Казанцев П.А., Княжев В.В., Лощенков В.В., Кирик Н.С.
Исследование традиционной архитектурной модели пассивного солнечного отопления на примере экспериментального индивидуального жилого дома Solar-Sb // Вестник Инженерной школы Дальневост. федеральн. ун-та. 2016. № 2(27). С. 116– 127.
Аннотация: Проведенные зимой 2015/16 года исследования на реализованном пассивном солнечном доме при отсутствии в нем дополнительных источников тепла подтвердили высокую эффективность приемов пассивной солнечной архитектуры в рамках традиционной архитектурной модели «солнечного» дома в природно-климатических условиях юга Приморского края. Выявленные причины высокой инертности системы в утренние часы, а также положительный эффект дополнительного инсоляционного прогрева дома в вечерние часы позволят разработать мероприятия по совершенствованию пассивных солнечных систем жилых зданий в условиях региона.
Ключевые слова: солнечное отопление, солнечный дом, солнечная архитектура, экологическая архитектура, пассивная солнечная система.
A study of the traditional architectural model of the passive solar heating as exemplified by Solar-Sb pilot detached house
Abstract: The research on the implemented passive solar house carried out in winter 2015/16, in the absence of the additional heat sources in the house, proved the high efficiency of the methods of passive solar architecture in the traditional architectural model of solar houses in the climatic conditions of the south of Primorsky Krai. The identified causes of the high inertia of the passive solar system in the morning, as well as the positive effect of additional solar heating in the evening hours, will allow developing measures to improve passive solar systems for residential buildings in the region.
Key words: solar heating, solar house, solar architecture, sustainable design, environmental architecture, passive solar system.
Введение
Наблюдаемая зимой в Приморье температура воздуха значительно ниже, чем на тех же широтах в европейской части страны. Но значительные гелиоресурсы территории восполняют ее низкий температурный фон. Приморский край благодаря своей южной широте и особенностям муссонного климата отличается высоким потенциалом для развития тепловой солнечной энергетики. Радиационный баланс на севере края составляет 1885 МДж/м², на юге – 2010,2 МДж/м², продолжительность наблюдаемого на территории края солнечного сияния 1900–2500 ч в год [3, с. 9]. При этом большая часть солнечных дней приходится именно на холодный период года. Индивидуальный жилой фонд в Приморском крае составляет 20,3% общей площади, или около 8,7 млн м². В последние годы строительство индивидуальных жилых домов становится основным источником пополнения жилищного фонда [2]. В силу удаленности участков массовой индивидуальной застройки с увеличением объемов индивидуального жилищного строительства растет и спрос на автономные системы теплоснабжения. Несмотря на высокий естественный потенциал, солнечная энергия как перспективный вид теплоснабжения частных домохозяйств в крае не рассматривается, что в целом повторяет общероссийскую тенденцию. Так, общая площадь солнечных систем водяного теплоснабжения в России (около 12,5 тыс. м² в 2014 г.) в сравнении с мировым уровнем (471 млн м² в том же году) по-прежнему ничтожна [1]. А строительство индивидуальных жилых домов с пассивными солнечными системами теплоснабжения в Приморье за последние 10 лет так и не вышло за рамки единичных экспериментов [8]. По мнению авторов данной статьи, одним из основных факторов, сдерживающих внедрение солнечных, в том числе пассивных солнечных, технологий в индивидуальное жилищное строительство в Приморском крае, является отсутствие экспериментальных данных, подтверждающих эффективность подобного рода систем в условиях региона. Поэтому целью проведенных зимой 2015/16 года совместных исследований «Мастерской ресурсосберегающей архитектуры» кафедры архитектуры и градостроительства Инженерной школы ДВФУ и лаборатории 07 Энергетики подводных робототехнических комплексов Институте проблем морских технологий ДВО РАН был мониторинг показателей пассивной солнечной системы индивидуального жилого дома в условиях юга Приморья. Основным условием выбора объекта наблюдения было отсутствие в доме других (кроме прямого солнечного облучения) источников тепла.
Наблюдение характеристик пассивной солнечной системы
Объектом исследования был выбран индивидуальный жилой дом с пассивным солнечным отоплением Solar-SB. Коробка дома выполнена из готовых панелей из прессованной соломы. Проект разработан в 2012–2013 гг., строительство ведется с июня 2014 г. Участок строительства: Приморский край, Надеждинский район, пос. Новый, котловина с/т Серебрянка. Авторы проекта: архитекторы Павел Казанцев (ДВФУ, Владивосток), Анна Ляшко (проектная компания М-АРК, Владивосток); конструкции дома и технология соломенных панелей: Domantas Surkys, Audris Krucius, Marius Tarvidas (компания Ecococon, Вильнюс, Литва); заказчик: Владимир Казанцев (рисунки 1, 2).
