Стены из соломенных блоков
(Straw-bale)

Источник: http://mensh.narod.ru

Рис. 1. Дом в юго-западном стиле со стенами из соломенных блоков (Нью-Мексико, США)

Альтернативная технология строительства домов со стенами из соломенных блоков(straw-bale) стала приобретать популярность в США после появления пресс-подборщиков в 1884 году. Самому старому из сохранившихся до нынешнего времени зданий уже около ста лет.

Первые дома строились с несущими стенами и для распределения нагрузки на них имели план близкий к квадрату и обычно шатровую кровлю. Затем, с наступлением индустриальных технологий, эта альтернативная строительная технология была забыта.

Сейчас она переживает второе рождение. В настоящее время большинство домов уже строится не с несущими соломенными стенами, а с несущим каркасом. Благодаря этому появилась значительно большая свобода в проектных решениях.

Рис. 2. Строит Дом со стенами из соломенных блоков имеет исключительно высокие звуко- и теплоизоляцию. В случае изготовления блоков из ржаной соломы не возникает необходимости в антисептировании. На возведение дома не требуется значительных денежных средств и квалифицированной рабочей силы. Трудоемкость строительства также невысока.ельство ведет фирма «Ironstraw»

Kevin Beale

Cym Einion — кооператив натурального хозяйства, который действует в центре Уэльса. Им понадобилось подсобное помещение, которое они и построили из соломы под руководством Kevin Beale. Кевин написал эту небольшую статью и предоставил несколько фотографий.

Соломенный летний домик был построен в 1996 году с помощью коллектива добровольцев под моим и Ianto Doyle руководством. Наши друзья, ведущие органическое садоводство, нуждались в замене старого вагончика на своём участке. Мы проектировали новую постройку основываясь на маленьком денежном бюджете, большой дружеской помощи и переработке использованного материала. Несколько больших деревянных поддонов должны были послужить основой пола, потолка и крыши. Оставшиеся от старой постройки 3 кв м окон были идеальными для панорамной стенки домика. Проект подгонялся под имеющиеся материалы.

Планировалось поставить удобный, скромный домик под деревьями у реки, который скорее можно было бы назвать времянкой. Что бы избежать неровностей корней и возможных наводнений домик устанавливали на платформе со сторонами — 4х5 м, которая связывала так же стены в единое целое во избежание трещин. Платформа состояла на 12 опорах высотой в 25 см, что было значительно выше допустимых

наводнений и сохраняло соломенные блоки сухими.

На этой платформе мы установили дверную коробку и деревянные рамки для окон. Они были установлены и подопрены на своих местах так, что бы оказаться встроенными в соломенную стену. Начиная с углов соломенные блоки укладывались как кирпичная кладка и были скреплены вместе вбитыми метровыми деревянными колышками. Сами блоки делались из пшеничной соломы, перевязанной двумя верёвками. Три больших палета (4м х 1.8м) были установлены сверху в качестве потолка — так зкончились работы покрытия соломы от непогоды.

Следующей весной мы начали устанавливать крышу. Над потолком был возведён чердак высотой 90 см —

использовались два бруса и метровые доски от палетов. Доски от палетов также использовались для поверхности

скатов крыши. Чердак, как дополнительная изоляция помогает соломе сохранить тепло в доме.
В конце крышу покрыли гальванизированной жестью и сверху рефлёным материалом «Onduline» (Торговая Марка) — смесь бумаги и битума, которая легко пилится ручной пилой. Множество коротких палетов пошло на доски, которые

достаточно хороши и долговечны.

Обязательная особенность соломенной стены — заключительное покрытие штукатыркой основанной на гашеной извести. Мы заштукатурили стены смесью извести и строительного песка равномерным тонким слоем в 2,5 см — всё было сделатно вручную с использование резиновых руковиц. В результате нелёгкая работа была закончена с облегчительныв вздохом — строению дали просохнуть для завершения строительства и предотвращения гниения соломы.

Внутри, для экономии, мы использовали смесь глины и соломы, которой аккуратно заштукатурили стены. Техники использованные в строительстве этого небольшого домика дают начинающему строителю чувство — «Мне это по плечу!» . Соломенные стены заштукатуренные собственноручно дают хороший опыт выработки качества. Мягкость углов и неровная поверхность стен дают дополнительное приятное чувство уюта. И главное — домик был построен за 500 фунтов, сэкономив 1000 фунтов на материалах, используя вторичные, и 3000 фунтов на рабочей силе.

Источник: http://www.users.globalnet.co.uk/~straw/page4.html

Если в доме нет водопровода можно вместо наружных туалетов стоить более удобные и гигиеничные пудр-клозеты и люфт-клозеты, биотуалеты
пудр-клозет это помещение, которое устраивается в тёплой части дома и оборудуется вытяжной вентиляцией.
В нём устанавливают ёмкость (ведро, банка и т.д.) для фекалий, которые после каждого использования посыпаются пудрантом — сухой торфяной крошкой, золой или просеянной

землёй. Смесь по мере заполнения выносят и выкидывают в компостную кучу. Для удобства использования крышку над ёмкостью выполняют с пустотами в которые засыпается пудрант.

Деревянные оконные блоки

Рис. 1. Различные конструкции деревянных оконных блоков: а — с одинарным остеклением; б — с двойным остеклением в спаренных переплетах; в — с двойным остеклением в раздельных переплетах; г — с тройным остеклением в раздельно спаренных переплетах; д — с четверным остеклением; 1 — остекление; 2 — оконный переплет; 3 — оконная коробка; 4 — подоконная доска; 5 — стена.

В настоящее время в индивидуальном и массовом строительстве наибольшее распространение имеют деревянные оконные блоки. Благодаря низкому коэффициенту теплопроводности древесины, возможности придания желаемых формы и цвета, невысокой стоимости обработки дерево широко используется для изготовления типовых оконных конструкций и оконных блоков.

Наименьшими теплозащитными характеристиками обладают деревянные оконные блоки с одинарным остеклением. Они имеют приведенное сопротивление теплопередаче 0,18 м²*°С/Вт и могут быть использованы в районах со средней температурой наиболее холодной пятидневки -7°С. В средней полосе допустимо устраивать одинарное остекление в домах, предназначенных для жилья в летнее время (дачах). В этом случае на зимний период следует вставлять дополнительный переплет.

Деревянный оконный блок с двойным остеклением в спаренных переплетах благодаря воздушной прослойке имеет более высокие теплозащитные качества — приведенное сопротивление теплопередаче составляет 0,39 м²*°С/Вт.

Наряду со спаренными переплетами деревянные оконные блоки с двойным остеклением в раздельных переплетах применяются тоже очень часто. Оконный блок с раздельным остеклением имеет лучшую теплозащиту — приведенное сопротивление теплопередаче составляет 0,42 м²*°С/Вт, однако он требует большего расхода древесины (приблизительно на 20%).

Высокими теплозащитными характеристиками обладают деревянные оконные блоки с тройным остеклением в раздельно-спаренных переплетах. Их теплоизолирующая способность — приведенное сопротивление теплопередаче 0,55 м²°С/Вт — приблизительно соответствует кирпичной стене из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 0,38м.

Оконные блоки постоянно подвергаются всевозможным атмосферным воздействиям: дождю, снегу, солнечной радиации. Для увеличения срока службы блоков применяются конструкции деревянного оконного блока с облицовкой наружного переплета алюминиевым профилем или с выполнением наружного переплета из алюминия.

Теплопоглощающие стекла

Теплопоглощающие стекла выпускают двух видов:

· с пленочным покрытием;

· окрашенные в массе.

В первом случае стекла приобретают свойства теплопоглощения за счет нанесения на их поверхность тонкой пленки из окисно-металлического покрытия электрохимической обработкой или распылением. Для заполнений оконных переплетов используют теплопоглощающие стекла с окисно-оловянно-сурьмяным покрытием, покрытием из оксидов свинца и меди.

Теплопоглощающие стекла, окрашенные в массе, представляют собой обширную группу стекол, теплопоглощающие свойства которых появляются в результате введения в состав стекломассы оксидов железа, меди, цинка. Теплопоглощающие стекла обладают селективным пропусканием: они хорошо пропускают видимую часть спектра и слабо инфракрасную часть спектра.

Теплоотражающие стекла

Теплоотражающие стекла получают в результате нанесения на поверхность стекла тонких пленок из металлов и оксидов металлов распылением, химическим осаждением, электрохимической обработкой или термическим разложением. Отечественной промышленностью выпускаются стекла с теплоотражающими покрытиями из золота, серебра, никеля, меди, алюминия, хрома, титана и их оксидов.

Наиболее перспективно заполнение световых проемов стеклопакетами с использованием уже рассмотренных специальных строительных стекол. В солнцезащитных пакетах могут применяться теплопоглощающие и теплоотражающие стекла. Очень эффективно использование теплоотражающих стекол с окисно-металлическими покрытиями. Теплоотражающее покрытие имеет малую прочность на истирание, а стекло, установленное покрытием внутрь пакета, не надо подвергать очистке, т.к. благодаря герметичности стеклопакета стекло не загрязняется со стороны межстекольного пространства. В перспективе, используя в стеклопакетах стекла с различными покрытиями, можно получить заданный спектр лучей, проникающих в помещение. Стеклопакеты могут применяться во всех случаях, когда используется обычное стекло или остекление специальными строительными стеклами.

