Миниатюрный дом на берегу океана

Вот этот экземпляр площадью всего 34 м2 — не такой обычный, как может показаться на первый взгляд. Его проектировка+постройка длилась 30 лет, а все потому, что о такой избушке мечтал отец семейства, а воплотить эту мечту ему помогла уже дочь (архитектор и дизайнер Alex Porter). Дом построен полностью из экологичных материалов, преимущественно из досок местного производства и стали. Рассчитан он скорее на временное проживание летом, и сейчас вы поймете почему.

Здание ничуть не причиняет неудобств окружающей среде — удобства вроде туалета и душа расположены на улице, и снабжает их дождевая вода из водосборника. Все производимые в доме отходы перерабатывает компостер Sun-Mar, превращая их в удобрения, так что проблем с канализацией тоже не бывает. Отопление дома держится на небольшой дровяной печке, она же согревает воду для душа.

В избушке совсем мало электроприборов (только лампочки, водяной насос и экономичный холодильник Sunfrost), поэтому нескольких 12 вольтовых солнечных панелей, прикрепленных к южному склону крыши, хватает сполна.

Домик похож на обернутую гафрированной бумагой коробку — на самом же деле это сталь, защищающая его от шквалистого ветра. На окнах снараужи также установлены защитные панели. Все это сделано потому, что дом располагается на каменистом берегу океана в штате Мэн, где не только красивый вид, но и очень сильный ветер. Зато внутри всё деревянное, и совсем не скажешь что снаружи бушует непогода.

Пассивный солнечный дом: Строительные правила

Правила строительства Пассивных Солнечных Домов в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США)

1. Общий баланс стоимости
2. Теплоизоляция
3. Окна
4. Карнизные свесы
5. Тепловые вентиляционные потери
6. Воздуховоды и направления воздушных потоков
7. Пределы использования солнечной энергии
8. Правильное количество, размещение и цвет термической массы
9. Ресурс строительных узлов и деталей
10. Преграды солнечному свету
11. Деревья
12. Правильная внутренняя планировка
13. Правильная ориентация
14. Клерестории (окна верхнего света)
15. Правила косвенного обогрева (стена Тромба)
16. Теплицы
17. Альтернативы: Строительство из соломенных блоков и самана
18. Процесс проектирования

Список иллюстраций

4.1. Рекомендуемые углы карнизных свесов
10.1. Углы солнечного затенения
12.1. Рекомендуемое расположение помещений

Список таблиц

3.1. Рекомендуемые площади остекления окон
15.1. Толщина стены Тромба

Глава 1. Общий баланс стоимости

Существуют три области расходов, связанные с энергоэффективностью дома и которые должны быть сбалансированы для достижения минимальной стоимости систем за период срока службы дома:

стоимость элементов теплосбережения - теплоизоляция, высокоэффективные окна и т.п.;
стоимость элементов солнечного обогрева - окна увеличенной площади на южном фасаде, дополнительная каменная кладка внутри (теплоаккумулирующая масса) и т.п.;
стоимость систем отопления и охлаждения на весь период эксплуатации.

Общие правила для достижения наилучшего баланса среди них следующие:

Первые два пункта затрат (стоимость элементов теплосбережения и стоимость элементов солнечного обогрева) должны быть приблизительно равны, скажем, $4000...6000 за каждую. (Если общие первоначальные инвестиции менее $4000, то баланс должен быть смещен к области теплосбережения).

Первые два пункта затрат представляют собой начальные инвестиции в энергоэффективность.

Если полные затраты на энергоэффективность за весь период службы дома представить как значение начальной инвестиции, тогда это значение должно быть минимум $8000...10000 для дома площадью 140 м2 для климата Лос-Аламоса.

Почему указан минимум? Минимум существует потому, что если инвестиция чересчур мала, то затраты на отопление и охлаждение за весь период службы дома будут слишком высоки, а если начальная инвестиция чересчур высока, то она превысит долгосрочные сбережения, полученные на отоплении и охлаждении. Заметьте, однако, что аргумент этой функции при этом изменяется незначительно.