Основные технико-экономические показатели проекта: площадь застройки 117 м², жилая площадь 133,7 м², общая площадь 187,8 м². Тип пассивной солнечной системы – «Прямой обогрев» (Direct gain) [9]. Стеклопакеты селективные двухкамерные Low-e Ro = 0,7–0,76 (м² °С)/Вт (по проекту), площадь витражей южной ориентации – 25,0 м2 , термальный массив на момент наблюдений – светло-серый бетонный пол 0,15 м по утеплителю, без черной матовой облицовки, площадь 24 м². Наружные стены – соломенные панели: размер 3,0х0,8х0,4 м, плотность соломы – 120 кг/м³, уровень влажности соломы 15%, коэффициент теплопередачи по центральной части панели U = 0,23 Вт/(м²K).
По проекту пассивная солнечная система работала совместно с активной солнечной системой отопления и горячего водоснабжения, на основе вакуумных трубчатых коллекторов SUNRAIN TZ58-1800-25R1 (на время проведения исследований не смонтирована). Фотоэлектрические панели предлагалось использовать для поддержания автономной работы солнечной системы отопления и горячего водоснабжения. При проектировании за основу формирования пассивной солнечной системы экспериментального соломенного экодома Solar-Sb была принята традиционная для умеренных широт Северного полушария архитектурная модель. Центральное ядро дома – двухсветный атриум с витражом на юг и мансардными окнами в кровле. Атриум должен был включать массивные внутренние стены, обеспечивающие тепловую инерцию здания, но при строительстве их заменили на каркас. Жилые помещения раскрыты в атриум. В плане по глубине дом рассечен в пропорции 2/3 жилых помещений с юга и 1/3 буферного пространства с севера, с учетом глубины проникновения солнечных лучей зимой. Спальная зона на втором этаже учитывает эффект «теплового мешка» и позволяет экономить на отоплении первого этажа ночью. Дом вытянут по широте, что обеспечивает раскрытие его на солнце. Северный наветренный фасад глухой, скат кровли опущен до отметок чистого пола второго этажа. Балконы в торцах дома формируют промежуточные полуоткрытые пространства, обеспечивающие дополнительную защиту от погодного дискомфорта. Они должны снижать перегрев западного фасада летом (в сочетании с вертикальным зеленым экраном) и укрывать восточный фасад от косых дождей. Мансарда на третьем уровне жилая, но будет отсечена от теплого ядра дома утепленным перекрытием, обеспечивающим возможность ее сезонной эксплуатации. В первую половину лета окна в противоположных торцах мансарды способствуют дополнительному проветриванию атриума через люк в перекрытии за счет сквозняка под коньком кровли. К новаторским решениям формы соломенного дома можно отнести только сочлененную конфигурацию кровли, подстроенную под оптимальные углы для размещения солнечного коллектора водяного отопления (Солнце в 20-е числа января) и фотоэлектрической системы (высота Солнца в день равноденствия на широте Владивостока).
Изначально дом проектировался как каркасно-соломенный, но вскоре выяснилось, что только панели из прессованной озимой соломы устойчивы к высокой влажности приморского лета. Технология соломенно-панельного строительства вписывалась в уже готовый эскизный проект. Отсюда – дом в два этажа с мансардой: редкое решение для соломенно-панельной технологии. В процессе строительства на сборку соломенного остова ушло 6 дней.
В целом работы на «коробке» (внутренний каркас, стропильная система, кровельные работы, отделка фасадов) заняли с перерывами год. К июню 2015 г. дом без интерьеров и сетей был готов. В зиму 2015/16 года дом вошел с незавершенными внутренними работами. Он не жилой, не отапливаемый. Это дало возможность изучить собственный тепловой режим помещений дома и оценить вклад пассивной солнечной системы в отопление в холодный период (рис. 3). Проводились два типа измерений. Первый – операторская фиксация внутренней температуры воздуха стационарными спиртовыми термометрами в трех точках: первый, второй этаж, мансарда – и наружной температуры воздуха – у северного фасада, в 9, 13 и 19 часов, для выявления общей картины динамики внутренней (по уровням жилого дома) и внешней температур воздуха с 14 декабря 2015 г. по 19 февраля 2016 года (наиболее холодный период года на юге Приморья, 68 дней, рис. 4).
полный текст статьи https://www.dvfu.ru/upload/medialibrary/89b/2016-3-13.pdf
Казанцев П.А., Княжев В.В., Лощенков В.В., Кирик Н.С.
Исследование традиционной архитектурной модели пассивного солнечного отопления на примере экспериментального индивидуального жилого дома Solar-Sb // Вестник Инженерной школы Дальневост. федеральн. ун-та. 2016. № 2(27). С. 116– 127.
Вестник ИШ ДВФУ 2016. № 2 (27)
сайт автора: https://pavel-vladiv.livejournal.com/