Стеклопакеты

Рис. 1. Использование стеклопакета для остекления: 1 — остекление; 2 — переплет; 3 — герметичная воздушная прослойка; 4 — распорный профиль; 5 — влагопоглотитель.

Рациональным заполнением световых проемов являются стеклопакеты, состоящие из 2-х или нескольких стекол, разделенных воздушными прослойками и герметично соединенных по контуру. В зависимости от соединения стекол стеклопакеты могут быть клееными, паяными или сварными. В настоящее время наиболее широкое распространение получили клеевые стеклопакеты как наиболее индустриальные, экономичные и долговечные.

Целесообразность применения стеклопакетов в качестве заполнения световых проемов определяется наличием герметичной воздушной прослойки. Стеклопакеты обладают высокими теплоизоляционными свойствами. Благодаря герметичности в воздушную прослойку не попадает влага, пыль, не ухудшается освещенность помещений. Толщина воздушных прослоек принимается 12…20 мм. Она фиксируется распорными рамками из глубокого алюминиевого профиля. Температурные зазоры между стеклом и переплетом заполняют нетвердеющими мастиками. Приведенной сопротивление теплопередаче двухслойных стеклопакетов в деревянных переплетах 0,36 м²°С/Вт, а конструкции из двухслойного стеклопакета и одинарного остекления в раздельных деревянных переплетах — 0,53 м²*°С/Вт.

Высокой теплозащитой обладает конструкция оконного блока, состоящая из двух стеклопакетов. Его приведенное сопротивление составляет 0,67 м²*°С/Вт.

Причины инфильтрации и эксфильтрации воздуха

Помимо более низкой теплозащиты по сравнению со стенами оконные заполнения имеют большую воздухопроницаемость. Проникание холодного воздуха через неплотности оконных проемов снижает их теплозащиту примерно в 2 раза. Наибольшая воздухопроницаемость окон, отрицательно сказывающаяся на микроклимате помещения, наблюдается в холодное время года.

Струи холодного воздуха, попадая в помещение через щели окон, вызывают понижение температуры внутри помещения в первую очередь в непосредственной близости от окон, создавая там зону дискомфорта.

Воздух проникает в помещение из-за разности температур по сторонам ограждения, называемой тепловым напором, и под влиянием ветра — ветрового напора.

Разность температур внутреннего теплого и наружного холодного воздуха обусловливает разность их плотностей, в результате чего между ними создается перепад давлений. Более легкий теплый воздух вытесняется тяжелым холодным. При воздухопроницаемых ограждениях, в частности окнах, тяжелый холодный воздух снаружи поступает в помещение через нижний этаж — это явление называется инфильтрацией, а легкий теплый выходит через

верхний этаж — это явление называется эксфильтрацией. Чем больше разница между температурой снаружи и внутри помещения, тем интенсивнее происходит этот процесс. В связи с этим сильнее всего подвержены охлаждению в холодное время комнаты первого этажа, где наблюдается наиболее активная инфильтрация.

Наиболее активная эксфильтрация, вызванная тепловым напором, происходит в помещениях верхнего этажа. При этом теплый воздух, содержащий определенное количество влаги, проникает в межстекольное пространство, в полость стыка между оконной коробкой и стеной. По мере того, как он охлаждается, его относительная влажность повышается, и при определенной температуре происходит конденсация. В результате этого при плохой герметизации окон в верхнем этаже чаще наблюдается запотевание окон, образование инея, отсыревание утеплителя, вызывающее понижение теплозащиты окна и загнивание древесины оконных коробок.

Кроме теплового напора на интенсивность воздухопроницаемости влияет ветровой напор, который обусловливается действием на здание ветра. Чем сильнее ветер, тем большее давление испытывает ограждение, тем больший перепад давлений возникает между наружным и внутренним воздухом. При увеличении разности давлений происходит более интенсивная инфильтрация. В то же врем с противоположной стороны здания (подветренной) наблюдается определенное разрежение, вызывающее эксфильтрацию.

Таким образом, возникающая под действием теплового и ветрового напоров инфильтрация и эксфильтрация ведут к понижению теплозащитных характеристик оконных конструкций и созданию неблагоприятных условий в помещениях. Для уменьшения отрицательного влияния воздухопроницаемости существуют различные способы уплотнения окон и их сопряжений со стенами, повышающие герметичность и, следовательно, теплозащиту.

Установка оконного блока

Оконный блок должен быть установлен в проем в строго вертикальном положении и надежно укреплен в конструкции, обрамляющей проем, деревянной пробкой или другой закладной деталью. Наружному подоконному сливу придают уклон, обеспечивающий отвод дождевой воды от поверхности окна. При этом не допускается устраивать уклон верхнего откоса в сторону проема. Оконные проемы должны иметь верхние и боковые четверти не менее 70…100 мм. Такое заглубление оконного блока по отношению к плоскости фасада позволяет уменьшить возможность проникания влаги в узел сопряжения оконной коробки со стеной и внутрь оконного блока.

Установленную коробку крепят к стенам гвоздями размерами 4х100, 5х120, 5х150 мм, стальными штырями или ершами, которые забивают в швы кирпичной кладки или в специально установленные деревянные пробки. Откосы оконных проемов окрашивают водостойкими красками. Сливы устанавливают на переплетах с наружной стороны и врезают в нижнюю обвязку переплета на 5 мм. На сливах обязательно устраивают желобок-капельник.

Уплотнение примыканий

Большое значение для создания условий теплового комфорта в помещении имеют теплозащитные качества стыкового соединения оконной коробки со стеной. Древесина имеет отличные от материала стены влажностные деформации. Кроме того, в средней полосе при переходе от зимы к лету происходит высыхание древесины с наружной стороны и увлажнение с внутренней и наоборот — при переходе от лета к зиме. Из-за постоянных деформаций происходит то увеличение, то уменьшение зазоров между стеной и оконной коробкой, в результате чего появляются трещины, через которые в помещение проникает холодный воздух и влага, снижающие теплозащитные качества стыка. Это вызывает понижение температуры на поверхности внутренних откосов, создает условия для образования конденсата, понижает температуру в помещении в результате инфильтрации и может привести к загниванию материала оконной коробки. В связи с этим необходимо обратить особое внимание на качественное выполнение узла примыкания оконной коробки к стене при его установке во время ремонта, реконструкции или строительства дома.

На протяжении долгого времени для теплоизоляции стыкового соединения оконной коробки со стеной используют сухую антисептированную паклю, пеньку низкого сорта, шлаковату или стекловату, очесы, войлок. До начала работ пеньку или паклю разделяют на отдельные пряди, а войлок — на куски. Теплоизоляционные материалы закладывают в паз между стеной и оконной коробкой и уплотняют деревянной или металлической конопаткой — зубилом с широким тонким концом. По нему наносят удары молотком.

Полость стыка заполняют конопаткой не до самого уровня коробки, а оставляют паз 20…30 мм. При оштукатуривании откосов его заполняют штукатурным раствором. Если зазор между оконным блоком и стеной проконопатить вплотную с коробкой, то между нею и штукатуркой может образоваться трещина. Недостаток этого способа конопатки состоит в том, что качество стыка, его теплозащита и воздухопроницаемость в большей степени зависят от квалификации мастера, конопатящего окна. Недостаточное уплотнение материала в зазоре вызывает сильную воздухопроницаемость стыка и снижение теплозащиты.

Для устранения этих недостатков, отрицательно сказывающихся на теплозащите помещений, полость стыка между оконной коробкой и стеной стали заделывать гипсоперлитовым раствором. Но, как показала практика, этот способ весьма несовершенен, т.к. в процессе эксплуатации происходит усушка древесины оконного блока и в заделке из гипсоперлитового раствора появляются трещины, резко повышающие воздухопроницаемость узла сопряжения оконной коробки со стеной.

Разработана конструкция угла сопряжения оконного блока со стеной без конопатки зазора паклей. Принципиальным отличием данного решения является использование двух слоем мастики МПС, которую в устье заделки зачеканивают

Возможно замоноличивание оконной коробки непосредственно в оконный проем стены. Для лучшей адгезии торцов оконного блока с поверхностью откосов оконного проема стены коробку покрывают клеем. Но и это конструктивное решение неудачно, т.к. из-за усушки древесины и температурных деформаций при эксплуатации образовывается большое количество трещин в зоне примыкания оконной коробки к стене, температура на внутренней поверхности оконных откосов сильно снижается, вызывая образование конденсата и дополнительные теплопотери.

Одним из удачных конструктивных решений узла примыкания оконной коробки к стене является одновременное использование строительной пакли и алебастрового или цементного раствора. Возможно проконопачивание полости стыка на всю глубину зазора паклей, смоченной в цементном растворе и гипсовом тесте, или заделка зазора на 2/3..3/4 глубины сухой антисептированной паклей и на 1/3…1/4 оставшейся глубины со стороны помещения паклей (жгутом из пакли), смоченной в алебастровом молоке или цементном растворе. Иногда полость стыка заделывают паклей, смоченной в цементном растворе, и заливают раствором ГЦПВ на керамзитовом песке. Эти варианты заделки обеспечивают хорошую теплозащиту и сопротивление воздухопроницанию, однако они во многом зависят от квалификации исполнителей и, соответственно, качества выполнения работ.