Хотя и имеется минимум, тем не менее, график является достаточно плоским, что означает, что полная экономия за весь период срока службы дома изменяется в большую или меньшую сторону незначительно при изменении размера инвестиций в пределах 20% от оптимальной начальной инвестиции. К сожалению, эта «плоскостность» почти всегда используется для того, чтобы оправдать вложение капитала меньшего, чем оптимальное количество первоначальной инвестиции.

Тем не менее, фактически лучше несколько превысить оптимальную первоначальную инвестицию, потому что некоторое превышение инвестиции обеспечивает:

лучшее страхование при резких неожиданных увеличениях затрат в отоплении и охлаждении;
меньшее воздействие на окружающую среду;
улучшенный комфорт;
улучшенную способность функционировать на период отсутствия энергии.

Глава 2. Теплоизоляция

Следующий раздел содержит определенные рекомендации для специфического климата Лос-Аламоса, которые предлагают оптимальные значения с точки зрения достижения наименьших суммарных затрат за период срока службы дома, с учетом постоянного повышения стоимости топлива.
Тепловое сопротивление
R - коэффициент теплового сопротивления и степень теплоизоляционных свойств материала. Чем выше коэффициент теплового сопротивления, тем лучше изоляция.
Стены
R = 3,7
Потолок
R = 6
Включает воздушное пространство чердака.
Периметр
R = 2,6
Теплоизоляция по периметру дома относится к теплоизоляции, смонтированной ниже поверхности земли с внешней стороны фундаментных стен и, как правило, на 0,6 м ниже перекрытия 1 этажа, или, если перекрытие 1 этажа находится над подпольем, то это уровень теплоизоляции пола, или, по крайней мере, теплоизоляция по периметру фундаментной стены вниз до ее основания.
Стены отапливаемого подвала
R = 2,8

(на 1,2 м ниже поверхности земли),
R = 1,4

(от уровня -1,2 м до основания фундамента).
Использование этих уровней теплоизоляции для обвалованных землей стен также хорошо. Этот уровень теплоизоляции рекомендуется в тех случаях, когда перекрытие над отапливаемым подвалом теплоизолировано.
Глава 3. Окна

Таблица 3.1. Рекомендуемые площади остекления окон
Ориентация Доля от общей площади пола, %
Восток 4
Север 4
Запад 2
Юг 7...12 (в зависимости от наличия дополнительной термической массы)

Мансардные окна в крыше превосходны, но их суммарная площадь должна составлять не более нескольких процентов от общей площади пола дома.
Стекла с низкой эмиссией в окнах с двойным остеклением должны использоваться для всех слоев остекления (особенно в окнах не южной ориентации). Они предотвратят чрезмерные тепловые потери и перегрев, в то же время пропуская достаточно солнечного тепла и предотвращая сквозняки от преобладающих западных ветров в летнее время.
Глава 4. Карнизные свесы

Карнизные свесы настоятельно рекомендованы для окон южной ориентации и стен Тромба в Лос-Аламосе. Следующие углы карнизных свесов были предложены Дугом Балкомбом. Это не те углы, которые соответствуют зимним и летним солнцестояниям и которые можно получить из большинства книг. Скорее они были рассчитаны для климата Лос-Аламоса таким образом, чтобы обеспечивать 6 недель полного солнечного теплопоступления зимой (а не только в зимнее солнцестояние) и полных 6 недель затенения летом (а не только в летнее солнцестояние).

Рисунок 4.1. Рекомендуемые углы карнизных свесов

Рекомендуемые углы карнизных свесов
Глава 5. Тепловые вентиляционные потери

Суммарная площадь отверстий, через которые происходят неконтролируемые тепловые вентиляционные потери, не должна превысить 0,06 м2 (для дома общей площадью 140 м2), что соответствует обычной норме воздухообмена равной 0,25...0,3/ч.
Испытания должны выполняться после установки пароизоляции для обнаружения всех мест утечки. Утечки часто происходят по основанию и верху пароизоляции. Другим главным источником утечек является использование осветительной арматуры в потолках. Давление, производимое тепловой стратификацией (образование тяги) в воздухе - доминирующий фактор, вызывающий воздушную утечку (больше чем ветер) и может вызвать существенную утечку.

