Как форма и цвет здания влияют на его энергоэффективность

На сегодняшний день одна из актуальных проблем для человечества -снижение потребления энергии. Для создания энергии обычно используется ископаемое топливо, при сжигании которого выделяется углекислый газ и образовывается парниковый эффект. Главными потребителями энергии являются строительные объекты. Именно они потребляют 40% тепловой энергии и до 75% электроэнергии.

Верный выбор формы и размера различных помещений зависит от условий, в которых основное место занимает живая среда, качества которой зависят от климата и места постройки. С ранних веков строители и архитекторы знали, что город и здания в нем нужно строить с учетом климатических условий, а высоту сооружений, формы и размеры оконных проемов ориентировать на глубину помещений. Главной целью было композиционно правильно и гармонично вписывать построенные здания в окружающую среду. Судя по многочисленным опытам, основываясь на эти факторы, архитекторы производили шедевры.

В сухих южных районах город считался «само затеняющейся» системой, а сооружения считали, как «термосы», они имели большие тяжелые стены, компактная закрытая планировка и нечастые окна небольших размеров. Во влажных районах имеются основные свойства, такие как проветриваемые пространства города, открытая планировка, легкие, «невесомые» стены. Такие районы имеют большое количество световых дней в году, очень высокую радиацию и яркое освещение. Именно поэтому на юге преобладает хрупкая пластичная архитектура, контрастные цветовые решения в облике города.

Если рассматривать северные и центральные районы, то в них можно заметить облачное небо, которое освещает средние, крупные стены и цветовые решения фасадов зданий в нежных, пастельных оттенках. Без этих критериев обеспечить комфорт при минимальных затратах в здании практически невозможно.

Стоит заметить, что за счет разумного выбора размеров световых проемов, способствующих увеличению использования естественного света на 1 час в течение суток, можно сэкономить до 3 млн. кВт*ч электроэнергии в год только в промышленных зданиях.

При нехватке солнечного света и при минусовых значениях температуры на улице самые маленькие теплопотери через ограду гарантируют здания сферической/круглой формы. Приблизительной фигурой, похожей на сферу-куб. Если на здания воздействует только лишь температурный режим с улицы, то максимальной устойчивой формы является кубическая форма здания. Но воздействие температуры и солнечного света различны на разные поверхности здания. Для увеличения солнечного света и тепла в холодное время года стоит увеличить объем ограждений южной стороны, так как в холодное время на южную сторону поступает больше тепла, чем в теплое время года. Отсюда следует сделать вывод: для того, чтобы узнать влияние солнечного тепла и ветра, форма здания должна быть превращена из куба в параллелограмм.

Стоит также учесть, что количество выделяемого солнечного тепла и ветра на тепловой баланс здания при одной и той же площади или объеме зависит от ориентаций света и размеров. К примеру, здание, расположенное в южной стороне света, получает намного больше тепла в зимнее время, чем здание, расположенное в северной стороне. Также, здание, которое расположено развитой стороной к направлению ветра, теряет в холодное время больше тепла. Поэтому, стоит знать то, что важно определить правильную ориентацию и размеры здания, теплопотери которых будут минимальны в холодный период года [1].

Рост уровня теплоизоляции поддерживает благоприятную температуру воздуха, как и в холодное, так и в теплое время года.

Следует обратить внимание на такие детали, как:

• •    Отсутствие тепловых мостиков

• •    Герметичность ограждений и оболочки

• •    Контроль стыковых и переходных участков без теплопотерь.

Также следует обобщать архитектурно-планировочные решения:

• •    Важно стремиться к компактной форме здания, не изрезать фасады, так как уменьшение площади ограждений приводит к большим теплопотерям;

• •    Важно изучить причину теплопотерь, использовать материалы с большим сопротивлением теплопередачи и достигать герметичности оболочки.

В качестве примера выбора архитектурной формы и ориентации здания можно привести здание Мэрии Лондона (архитектор Сэр Норман Фостер).

Здание Мэрии Лондона (архитектор Сэр Норман Фостер)

Нестандартная форма здания обоснована воздействием наружного климата на оболочку здания и дает возможность использовать положительное и исключить отрицательные воздействия климата на сам баланс здания. Для создания этой формы использовались методы компьютерного моделирования. Учитывались нагрузки на систему климатизации в теплое и холодное время года с учетом теплопотерь. Минимальная потребность в охлаждении здания летом способствовала отказу от обычных кондиционеров: в этом здании используются грунтовые воды с низкой температурой.

Если учитывать требования к инсоляции, то можно увеличить плотность застройки на 10% и строительство новых экономичных домов с широким корпусом, чтобы сократить затраты без ввода новых жилых домов. Разумное применение солнцезащитных приборов уменьшает затраты на использование гражданских зданий, а для промышленных зданий увеличивает производительность труда. Из этого следует, что про проектирование и строительстве зданий нужно знать климатические факторы, так как они позволяют найти наиболее выразительную форму здания и тем самым придать ему индивидуальный образ.

Это становится актуальным в век энергетического кризиса и всемерной экономии энергетических ресурсов. Только рациональное проектирование городов, агропромышленных комплексов и жилой застройки с учетом климатических условий, ориентации по сторонам горизонта, применения оптимальных размеров и пропорций световых проемов, а также солнцезащитных устройств обеспечивает значительную экономию материальных и финансовых затрат.

При увеличении плотности застройки города происходят ситуации, когда большое влияние на уровень освещенности противостоящих зданиях играют цвето-композиционные решения. Влияние такого фактора вычисляется через нормы КЕО (коэффициент естественной освещенности). При полном затенении окон противостоящим фасадом уровень КЕО зависит от колористики фасадов [2].

На сегодняшний день, архитектура может и должна развиваться с помощью гармоничных цвето-композиционных решений фасадов зданий, колористики природного и городского окружения; также при энергоэффективном строительстве следует учитывать ориентацию и положение объекта по сторонам света и его форму.