Более совершенным методом уплотнения зазора между оконным блоком и стеной по сравнению с конопаткой паклей является использование синтетических жгутов, монтажной пены с последующей герметизацией стыков самовулканизирующимися мастиками. Следует помнить, что эта технология требует наличия высококачественных сертифицированных материалов и квалифицированных исполнителей.
Разработан простой состав для заделки полости между оконной коробкой и стеной. В него входят древесные опилки, известковое молоко и цемент в пропорции 2,5:1:1. В смесь можно добавить водорастворимый латекс СП-60. Такая смесь схватывается не так быстро по сравнению с гипсовыми растворами и поэтому с ним легче работать. Его легко приготовить самостоятельно. Практика показала, что заделанные этим составом стыки между оконным блоком и стеной имеют хорошие теплозащитные и эксплуатационные характеристики.

Герметизация оконного блока

Большое значение для теплозащиты помещений имеет и герметичность самого оконного блока. В период эксплуатации окон происходят высыхание, набухание, коробление древесины переплетов и оконной коробки, приводящие к образованию щелей и увеличению воздухопроницаемости окон через неплотности между стеклом и переплетом, переплетом и оконной коробкой. При этом большое значение для повышения теплозащиты и герметичности окон имеет способ установки и крепления стекла в переплете.

Теплоизоляция и герметичность окон во многом зависят от правильной эксплуатации. Оконный блок должен изготовляться из древесины влажностью 12…15%, но часто при установке блока ее влажность оказывается выше. Из-за этого при высыхании древесина коробится, образуются щели, из окон сильно дует, возникают дополнительные теплопотери. Во избежание этого рекомендуется либо не открывать, либо как можно реже открывать окна, пока древесина не высохнет полностью.

Наиболее эффективным способом уплотнения оконных переплетов является установка в их притворах по периметру открывающихся форточек, полотен, створок, клапанов, упругих уплотняющих прокладок из полиуретана.

Устройство уплотняющих прокладок позволяет снизить воздухопроницаемость окон, уменьшить загрязнение стекол и переплетов в межстекольном пространстве, повысить температуру на внутренней поверхности окна в среднем на 1,5…2°С, исключить возможность запотевания и образования конденсата на внутренней поверхности наружного стекла в межстекольном пространстве. В итого уплотнение притворов позволяет повысить теплозащиту окон в среднем на 20%.

Считается, что при двойном остеклении прокладки следует устанавливать в притворах внутренних переплетов, чтобы уменьшить проникание в межстекольное пространство теплого воздуха из внутреннего помещения с большой влажностью и исключить возможность запотевания окон, а наружные переплеты уплотнять не нужно. Однако в нижнем этаже жилого дома опасность образования конденсата на стеклах практически отсутствует. Это объясняется тем, что из-за разности температур внутреннего и наружного воздуха вытесняемый холодным и тяжелым теплый и легкий воздух поднимается вверх, в результате чего в нижнем этаже дома (приблизительно до середины высоты здания) наблюдается интенсивная инфильтрация, а в верхнем этаже — эксфильтрация. При инфильтрации теплый воздух из помещения не попадает в межстекольное пространство, потому что движение воздуха направлено снаружи внутрь помещения.

Из-за большого перепада давлений по сторонам ограждений инфильтрация через окна нижнего этажа идет интенсивно, вызывая понижение температуры в помещении, сильное дутье из окон и требуя дополнительных затрат энергии на отопление. В связи с этим в нижнем этаже целесообразно уплотнять оба оконных притвора — внутренний и наружный. В этом случае воздухопроницаемость окна снижается в среднем на 40% по сравнению с уплотнением только внутреннего переплета. Таким образом, это достаточно простое мероприятие является очень эффективным.

С течением времени происходит старение материала прокладок, уменьшается их упругость, в результате чего воздухопроницаемость окон увеличивается. Поэтому для повышения теплозащиты целесообразно заменять прокладки через каждые 2…4 года.

Дополнительное остекление

Одним из распространенных способов повышения теплозащиты окон является установка дополнительного остекления или переплета в оконный проем. Образовавшаяся между существующим и вставленным остеклением воздушная прослойка позволяет значительно повысить сопротивление теплопередаче окна и снизить теплопотери.

Установить дополнительное остекление в окне можно следующим образом. По периметру горизонтально лежащего стекла кладут картонную полоску-прокладку, покрытую герметиком (или масляной краской). На полоску накладывают другое стекло. В результате получается самодельный стеклопакет, в котором два стекла разделены воздушной прослойкой, толщина которой соответствует толщине прокладки. Вместо картона можно использовать резину. Этот самодельный стеклопакет устанавливается в раму как обычное стекло.

Другим способом, повышающим теплозащитные характеристики окон, является устройство металлизированной пленки. Благодаря блестящей поверхности пленки, установленной на внутренней поверхности остекления, происходит отражение внутрь помещения лучистой составляющей теплового потока. В результате уменьшаются суммарные теплопотери из помещения через оконную конструкцию.

Возможным вариантом повышения сопротивления теплопередаче окон является увеличение числа воздушных прослоек в окне за счет применения в межстекольном пространстве металлизированной пленки для отражения внутрь помещения лучистой составляющей теплового потока. За счет разделения межстекольного пространства на плоскости уменьшается и конвективная теплопередача.

Применение металлизированных пленок в межстекольном пространстве позволяет повысить температуру внутренней поверхности остекления на 3…3,5°С и увеличить сопротивление теплопередаче оконного блока в 1,2…1,5 раза. Таким образом теплозащитные качества оконного блока с двойным остеклением могут быть приближены к теплозащитным качествам окон с тройным остеклением.

Наиболее эффективна замена остекления стеклопакетом с теплоотражающим стеклом, которое устанавливается так, чтобы поверхность с теплоотражающим напылением была обращена внутрь стеклопакета.

Наружный экран

Возможно устройство с наружной стороны окна экрана, выполненного из теплоизоляционных пластин. Опущенный на ночь экран или закрывающиеся ставни позволят уменьшить поток тепла, излучаемый остеклением наружу, и создать дополнительную воздушную прослойку, являющуюся хорошей теплоизоляцией.

Внутренний экран

Одним из вариантов повышения теплозащиты окон является установка штор или жалюзи с внутренней стороны помещения. Их устройство позволяет снизить теплопотери в помещении в результате уменьшения потока лучистого тепла. При этом не следует закрывать шторами поверхность отопительного прибора.

Получают распространение шторы-жалюзи, экран которых представляет собой систему пластин, соединенных гибкими связями. Пластины могут поворачиваться вокруг собственной оси, изменяя количество солнечной радиации, поступающей через световые проемы, и улучшать показатели естественного освещения благодаря использованию света, отраженного пластинами. Нанесение на пластины селективных покрытий позволяет создавать простые и высокоэффективные воздушные солнечные коллекторы.

Экран в межстекольном пространстве

Повысить теплозащиту окон можно размещением различных экранов в межстекольном пространстве. Этот метод основан на том, что при установке экрана уменьшается разность температур между близлежащими поверхностями и снижается интенсивность движения молекул воздуха и, следовательно, конвективного теплообмена. Помимо этого в некоторых случаях при создании узких воздушных прослоек скорость восходящих воздушных потоков тормозится нисходящими, что уменьшает теплопередачу конвекцией. Установленный в межстекольном пространстве экран также снижает лучистую составляющую теплового потока.

Возможно размещение в межстекольном пространстве свертывающейся шторы, которая имеет эластичный экран из металлизированной пленки, наматывающийся на барабан.

Значительно снизить потери тепла через окна можно с помощью расположенной между стеклами объемной шторы с экраном из складчатых металлизированных полотен. Такое устройство позволяет снизить теплопотери на 38%.

Обдув остекления

Один из путей снижения затрат тепловой энергии — применение вентилируемых окон, которые позволяют повысить температуру внутренней поверхности остекления и дать экономию энергии в результате обеспечения жилых помещений свежим подогретым воздухом, необходимым для вентиляции. В окнах такой конструкции делают дополнительные отверстия в нижней и верхней части переплетов.

Улучшить условия теплового комфорта и повысить температуру внутренней поверхности окна можно за счет обдува остекления теплым воздухом. Наиболее простым способом создания восходящих струй теплого воздуха является устройство щели (или отверстий) в подоконной доске, расположенной над отопительным прибором. Нагретый воздух, поднимаясь вверх, позволит не только повысить температуру остекления, но и уменьшить влияние инфильтрующего через окно холодного воздуха.

Прогиб балки и ее сечение

Самая прочная на изгиб балка — брус с соотношением сторон 7:5.

Прогиб балки в основном зависит от ее высоты, а не ширины. Поэтому выгоднее увеличивать высоту балки, а не ее ширину. Однако в уменьшении ширины есть свой предел, т.к. слишком тонкая балка может изогнуться в сторону.