Кроме того, при снижении утечек заметно улучшается звукоизоляция, что является тоже немаловажным фактором
Глава 6. Воздуховоды и направления воздушных потоков

Избегайте располагать воздуховоды выше теплоизолированного потолка.
Расположение воздуховодов над теплоизолированным потолком ведет к большим тепловым потерям. Лучше смонтировать их под полом или слегка заниженным потолком в некоторых частях дома.

Или не используйте воздуховодов вообще! Центральное кондиционирование не является необходимостью в Лос-Аламосе и подогревающийся пол, т.е. система труб с горячей водой под полом - хороший путь обеспечения дополнительных теплоопоступлений.

В грамотно спроектированном доме естественные конвективные петли через дверные проемы вообще достаточны для распределения тепла. Специальные открытия и воздуховоды рекомендуются не потому, что, по словам Дуга Балкомба, они обычно только «решают проблему, не существовавшую первоначально».

Но следует учитывать, что с помощью конвективных петель трудно обогревать комнаты, находящиеся в северной части дома и расположенные на более низком уровне, чем южные комнаты (возвращающийся вдоль пола прохладный воздух не сможет легко подняться на уровень южных комнат). В тех случаях, когда такая ситуация неизбежна, радиационный нагрев пола помогает обогреву северных комнат.

Резюме: планировка с расположением северных комнат на несколько более высоком уровне, чем южных может быть очень выгодна.
Дополнительная информация о распределении воздушных потоков помещена в разделе Теплицы.


Глава 7. Пределы использования солнечной энергии

Без дополнительной термической массы площадь окон южного фасада не должна превышать 7% площади пола.
Дом с окнами такой площади можно назвать «условно-солнечным» домом.

Даже в том случае, если добавлена требуемая термическая масса, например, добавлены внутренние каменные стены или полы с каменной кладкой толщиной более 2,5 см, то тогда площадь окон южного фасада может быть увеличена, но не более чем до 12% площади пола.
Термин «термическая масса» относится к материалу, расположенному внутри теплового конверта дома и способному аккумулировать тепло. Термическая масса очень важна по ряду причин:

в пассивном солнечном доме она используется для сохранения тепла в холодные ночи;
в любом доме она может поглощать тепло в течение дня, таким образом помогая поддерживать прохладу;
обычные плитки, металлическая фурнитура, мебель и т.п. дома представляют собой некоторое количество базовой термической массы.

При добавлении требуемой термической массы площадь системы косвенного обогрева (например, стены Тромба) тоже может увеличена, но не более чем до 8% площади пола.

Общая площадь поверхности, улавливающей солнечную энергию в доме с добавленной термической массой, в любом случае не должна превысить 20% общей площади пола.
Глава 8. Правильное количество, размещение и цвет термической массы

Самое простое правило «большого пальца» - то, что площадь термической массы должна быть, по крайней мере, в 6 раз больше площади поверхности остекления системы прямого обогрева.

Эффективность термической массы увеличивается пропорционально ее толщине до толщины 10 см. После этого эффективность ее увеличивается незначительно. Следовательно, термическая масса должна иметь значительную площадь без чрезмерной толщины.

Вопреки распространенному убеждению, не важно располагать всю тепловую массу таким образом, чтобы на всю ее поверхность солнечные лучи падали под углом, близким к прямому. Просто стремитесь располагать тепловую массу во всех освещаемых солнцем поверхностях.
Основная задача состоит в том, чтобы получить свет внутри теплового конверта. Попав внутрь дома, за счет отражения и теплового излучения солнечная энергия может передаваться от освещенных солнцем поверхностей к другим поверхностям с термической массой. Совсем не освещенная солнцем поверхность пола, например, не будет функционировать хорошо в качестве термической массы по сравнению с участками пола, на которые попадает отраженный солнечный свет.

