23665, July 1976, 56 pa- 192
pp. 333-346.
Landscape Architecture Above Buildings Thomas E. Wirth, Underground Space, Col. I., No. 4, Aug. 1977, ges, NASA TM-X-3294.
How to Trap Solar Heat with your Windows Edward Allen, Popular Science, p. 108, Feb. 1975.
Lee Porter Butler: He Builds Houses That Never Cool Off Hudson Home Guide, Home Building and Remodeling, pp. 62-64.
Solar Age Catalog Solar Vision, Inc., 1977, 232 pages, S8.50.、
Ландшафт 〃 растительность
Plants, People and Environmental Quality Gary O. Robinette, Government Printing Office, 1972.
Roofscape Paul M. Friedberg, Architectural and Engineering News, Sept. 1969.
Buildings as Landscape: Five Current Projects by William Morgan William Morgan, Architectural Record, Sept. 1972.
The Climate Near the Ground Rudolf Geiger, Harvard University Press, 1965.
Психология
On the Psychology of Eeath Covered Buildings Paul B. Paulus, Underground Space, Vol. I, No. 2, July-Aug. 1976, pp. 127-130.
Studies of Children tn an Underground School Frank W. Lutz, Underground Space, Vol. I, No. 2, July-Aug. 1976, pp. 131-134.
Abo Revisited Frank W. Lutz, P. D. Lynch and S. B. Lutz, Defense Civil Preparedness Agency, Contract DAHC 237 2COH5, June 1972.
Interim Report of the Abo Project Frank W. Lutz and B. Susan, Office of Health, Education and Welfare, Contract OE-3-99-003, Jan. 1964.
Windowless Buildings Tigth spaces: Hard architecture and How to Humanize it. Robert Sommer, Englewood Cliffs, NJ, Prentice Hall, Inc., 1374, pp. 114—119.
The Availability of Sunshine and Human Requirements for Sunlight in Buildings J. Longmore and E. Ne'- eman, Journal of Architectural Research, Vol. 3, No. 2, May 1974, 6 pages： Windows and People: A literature Survey, Psychological Reaction to Environments with and Without Windows. June 1975, Belinda Lowenhaupt Collins, ed.. National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD.
1 Рис. 3.11. Крыши различной конструкции:
железобетонная плита толщиной 20 см;
4 — грунт толщиной 46 см; 5 — теплоизо- ■ ляция из стирофома толщиной 15 см； 6 — -железобетонная плита толщиной 20 см
учитывать конденсацию влаги на холодных поверхностях, и кроме того, необходимость создания комфортных условий для человека. Для смягчения ощущения холода можно применять изоляцию, располагая ее под полом, что позволит приблизить температуру пола к температуре воздуха в помещении и изолировать пол от нижележащего слоя земли, который имеет относительно низкую температуру. Хотя такая изоляция может увеличить температуру пола, тем не менее в этом случае температура обычно не превышает 23 ℃, что на 14 ℃ ниже температуры человеческого тела. Таким образом, для уменьшения ощущения холода от пола с целью обеспечения наиболее комфортных условий лучше всего применять ковровые покрытия или • устраивать деревянный пол по- бетонному основанию.-
УДК 728.1.011.(24)(73)
А в т ор ы: Р. Стерлинг, Дж. Кармоди, Т. Эллисон, П. Шипп, Т. Л. Тиллман, М. Ланде, Ч. Нельсон, К. Лэбс, Ч. Фейерхёрст, Т. Блай.
Проектирование заглубленных жилищ: Пер. с аигл. / Р. Стерлинг, Дж. Кармоди, Т. Эллисон и др.——М.: Стройиздат, 1983.——192 с. ил. — Перевод изд.: Earth sheltered housing design / R. Sterling, J. Carmody, T. Ellison and others.— (1978, 1979).
Обобщен опыт США в проектировании и строительстве заглубленных жилых зданий, возводимых с использованием теплоизоляционных и защитных свойств грунта. Приведены интересные решения заглубленных зданий для различных климатических зон и рельефа местности с минимальной площадью поверхности наружных стеи. Даны рекомендации по использованию в качестве строительных материалов таких дешевых природных ресурсов, позволяющих экономить энергию, как грунтовая изоляция и пассивное солнечное излучение.
Книга издается с незначительными сокращениями: в частности, исключены сведения, касающиеся чисто юридических и финансовых аспектов; планировочные решения, хорошо известные советскому читателю, а также перечень американских нормативов.
Книга предназначена для архитекторов и проектировщиков. Табл. 12, рис. 162, список лит.： 155 назв.
Рекомендовано к изданию Главным конструктором Проектного института Минздрава РСФСР Г. М. Михайловым.
Гос< публичная^ научно-техническая библи^тжа CCG?
ЭКЗЕМПЛЯРЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
9XXS91O6
4 902010000-444047(01)-834 902010000-444047(01)-83КБ-18-57-83КБ-18-57-83© 1979, 1978 by the University of Minnesota
4 902010000-444047(01)-83
4 902010000-444047(01)-83
КБ-18-57-83
КБ-18-57-83
© Перевод иа русский языкг Стройиздат, 1983 ：
Законодательная комиссия по ресурсам Миннесоты приветствует появление этой книги. Проектирование и строительство заглубленных жилищ в настоящее время развивается быстрыми темпами, так как является одним из способов уменьшения зависимости жилых домов от непрерывного снабжения топливом-. Этой проблеме комиссия уделяет большое внимание, поскольку выяснилось, что проектирование заглубленных жилищ создало базу для субсидирования исследовательских работ в области сохранения энергии, проводимых Агентством, по энергетике Миннесоты.
Комиссия надеется, что инфор
мация, собранная в данной книге, поможет читателям, которые прояви、 ли интерес к решению рассматриваемой проблемы, направить свои идеи в реальное русло. Государство остро нуждается в эффективных с энергетической точки зрения зданиях, поэтому мы должны принять все меры к сохранению энергии, пока идет разработка альтернативных решений в области энергетики.
Искренне Ваш
Джеймс Р. Кессерли
Председатель Законодательной ко- миссии по ресурсам Миннесоты (LCRM)