Допустим, что прогиб балок междуэтажных перекрытий считается не более 1/300 длины перекрываемого пролета, чердачных — не более 1/250. При перекрытии чердака пролетом 9 м прогиб балки не должен превышать 35 мм (9000/250=35). Зрительно это почти незаметно, но прогиб все же есть.

Любое перекрытие, даже под нагрузкой, будет совершенно ровным, если в укладываемых балках предварительно вытесать так называемый строительный подъем. В этом случае нижней стороне каждой балки придают форму плавной кривой с подъемом в середине.

Сначала потолок с такими балками будет слегка приподнятым в середине, но постепенно от нагрузки от выровняется и станет почти горизонтальным. С той же целью для балок можно применять изогнутые в одну сторону бревна, соответственно подтесывая их.

Толщина балок для междуэтажных и чердачных перекрытий должна составлять не менее 1/24 ее длины.

Брус при необходимости можно заменить двумя досками общим сечением, равным брусу. Такие доски обычно сбивают гвоздями, располагая их в шахматном порядке через 200 мм.

При более частой укладке вместо бревен (брусьев) можно использовать обыкновенные толстые доски, поставленные на ребро.

Пример.

Для перекрытия пролета длиной 5 м с нагрузкой в 1259 кг необходимы две балки прямоугольного сечения 200х140 мм, уложенные через 1000 мм. Однако их можно заменить четырьмя досками сечением 200х50 мм, расположив их через 330 мм, т.к. доска сечением 200х50 мм выдерживает груз в 420 кг. В сумме доски выдержать предполагаемую нагрузку.

Заделка концов балки

Концы балок в стены заделывают в такой последовательности. Концы балок междуэтажных и чердачных перекрытий деревянных зданий врубают сковороднем в верхние венцы на всю толщину стены. В каменных зданиях балки кладут на стены или заводят в специально оставленные в них гнезда. В землебитных стенах балки кладут на обвязку.

Из-за конденсирования теплого воздуха, проникающего из дома, концы балок, находящиеся в гнездах, нередко загнивают. Этого можно избежать, если между стенами и концами балок оставить пространство с хорошей вентиляцией. Поэтому гнезда, оставляемые, например, в кирпичных стенах, для укладки балок делают несколько больших размеров, чем концы балок. Нижняя часть гнезда должна быть как можно более ровной, поэтому перед укладкой балок ее нужно выровнять раствором и уложить 2…3 слоя рубероида. Глубина гнезд в каменных стенах обычно составляет 250 мм, а концы балок кладут на длину не менее 150 мм.

При подготовке концов балок их следует отесать, покрыть на 750 мм противогнилостным антисептиком, просушить, просмолить на 200 мм и в пределах осмолки обернуть 2-мя слоями рубероида. Торцы балок должны быть незасмоленными и не закрытыми рубероидом.

Если толщина каменных стен 2,5 кирпича (640 мм) или больше, концы балок заделывают следующим образом. Поскольку балка своими концами опирается на стены только на 150 мм, то между ее торцом и задней стенкой гнезда глубиной 250 мм остается пространство в 100 мм. Этого вполне достаточно для воздушной прослойки и укладки теплоизоляционного материала. Низ гнезда выравнивают раствором, покрывают битумом, кладут на него 2 слоя рубероида, верх и боковые стенки гнезда закрывают 1 слоем рубероида, а заднюю — слоем просмоленного войлока, которые прижимают антисептированной доской толщиной 25 мм. Конец балки укладывают так, чтобы между ним и антисептированной доской был зазор в 40 мм.

В стены толщиной в 2 кирпича (510 мм) концы балок заделывают так. Заднюю стенку гнезда закрывают 2-мя слоями просмоленного войлока, делают ящик из 3-х стенок, просмаливают его и вставляют в гнездо, прижав им просмоленный войлок.

При заделке концов балок чердачного перекрытия в стенах толщиной в 2 кирпича особое внимание уделяют защите гнезд. Прежде всего, в них устанавливают ящик из 3-х стенок, которые просмаливают и обивают войлоком.

Расположение балки вблизи дымохода

Балки около дымоходов необходимо располагать не ближе 400 мм от внутренней поверхности ближайшего дымохода. Бывает, что нельзя отдалить балку от дымохода. В этом случае балку врубают в 2 балки.

В кирпичных, каменных и подобных им стенах между крайними балками и стеной должен быть зазор не менее чем в 50 мм, который заделывают рейкой. Между рейкой и балкой желательно проложить полоску рубероида.

Деревянные балки (сосна, ель, лиственница) для междуэтажных и чердачных перекрытий должны быть сухими (влажность не более 14%; при правильном хранении древесина приобретает такую влажность через год). Чем суше балка, тем она прочнее и тем меньше прогибается под нагрузкой.

Если половые балки первого этажа опираются на столбики, поставленные довольно часто, то балки междуэтажных и чердачных перекрытий опираются на стены только своими концами и опоры под ними ставят редко.

В зависимости от уклона скатов крыши бывают скатные (больше 10%) и плоские (до 2,5%).

В индивидуальном жилищном строительстве, как правило, используются скатные и пологоскатные крыши. В плоских крышах возможно образование застоя воды на кровле и, как следствие, появление в этих местах протечек. Достоиством плоских крыш является возможность использования их для различных целей.

По конструктивному решению крыши могут быть:

· чердачными (раздельными);

· бесчердачными (совмещенными).

Чердачные крыши бывают:

· утепленными;

· холодными.

В бесчердачных (совмещенных) крышах несущие элементы служат перекрытием верхнего этажа здания. Бесчердачные крыши бывают:

· вентилируемыми;

· частично вентилируемыми;

· невентилируемыми.

По условиям эксплуатации крыши бывают:

· эксплуатируемыми;

· неэксплуатируемыми.

Тип крыши определяется в основном ее геометрической формой и материалом кровли.

По форме крыши бывают:

· односкатные;

· двускатные;

· мансардные;

· вальмовые;

· шатровые;

· многощипцовые.

Рис. 1. Основные типы крыш

Односкатная крыша (рис. 1, а) своей плоскостью (скатом) опирается на несущие стены, имеющие разную высоту. Односкатную крышу, как и плоскую, в жилых домах применяют не часто. Ее конструктивная простота чаще всего используется в зданиях требующих надежности и экономичности. Эта крыша больше всего подходит для строительства хозяйственных построек.

Двускатная крыша (рис. 1, б) состоит из двух плоскостей-скатов, опирающихся на несущие стены одинаковой высоты. Пространство между скатами, имеющее треугольную форму, называется щипцами или фронтонами. Двускатная крыша является наиболее распространенной формой крыши в малоэтажных домах. Она имеет достаточно выразительный внешний вид, проста в изготовлении и надежна в эксплуатации. Конструкция двускатной крыши позволяет использовать любые кровельные материалы, применяемые в строительстве.

Разновидностью двускатной крыши является ломаная (мансардная) крыша (рис. 1, в), которую достаточно часто устраивают при использовании чердачного пространства под мансардные жилые помещения. Форма этой крыши по сравнению с обычной двускатной позволяет увеличить используемые площадь и объем чердачного пространства. Вместе с тем ломаный профиль крыши сложнее в изготовлении, несколько архаичен по форме и образует, как правило, непроходной чердак над мансардными помещениями. Исходя из эстетических соображений мансарду, конечно же, целесообразнее встраивать в двускатную крышу.

Крыша, образованная двумя трапециидальными скатами и двумя торцевыми треугольными называется вальмовой четырехскатной (рис. 1, д). Бывают и двускатные вальмовые (полувальмовые) крыши, когда фронтоны срезаны (рис. 1, е). Вальмовая крыша считается традиционной для южный районов. В связи с отсутствием фронтонов она экономичнее двускатной по расходу стеновых материалов. Вместе с тем, имея наклонные ребра на границе скатов и вальм, такая крыша требует установки сложных стропил и дополнительных работ по подгонке кровельных материалов.

При квадратном плане дома вальмовая крыша становится шатровой (рис. 1, г) с однотипным конструктивным решением всех четырех треугольных скатов, сходящихся в одной верхней точке. Такая крыша по монтажу несущих конструкций более технологична, чем вальмовая, хотя по сложности кровельных работ не уступает ей.

Устройство на крыше фонарей верхнего света (рис. 2, з) позволяет организовать эффективное освещение и вентиляцию помещений при увеличении общей ширины здания. Подобные решения весьма широко использовал еще

Сводчатая крыша (рис. 1, и) в поперечном сечении может быть очерчена дугой окружности или иной геометрической кривой.

Складчатая крыша (рис. 2, к) образуется от соединения отдельных трапециидальных элементов — складок.

Куполообразная крыша (рис. 2, л) по очертанию представляет собой половину шара со сплошным опиранием на цилиндрическую стену.

Многощипцовая крыша (рис. 1, н) образуется от соединения скатов плоскостей. Ее устраивают на домах со сложным планом, при покрытии пристроек, боковом освещении мансард, образовании фронтонов над входами и т.п. При устройстве таких крыш неизбежны ендовы (разжелобки), значительно усложняющие конструкцию крыши и требующие тщательного выполнения кровельных работ.

Крестовый свод представляет собой четыре сомкнутых арочных свода (рис. 1, м).