Термическая масса стен и потолков должна быть светлой, в то время как полы должны иметь темную окраску. Делая полы темными мы делаем их более теплыми и более легко поддающимися чистке.
Также, вопреки распространенному убеждению, нежелательно окрашивать все поверхности термической массы в темные тона, за исключением стен Тромба в системе косвенного обогрева или контейнеров «водяной стены», которые должны быть очень темными. Стены, освещенные клересториями (окнами верхнего света), например, лучше окрашивать в белый цвет, чтобы они отражали свет на другие поверхности большой термической массы, например, полы. Если стена становится слишком горячей, термосифонный воздушный поток будет направляться вверх и перегревать воздух в помещении.

За пределами шести правил, описанных выше, более точная методика для добавления термической массы свыше базовой в 7%, с учетом некоторых из этих соображений заключается в следующем:

на каждый дополнительный 1 м2 площади остекления системы прямого солнечного обогрева необходимо добавлять 5,5 м2 площади, ничем не прикрытого освещенного солнцем массивного пола, а максимальная площадь пола, рассматривающаяся в качестве «освещенной», должна в 1,5 раза превышать площадь окон южной ориентации;
на каждый дополнительный 1 м2 площади остекления системы прямого солнечного обогрева необходимо добавлять 40 м2 площади не освещенной солнцем термической массы пола комнаты;
на каждый дополнительный 1 м2 площади остекления системы прямого солнечного обогрева необходимо добавлять 8,3 м2 термической массы, помещенной в стену или потолок, на которые падают отраженные солнечные лучи. Это относится к термической массе с плотностью около 2,4. Их площадь должна быть увеличена до 20 м2/1 м2 площади остекления, при плотности термической массы 1,2...1,6 и до 30 м2/1 м площади остекления при плотности термической массы 0,8.

Глава 9. Ресурс строительных узлов и деталей

Самым значительным источником является Energy Efficient Building Association. Ее сайт

http://www.eeba.org/

Руководство по строительству в холодном климате стоит $40.
В этом руководстве прекрасно описаны методы предотвращения утечек тепла, материал богато иллюстирован.

Глава 10. Преграды солнечному свету
Основная задача состоит в том, чтобы добиться освещения южного фасада прямым солнечным светом с 9 до 15 часов в зимние месяцы.

Основное правило гласит, что преграды должны отсутствовать в пределах 60° от географического юга от южных углов дома по возможности и минимально в пределах 45° (см. рисунок ниже).

Для преград в пределах этого диапазона южной экспозиции на широте Лос-Аламоса (36° с.ш.) мы имеем следующее:

не должно быть никаких преград вообще в пределах 3 м с южной стороны;
невысокие ограждения должны находиться на расстоянии более 3 м;
одноэтажные здания могут находиться на расстоянии более 5,5 м;
двухэтажные здания могут находиться на расстоянии более 12 м.

Рисунок 10.1. Углы солнечного затенения

Углы солнечного затенения


Глава 11. Деревья

Вопреки постоянному, но ошибочному мнению, присутствия лиственных деревьев с южной стороны дома следует по возможности избегать.

Лиственные деревья, растущие с восточной и западной сторон, могут быть выгодны. Они позволят получить некоторое дополнительное солнечное тепло с восточной и западной сторон поздней весной (потому, что они все же не создают полного затенения), когда теплопоступление все еще необходимо в существенных количествах, а одного южного солнечного обогрева еще не достаточно. Аналогично, до опадания листьев осенью, они помогут затенить восточные и западные окна в то время, когда солнечное тепло поступает еще в достаточном количестве.
Глава 12. Правильная внутренняя планировка

Расположение помещений следует выполнять таким образом, чтобы можно было использовать утренний солнечный свет для освещения кухни и, возможно, спальни, зимний солнечный свет для гостиной и, кроме того, использовать подсобные помещения и гаражи в качестве дополнительных северных и западных буферных пространств, как показано на следующем рисунке.

Рисунок 12.1. Рекомендуемое расположение помещений

Рекомендуемое расположение помещений
Значительный эффект дает расположение теплицы к югу от гостиной.
Глава 13. Правильная ориентация

Здание может быть ориентировано с отклонением направления на географический юг до 15° к западу или востоку без существенного снижения эффективности теплопоступлений.

Всячески избегайте больших открытых ориентированных на запад стен.

Продолжение статьи http://www.esco-ecosys.narod.ru/2007_10/art104.htm