Сферическая оболочка (рис. 1, о) по очертанию представляет собой свод, опирающийся в нескольких точках на основание. Пространство между опорами обычно используют для устройства светопрозрачных фонарей.

Плоская крыша (рис. 2, п) опирается на несущие стены, имеющие одинаковую высоту.

Крыша из косых поверхностей (рис. 1, ж) состоит из нескольких пологих плоскостей, опирающихся на несущие стены, стоящие на разных уровнях.

Шпилеобразная крыша (рис. 1, р) состоит из нескольких крутых треугольников-скатов, соединяющихся в вершине.

В настоящее время в индивидуальном строительстве применяют крыши всех вышеперечисленных типов.

Пересечения скатов крыши образуют двугранные углы. Если они обращены книзу, из называют разжелобами, или ендовами, если кверху, то ребрами. Верхнее ребро, расположенное горизонтально, называют коньком, а нижнюю часть ската — свесом.

Величина уклона ската и долговечность крыши зависят от материала кровли, а также от климатических условий

При выборе формы крыши следует учитывать не только ее эксплуатационные, но и декоративно-художественные качества. Крыша в малоэтажном доме составляет значительную часть его объема и существенно влияет на общее архитектурное решение.

Большое значение при устройстве крыши имеет правильный выбор кровельного материала. От него в значительной степени зависят надежность и долговечность крыши, а также ее внешний вид.

Конструктивные решения крыш зависят в основном от применяемых материалов. Использование для устройства крыш круглого материала, хотя и имеет многовековую традицию, но в настоящее время чаще всего используется обработанная древесина в виде брусьев и досок.

На кровлю действуют нагрузки от снега, собственного веса конструкций и кровельных материалов, а также ветра (рис. 1).

Рис. 1. Внешние воздействия на покрытие:
I — чердак; II — чердачное перекрытие; III — несущая конструкция; IV — кровля; 1 — постоянные нагрузки (собственный вес); 2 — временные нагрузки (снег, эксплуатационные нагрузки); 3 — ветер (давление); 4 — ветер (отсос); 5 — воздействие температур окружающей среды; 6 — атмосферная влага (осадки, влажность воздуха); 7 — химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе; 8 — солнечная радиация; 9 — влага, содержащаяся в воздухе чердачного пространства.

Чердачные скатные крыши

Чердачная скатная крыша состоит из несущих конструкций и кровли. Между такой крышей и чердачным перекрытием, находится чердак, используемый для размещения вентиляционных каналов (коробок), разводов трубопроводов и т.п. При значительных уклонах чердачные пространства нередко используются для встроенных в них помещений.

В чердак зимой через чердачные перекрытия из помещений верхнего этажа проникают тепло и влага. Чем теплее чердак и чем теплопроводнее материал кровли, тем больше образуется конденсата (инея). При повышении наружной температуры конденсат тает, вызывая загнивание деревянных конструкций и коррозию металлических элементов. Увлажнение чердака может происходить также в результате проникания влажного воздуха из лестничных клеток, в связи с чем важное значение приобретает плотность притвора дверей и люков, ведущих на чердак.

Весьма важным и эффективным мероприятием против увлажнения чердачного пространства является его проветривание. Для этого устраивают вентиляционные отверстия под карнизом (приточные отверстия) и в коньке (вытяжные отверстия), а также слуховые окна. Несущая часть состоит из стропил, ферм, прогонов, панелей и других элементов (рис. 2, 3).

Рис. 2. Принципиальное решение несущей конструкции вальмовой крыши с применением ферм.

Рис. 3. План расположения ферм и стропил при устройстве четырехскатной вальмовой крыши:
1 — дымовая труба.

В одноэтажных однопролетных домах шириной до 6 м крыши можно возводить с использованием простейших стропильных ферм, сбитых из досок сечением 50 х 150 мм (рис. 4, а). Их легко изготовить заранее, накладывая одну на другую, а затем установить, раскрепив диагональными ветровыми связями с внутренней стороны. Стропила и нижний пояс (затяжку) соединяют между собой на гвоздях или шурупах с помощью двухсторонних накладок из досок толщиной 25 мм.

Рис. 4. Конструктивные схемы и узлы двухскатных дощатых крыш:
а, б — висячие стропила (фермы) для одноэтажных однопролетных зданий;
в — наклонные стропила для одноэтажных двухпролетных зданий;
г — висячие стропила (фермы) для мансардных однопролетных зданий;
д — то же с ломаной крышей;
е — то же для мансардных двухпролетных зданий.

При пролетах свыше 6 м, а также при больших снеговых нагрузках стропильную ферму необходимо усилить дополнительными внутренними раскосами (рис. 4, б). По конструктивным соображениям ее удобнее делать с двойными нижним и верхним поясами. В этом случае все элементы фермы (стропила, затяжку, подкосы и концевые вставки) можно делать из досок одинаковой толщины. Места примыкания подкосов к верхнему и нижнему поясам, а также стык досок затяжки следует усилить дощатыми накладками. Соединение отдельных элементов таких ферм лучше производить на шурупах или болтах.

Использование большепролетных стропильных ферм в одноэтажных домах позволяет отказаться от устройства средней несущей стены (вместе с фундаментами) и получить в доме свободную внутреннюю планировку. Вместе с тем, не следует забывать, что применение таких ферм может быть рекомендовано только при грамотном конструировании и тщательном выполнении заготовочных и монтажных работ.

Для одноэтажных двухпролетных зданий (со средней несущей стеной) двускатную крышу обычно делают, используя наслонные стропила, опирающиеся одним концом на наружную стену, а другим — на прогон или средние стойки (рис. 4, в). На коньке стропила соединяют между собой гвоздями внахлест либо с помощью дощатых накладок. При длине стропильных ног свыше 4 м устраивают подкосы. Наружные концы наслонных стропил опирают на подкладной распределительный брус (мауэрлат) сечением не менее 100 х 100 мм. Для удобства опирания снизу каждой стропильной ноги прибивают упорный брусок. Каждую вторую стропильную ногу крепят к наружной стене или к чердачным балкам ветровыми связями (проволочные хомуты, дощатые накладки).

Крыши в домах с мансардными помещениями при отсутствии средней опоры конструктивно решают так же, как стропильные фермы. Своеобразной затяжкой таких ферм являются балки междуэтажного перекрытия, в которые упираются стропила. Простейшая конструкция мансардной крыши — треугольная ферма прямолинейного очертания (рис. 4, г), применяемая при устройстве мансарды в однопролетных домах шириной до 6 м. Учитывая, что нижний пояс такой фермы является полом мансарды, его конструкцию принимают в виде двух параллельных балок сечением не менее 50 х 150 мм каждая. Горизонтальные схватки и вертикальные стойки также лучше делать спаренными из более тонких досок — это упрощает в дальнейшем обшивку стен и потолков мансарды.

Конструкция мансардной крыши с изломанными скатами (рис. 4, д) более сложная в изготовлении и может быть оправдана лишь при узких пролетах, когда габариты мансарды трудно вписать в простую треугольную форму крыши.

В домах со средней несущей стеной крышу над мансардой тоже делают на основе стропильных ферм (рис. 4, е), однако, ее нижний пояс, имеющий опору в центре нагрузки, может быть более легким.

Оптимальное сечение для стропил любых крыш (так же, как и для балок перекрытий) 50 х 150 мм.

Расстояние между несущими конструкциями кровли

В деревянных конструкциях расстояние между фермами составляет 0,9…1,0 м. При большой снеговой нагрузке на пологих крышах это расстояние следует уменьшать до 0,8…0,6 м, а на крышах с уклоном более 45° его можно увеличить до 1,2…1,4 м. Если крышу возводят со стропильными фермами, нижним поясом которых являются балки чердачного или междуэтажного перекрытия, то расстояние между ними следует принимать с учетом конструкции пола или потолка. При сооружении вальмовых и шатровых крыш могут применяться более легкие фермы и стропила при меньших уклонах кровель, чем в двухскатных крышах. Вальмовая крыша, собранная из готовых ферм (с расстоянием между ними 1200 мм), показана на рис. 2 и 3.

Если пролеты слишком большие, то нужно проверить по чертежу ширину опорной поверхности ферм и при необходимости уменьшить расстояние между ними таким образом, чтобы расчетное давление на опорное соединение не было превышено.

Если ферма оказывается на месте, где проходят дымовые трубы, то ее переносят и располагают так, чтобы она находилась на расстоянии не менее 100 мм от трубы. Расстояние между фермами, оказавшееся большим в месте прохода группы труб, заполняется сплошной решеткой.

Конструкции ферм, изготовленных из одной части и двух частей, показаны на рис. 5. Фермы, состоящие из двух частей, применяют при длинных пролетах, а также в том случае, когда дом стоят на склоне и крыша имеет разные уровни (рис. 5, б и в).

Рис. 5. Примеры установки ферм:
а — при опоре ферм на верхний пояс каркаса наружных стен в однопролетном решении;
б — при выполнении конструкции крыши из полуферм, опирающихся на балки, в двухпролетном решении;
в — при выполнении конструкции крыши из полуферм, расположенных в разных уровнях, в двухпролетном решении.

Если в доме будет использоваться чердак, то фермы заменяют конструкцией из рам (рис. 6).

Рис. 6. Деревянные фермы для дома с мансардным этажом:
а — применение ферм в двухпролетном решении с дополнительным усилением перекрытия деревянными балками;
б — принципиальная схема опорного узла фермы;
в — схема установки ферм при однопролетном решении.

Дополнительно к конструкции, состоящей из ферм, применяют несущую стену, чтобы прогибы несущих элементов оставались в допустимых пределах. Чтобы увеличить ширину чердака, каркас наружной стены дома с мансардным этажом можно приподнять. В чердачном помещении высотой от 0,6 м и выше отделку стен, полов и потолков выполняют так же, как и на жилом этаже. Однако в комнате для того, чтобы там можно было поместить необходимую мебель, оборудование и проложить арматуру около стен, свободная внутренняя высота должна быть около 0,8 м.

Соединения деревянного каркаса

Части каркаса соединяют с помощью гвоздей или специальных соединительных элементов, которые изготовляют из листовой оцинкованной стали толщиной 2…4 мм.

Рис. 7. Типы угловых соединительных элементов.

Эти элементы имеют изогнутую форму и соединительные кронштейны с отверстиями. Преимуществом таких элементов является прочность крепления, поэтому их можно использовать в соединениях, несущих большие нагрузки. Кроме того, они не портят внешний вид дома и при их применении можно избежать растрескивания древесины, т.к. исключается использование гвоздей большей толщины, чем предусмотрено.

Для соединения частей каркаса служат гребенчатые гвозди, имеющие конусообразную форму шляпки. Благодаря этому гвоздь утапливается в отверстии. Соединения, выполненные таким образом, при увеличении на них нагрузки снижают до минимума возможные продольные и поперечные смещения.

Использование башмака колонны

Рис. 8. Тип башмаков колонны:
а — регулируемый B;
б — регулируемый DB;
в — регулируемый IB;
г — регулируемый I.

Рис. 9. Использование башмака колонны: а — модель П-образного крепления; б — модель Т-образного крепления; 1 — оцинкованные болты (вместо болтов могут применяться шурупы с шестигранными головками); 2 — диапазон регулировки высоты.

Башмак (рис. 8, а, г) закрепляют (заанкеривают) в бетон или крепят (рис. 8, б, в) болтами к основанию. Высоту установки при необходимости можно регулировать. Допуск регулирования в вертикальном направлении +25 мм. Тип башмака колонны подбирают с учетом нагрузки на нее.

Использование башмака балки

Рис. 10. Типы башмаков балки:
1 — обычный; 2 — тип 1; 3 — тип B; 4 — тип 2; 5 — специальный.

Башмак служит для соединения балок к колоннам или другим балкам. Применяются главным образом два типа башмака. В первом случае крепежные крылья вертикальной части загнуты внутрь, при этом башмак может оставаться видимым (рис. 10, типы 2 и 4). Во втором случае башмаки балки, попадающие под облицовку, снабжены крыльями, загнутыми наружу, при этом их легче крепить к основанию (рис. 10, типы 1, 3, 5).

Рис. 11. Соединение конструкций с помощью крепежных элементов.

Использование крепежных уголков

Рис. 12. Использование угловых крепежных элементов при установке балок или стропил крыши. Гвозди расположены наиболее выгодно с точки зрения нагрузки.

Крепежные уголки применяют, например, при соединении стены или верхнего стягивающего бруса с кровельной фермой. Крепежное профилирование делает пластину устойчивой к изгибам.

Прямые соединительные пластины

Рис. 13. Прямые пластины для гвоздевых соединений деревянных элементов: 1 — оцинкованная сталь; 2 — ребристые гвозди.

Эти элементы используются при выполнении креплений в стыковых швах, в которых на соединение направлены нагрузки, связанные с растяжением.

Бесчердачные крыши

Бесчердачные крыши подразделяются на:

· невентилируемые;

· частично вентилируемые;

· вентилируемые наружным воздухом.

Невентилируемые крыши применяют в тех случаях, когда исключается накопление влаги в покрытии в период эксплуатации. Такие покрытия могут выполняться с теплоизоляцией, совмещенной с несущей конструкцией.

Основными элементами совмещенной крыши являются:

· настил;

· утеплитель;

· пароизоляция;

· кровля.

Пароизоляционный слой в виде одного или двух слоев рубероида или пергамина на мастике предусматривают для защиты теплоизоляции от увлажнения водяными парами, проникающими со стороны внутренних помещений. В качестве утеплителя применяют плитные или сыпучие теплоизоляционные материалы. Поверх теплоизоляции делают выравнивающий слой (стяжку) из цементного раствора. По стяжке устраивают кровлю. Ее выполняют из рулонных кровельных материлов в несколько слоев. Наклеивают их на холодную или горячую мастику. Для защиты гидроизоляционного ковра от повреждений делают защитный слой в виде насыпок из песка или мелкозернистого гравия, втопленного в верхний слой мастики, или слоя рубероида.

Частично вентилируемые крыши имеют в материале панели каналы, расположенные в верхней толще панели.

Вентилируемые крыши имеют сплошные воздушные прослойки, осушающие покрытие зимой и предохраняющие его от перегрева солнечными лучами летом.

Конструкция совмещенной крыши состоит из нескольких слоев материалов:

· несущий элемент, например, железобетонная плита, которую снизу отделывают под потолок помещения верхнего этажа;

· пароизоляция из одного или двух слоев рубероида на мастике;

· утеплитель — плиты ячеистого бетона или засыпка из керамзита, шлака и подобных высокопористых материалов;

· кровля из рулонного материала, выполняемая из рубероида, бикроста и т.п.;

· защитный слой, выполняемый из мелкого гравия или просеянного шлака, втопленного в окрасочный слой битума.

При невентилируемой крыше по утеплителю устраивают стяжку.

Дом с камышовой кровлей являет собой яркий пример органичной архитектуры. В наше время возрождение традиций изготовления камышовой кровли обусловлено стремлением к созданию экологически чистого жилья, но у этой альтернативной строительной технологии есть, конечно, достоинства и недостатки.

Рис. 1. Экстерьер дома с камышовой кровлей.

Широкое распространение камышовая кровля получила, прежде всего, благодаря здоровому климату в доме с такой кровлей. Камыш обеспечивает эффективную теплоизоляцию и создает атмосферу необыкновенного уюта. Даже в сильные морозы температура воздуха на чердаке не достигает точки росы, при которой на поверхности потолка скапливается сконденсировавшаяся влага, т.к. при толщине камышовой кровли 35 см коэффициент теплопроводности составляет 0,32 Вт/(град*м²).

В летний период «мягкая» камышовая кровля защищает помещения от перегрева — в доме царит приятная прохлада. Камышовая кровля хорошо защищает дом и от дождевой воды. Даже при длительном дожде вода проникает в кровлю всего на 3…5 см.

Один из основных достоинств камышовой кровли является длительный срок ее службы. Чем круче скат, тем лучше стекает вода и тем долговечнее крыша, покрытая камышом. В европейских странах принято сооружать крыши с камышовой кровлей с уклоном не менее 50°. Считается, что при правильном проведении работ камышовая крыша прослужит 40…50 лет. За основу расчета принимается средняя величина выветривания камышовой кровли, равная 3…5 см в 10 лет.

Одним из основных недостатков камышовой кровли является пожароопасность, т.к. температура воспламенения камыша составляет 300°С. Попытки повысить огнестойкость материала пропиткой его огнезащитными составами признаны не соответствующими биологическим требованиям. Использование автоматических систем с устройствами пожарной сигнализации и дождевальными установками сильно удорожает строительство.

Оформление крыши с камышовой кровлей

Рис. 2. Дымовая труба размещена по линии конька камышовой кровли.

Для крыш с камышовой кровлей характерны красиво изогнутые линии слуховых окон, изящные переходы разжелобков, удачное размещение дымовых труб. Все переходы между сопрягаемыми элементами камышовой кровли обычно имеют округлую форму за счет укладки в этих местах более толстых (в 1,5…2 раза) слоев камыша. Дымовую трубу желательно размещать таким образом, чтобы линия конька проходила по ее центру.

Черепица — керамический материал, получаемый из глиняных масс путем формования и последующего обжига.

Сырьем для получения черепицы служат легкоплавкие глины типа кирпичных, но более жирные и палстичные, так как черепица имеет небольшую толщину.

Глиняную черепицу применяют для покрытия кровель в основном малоэтажных зданий.

Рис. 1. Землебитный дом с черепичной кровлей.

Преимущества глиняной черепицы:

· огнестойкость;

· долговечность;

· незначительные эксплуатационные расходы;

· неограниченность сырья.

Недостатки глиняной черепицы:

· значительная масса;

· хрупкость;

· трудоемкость изготовления;

· ручной способ укладки;

· необходимость придания кровле большого уклона (50°) для обеспечения быстрого и свободного стока воды.

В настоящее время вырабатывают следующие типы черепицы:

· пазовая штампованная;

· пазовая ленточная;

· плоская ленточная;

· волнистая ленточная;

· S-образная ленточная;

· коньковая желобчатая.

В зависимости от назначения черепица может быть:

· рядовая — для покрытия скатов кровли;

· коньковая — для покрытия коньков и ребер;

· разжелобочная — для покрытия разжелобов;

· концевая (половинки, косяки) — для замыкания рядов;

· специального назначения.

К глиняной черепице предъявляются следующие требования:

· черепица должна быть правильной формы с гладкими поверхностями и ровными краями, без отбитостей, трещин и известковых включений;

· допускаются искривления поверхности и ребер черепицы не более чем на 3 мм;

· отбитие или смятие шипов допускается не более 1/3 высоты шипа;

· отклонения линейных размеров по длине должны составлять не более 5 мм; по ширине — не более 3 мм (исключение составляет пазовая штампованная черепица);

· цвет черепицы должен быть однотонным, а структура черепицы в изломе однорядной;

· черепица должна быть нормально обожжена, о чем свидетельствует чистый, недребезжащий звук, издаваемый при легком постукивании металлическим предметом;

глубина пазов (фальцев) черепицы должна быть не менее 5 мм, высота шипов для подвески штампованной черепицы — не менее 10 мм, ленточной — не менее 20 мм.

Гонт получил огромную популярность в США, где им издавна не только покрывали кровлю, но и выполняли внешнюю облицовку стен каркасных домов. Это так называемыйгонтовый стиль, в котором построен и знаменитый «маленький» коттедж (арх. Х. Девис). Этот внешне обычный американский каркасный дом имеет тщательно продуманную планировку и органично вписывается в природную среду.

Рис. 1. Знаменитый «маленький» коттедж арх. Х. Девиса (гонтовый стиль).

Гонт, применяемый для кровли, представляет собой клинообразную дощечку с пазом (шпунтом), расположенным вдоль завышенной кромки.

Рис. 2. Деревянный гонт.

Дощечка выпиливается вдоль волокон древесины и скос гонта в этом случае проходит поперек волокон. Дощечку выпиливают размером 500, 600, 700 мм по длине и 70, 80, 90, 100, 110 и 120 мм по ширине. Высота широкого ребра 15 мм, низкого — 3 мм. В высоком ребре устраивается трапециевидный паз глубиной 12 мм, шириной по кромке 5 мм, а на дне 3,5 мм.

Для изготовления гонта применяют древесину ели, сосны, пихты, кедра, осины. Древесина осины отличается стойкостью во влажной среде.

На продольных кромках гонта пороки древесины (обзол, отщепы, отколы) не допускаются.

Гонт перед укладкой обрабатывают антисептирующими и огнезащитными составами.

Дерновая кровля имеет древнюю историю. В настоящее время альтернативная технология строительства дерновой кровли возрождена и сейчас ее часто называют Living Roof(живая крыша), т.к. на крышах в настоящее время устраивают не только лужайки, но и целые сады.

Рис. 1. Дом Р.Роя Earthwood Building School с дерновой кровлей и стенами, построенными по технологии cordwood masonry. Сады на крышах являются порождение больших городов. В шумном и хаотичном городе остро чувствуется потребность в небольшом тихом уголке. Родоначальником садов на крышах является Берлин. В 1867 году берлинский архитектор Карл Рабитц удивил публику на всемирной выставке в Париже. Его зелёные насаждения на крыше парижская публика восприняла с восторгом. Тогда-то и вошло в архитектурный обиход понятие «живая крыша».

Рис. 2. Дерновая крыша в разрезе.

· Преимущества дерновой кровли:

· эстетические особенности дерновой кровли позволяют дому органично вписываться в окружающую среду;

· живая крыша создает особенный микроклимат;

· при строительстве дерновой кровли используются местные натуральные и дешевые материалы.

Недостатки дерновой кровли:

очень большой вес, требующий прочной      конструкции стропил и опорных колонн или стен;

большая трудоемкость ремонта в случае недостаточно качественного устройства гидроизоляции.

·

Пример. Дерновую кровлю дома Р.Роя, изображенного на рис. 1, имеющую вес 94,3 т, поддерживают 16 колонн из бревен диаметром 40 см, а в центре — мощная дымовая труба.

Пол 1-го этажа дома может быть устроен:

· над цокольным или подвальным этажом;

· над проветриваемым подпольем;

· непосредственно на грунте.

Рис. 1. Конструкция пола на земляном основании: 1 — половая доска; 2 — слой пароизоляции; 3 — балки сечением 50х100 или 50х125 мм; 4 — подкладки из досок сечением 25х100 мм (уровень выравнивается с помощью клиньев); 5 — битум; 6 — теплоизоляционная плита толщиной 125 или 150 мм, шириной 565 мм; 7 — бетонная плита; 8 — утрамбованный щебень.

Проветриваемую конструкцию рекомендуется использовать в районах и на участках, где из почвы могут выделяться влага или газы, например радон. В этом случае в цоколе следует предусмотреть вентиляционные отверстия, чтобы влага не скапливалась в подпольном пространстве. Площадь таких отверстий должна составлять 0,3% от площади поверхности пола. На отверстиях устанавливают решетки. Защиту от влаги, поднимающейся из почвы в подвальное или полуподвальное пространство, обеспечивают с помощью полиэтиленовой пленки, которую укладывают на грунт. Чтобы пленка оставалась на месте, ее закрепляют, накладывая на нее слой песка толщиной около 50 мм.

Проветриваемая или продуваемая конструкция поддерживается деревянным балочным перекрытием (рис. 2) или бетонной конструкцией. При использовании деревянного перекрытия его пролеты выбирают по возможности более короткими для достижения достаточной жесткости в конструкциях междуэтажного перекрытия и кровли. Наиболее приемлемая длина пролета 2…3,5 м, при этом промежуточные опоры могут иметь высоту 150…200 мм. В качестве основной несущей конструкции можно использовать также бетонную балку, соединенную с фундаментом, или антисептированную деревянную балку. Деревянная несущая конструкция, расположенная слишком близко к поверхности земли и непропитанная антисептиком, со временем приходит в негодность.

Рис. 2. Конструкция перекрытия с перекрестным каркасом: 1 — настил из половой доски; 2 — пароизоляция; 3 — поперечные балки сечением 50х100 мм с шагом 600 мм; 4 — теплоизоляционная плита толщиной 100 мм, шириной 565 мм; 5 — несущая продольная балка сечением 50х200 мм с шагом 600 мм; 6 — теплоизоляционная плита толщиной 150 мм, шириной 565 мм; 7 — жесткая плита обшивки, которую нарезают на месте в соответствии с интервалом и крепят отделанной стороной вниз; 8 — доска сечением 22х100 мм.

Нагрузка, на которую рассчитывают балочное перекрытие нижнего основания, состоит помимо собственного веса конструкции из нагрузки, связанной с проживанием, а также, из нагрузки, образуемой перегородками.

Если конструкция пола лежит непосредственно на земле, то место ее соединения со стеной устраивают таким образом, чтобы нижняя часть деревянных стен не оказалась ниже поверхности пола. В этом случае не происходит гниения. В нижней части деревянной конструкции используют дерево, обработанное антисептиком под давлением или защищенное другим способом против гниения.

Деталь конструкции стены и фундамента, устроенного непосредственно на земляном основании, показана на рис. 3.

Рис. 3. Узел соединения наружной стеновой панели с монолитной плитой фундамента, усиленного боковой балкой:

1 — рубероид; 2 — пенополистирол; 3 — слой битума; 4 — деревянные лаги; 5 — стальная арматура; 6 — гидро- и пароизоляционный слой полиэтиленовой пленки; 7 — насыпной щебень.

Если здание какое-то время в течение холодного времени года не отапливается, на промерзающих почвах теплоизоляцию прокладывают под фундаментом. Для герметизации под поверхность плиты укладывают слой щебня, на котором отливают фундаментную плиту. Участки, где находятся печи и дымовые трубы, изолируют слоем стирофома или керамзита.

Типы конструкций бетонных перекрытий над подпольными или подвальными этажами.

Перекрытия из многопустотных плит (рис. 4) имеют ширину 1200 мм при длине пролета до 7,2 м. Теплоизоляцию (рис. 5) устраивают с нижней или верхней сторон несущей плиты. В качестве фундамента могут быть применены отлитые на месте беспустотные плиты, которые представляют собой изготовленные традиционным способом железобетонные плиты, или плиты, в которых стальная арматура может быть заменена горячеоцинкованной листовой высокопрофилированной сталью. Стальной лист не только придает конструкции форму, но и выполняет функцию арматуры.

Рис. 4. Конструкция основания с использованием многопустотных плит: 1 — половая доска; 2 — пароизоляционный слой; 3 — балки сечением 50х100 мм; 4 — теплоизоляционная плита толщиной 100 мм, шириной 565 мм; 5 — столбы сечением 50х100 мм, высотой 240 мм; 6 — теплоизоляционная плита толщиной 150 мм, шириной 610 мм; 7 — гидроизоляционный битумный слой под опорной частью; 8 — многопустотная железобетонная плита.

Рис. 5. Выполнение теплоизоляционного слоя в конструкции междуэтажного или цокольного перекрытия: 1 — несущая балка перекрытия; 2 — подшивная доска; 3 — теплоизоляционная плита.

На опору и края монтажных отверстий следует монтировать дополнительную стальную арматуру, которая может служить в качестве монтажных петель и использоваться для соединения или путем сварки арматуры.

Обычно принято считать, что проектирование и строительство обвалованных и заглубленных домов — очень сложное и дорогостоящее мероприятие. Позволить себе подобное могут, как правило, достаточно состоятельные люди.

Не во всем и не всегда подобное утверждение верно. Ведь, не зря говорится, что «не боги горшки обжигают».

Электрик из Армингтона (Иллинойс, США) Энди Девис построил свой первый обвалованный землей дом Davis Cave в 1975 г. (во время энергетического кризиса 1970-х годов). Девис считал, что заглубленное здание может быть весьма эффективно с энергетической точки зрения и весьма удобно для жилья. Дом, который Энди построил со своей семьей, обошелся лишь в $15000 (включая стоимость отделки и оборудования).

Рис. 1. Заглубленный дом Davis Cave. Общий вид.

В качестве отделки дома применен естественный камень. На вопрос о целесообразности такого решения Девис ответил: «Основная причина использования естественного камня в том, что он 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».

Многие насмехались над идеей Девиса, ведь в этом бетонном полуподземном «бункере» единственным отопительным устройством была небольшая печь Франклина. Холодная зима 1976-1977 опровергла самые мрачные предсказания скептиков, т.к. стоимость отопления дома за этот сезон составила всего лишь $2.

Однажды во время бурана дом занесло снегом и в течение 4 суток он вообще не отапливался из-за отсутствия дров. Девис отмечает: «Суточное понижение температуры в помещении составляло менее 2°С. На улице в это время было -27°С, а температура в не отапливаемом обвалованном здании снизилась лишь с 21 до 17°С».

Удачный проект принес Энди Девису известность, славу, деньги и прозвище Caveman. Он основал компанию Davis Caves Construction, Inc., которой в настоящее время руководит его сын. Слава ни сколько не изменила его. Умер Эндрю Девис в 1995 г.

О конструкции дома Davis Cave

Местоположение	Армингтон (Иллинойс, США)
Автор проекта и строитель	Энди Девис
Год строительства	1975
Общая площадь	112 м2 + 74 м2 (дополнительная прямоугольная секция)
Толщина засыпки	75…100 мм
Конструкции	Пол, стены, потолок выполнены из предварительно напряженного монолитного железобетона
Изоляция	Стирофом: 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

Основная часть здания (прямоугольная секция добавлена позже) решена в виде восьмигранника для уменьшения длины свободностоящих стен. Внутренняя часть выполнена из монолитного железобетона; толщина покрытия 300 мм, задней и боковой стен 200 мм, передней и единственной открытой стены 300 мм.
Защита стен загородного дома озеленением
Разместил: mensh 24/01/2004
Внесенное mensh

В Германии практикуется способ защиты стен дома озеленением. Посаженные растения защищают поверхности стен дома, смягчают воздействие сильной жары, а также сильных морозов, прикрывают их от ветра и дождя.

Не следует опасаться чрезмерного увлажнения стен из-за наличия значительного слоя листвы. Увлажнение стен может произойти лишь в случае наличия возле них большого количества зеленых насаждений без должного проветривания.

Между слоем листвы посаженного растения и поверхностью стены должно быть предусмотрено определенное расстояние — прослойка воздуха; к тому же сама воздушная прослойка в растениях представляет собой слой тепловой защиты, в том числе и от ветрового напора. А если учесть, что потеря тепла у стен здания, не защищенных от ветра, может составить до 30% всех тепловых потерь в отопительный сезон, то озеленение фасадов можно считать одной из важных мер по экономии тепловой энергии.

Например, в южных районах России фасад дома, с помощью которого улавливается солнечная радиация, можно затенять растениями, теряющими свои листья осенью. Летом их листва надежно защищает южный фасад дома от перегрева, а зимой, когда листьев нет, солнце почти беспрепятственно нагревает его. Для озеленения северного, восточного и западного фасадов загородного дома используют вечнозеленые растения, которые и зимой имеют плотный слой листьев, в частности вечнозеленый плющ, который великолепно вьется и не нуждается в опоре. Для него нужна лишь штукатурка с достаточной несущей способностью. Опасения, что штукатурка или каменная кладка могут быть разрушены воздушной корневой системой, не обоснованны. Более опасна подземная корневая система, но и от нее есть эффективный метод защиты. Небольшая бетонная плита или асбестоцементный лист, поставленные на ребро вплотную к основанию цокольной части стены, надежно защитят цоколь от воздействия корневой системы растений.

Суровый климат Скандинавии ограничивает возможности для применения плоских крыш и обильного ленточного остекления. Аалто широко применяет в качестве ловушек дневного света фонари верхнего света и окна верхнебокового освещения (клерестории).

Рис. 1. Библиотека в Рованиеми, разрез. Верхняя оболочка здания, образующая «ловушки» дневного света является органичной частью формы здания.

Рис. 2. Библиотека в Рованиеми, фрагмент интерьера. Фонарь верхнего света, интегрированный с источниками искусственного света. В вечернее время бестеневое освещение обеспечивается источниками искусственного света, а функции рассеивателей выполняют стены.

Рис. 3. Световые устройства в коммуникационных пространствах.

Наиболее ярко это проявилось в спроектированных им библиотеках, где желание получить комфортную световую среду и более свободную совершенную форму приводит к созданию фонарей-ловушек дневного света, являющихся неотъемлемой частью веерообразной формы залов. Сами залы напоминают цветок, разворачивающийся к потокам света.

Различная мера освещенности отдельных фрагментов единого пространства четко разделяет его на зоны. Свет становится формообразующим фактором.

Возможно, отдельные теоретики и осудили бы такое сравнение, ибо подобные метафоры применялись ранее к органичной архитектуре Фрэнка Ллойда Райта. Но подобное сравнение вовсе не умаляет достоинств этой формы, а скорее — позволяет понять ее значимость. Ведь при создании художественной формы очень важно, чтобы она была не только эстетичной и комфортной, но и внушала бы представление о способе достижения этих качеств.

Фонари в проектах Аалто не воспринимаются как независимая от интерьера форма. Криволинейная плоскость этих фонарей, отражающая свет, становится, по-существу, и потолком.

Это выдающийся пример формообразующего воздействия света на форму. Теперь уже не фонарь, а форма здания в целом улавливает и распределяет свет. Форма становится световой. Интеграция света, пространства и формы достигают высочайшего уровня. Попробуйте убрать здесь проемы — асимметричный слепок пространств читальных залов будет казаться композиционно странным. Пространство, форма и свет становятся едины.

Влажность

Обычно наибольший вред древесине наносит влага. Она может быть в виде воды, паров или льда. Плохо просушенное дерево может покрыться плесенью или начать гнить. Это вызывается плесневым и гнилостным грибками. Споры грибков могут разноситься ветром или насекомыми. При благоприятных влажности и температуре они начинают быстро внедряться в клетки дерева.

Плесневый грибок не снижает прочности дерева, но, например, способность впитывать краски может быть ухудшена из-за разрушения клеток и это будет заметно на отделываемой поверхности. Дерево, испорченное плесневым грибком, нельзя покрывать лаком.

Идеальными условиями для размножения плесневого грибка являются повышенная влажность (20…40%) и температура +3…40°С. Наилучший способ предохранить древесину от плесневого грибка — высушить доски так, чтобы их влажность была ниже 20%. При хранении и в процессе эксплуатации необходимо следить, чтобы влажность не превысила эту величину. Если пиломатериалы заготавливают весной, их хранят на высоте не менее 40 см от земли (рис. 1).

Рис. 1. Способ складирования пиломатериалов с промежутками для проветривания, обеспечивающими предохранение пиломатериалов от сырости.

Идеальной средой для гнилостного грибка служит влажность 30…60%. Этот грибок переносится влагой даже через кирпич, изоляцию и др. Лучшим средством предохранения от заражения древесины гнилостным грибком является проветривание здания. В строениях, где нельзя проследить за влажностью воздуха и древесины, надо применять специально обработанные материалы. Увлажнение может произойти при протекании крыши из-за неправильной планировки, ошибок при устройстве стропил и карнизов. Срок службы двери без крылечка даже при окраске — 12…15 лет. Окна дома без карнизов и антисептирования могут эксплуатироваться до 15 лет.

В домах ущерб от протечек дождевой воды и увлажнения конструкций происходит часто из-за ошибок при проектировании (рис. 2) и в большей степени вследствие нарушения технологии строительных работ. Например, крыши протекают, как правило, в местах, где проходят трубы, из-за плохой их заделки. Устранить этот недостаток можно, используя пластиковые уплотнители, например монтажную пену. Для дымоходов таких уплотнителей нет, но хорошая манжета из жести вполне достаточна в этом случае.

Рис. 2. Недостаточно крутой уклон кровли и отсутствие надежных фартуков приводит к протечкам кровельного покрытия: 1 — жесть.

Течь в проемах вызывается следующими причинами:

· неверно соединен подклад;

· жестяной фартук выполнен без окантовки;

· крепление гвоздями произведено без необходимых уплотнений и ржавеющими гвоздями.

Повреждения от дождевой воды на фасаде могут возникнуть в следующих случаях:

· жестяные сливы окон недостаточно плотно подогнаны или их уклон мал (рис. 3);

· деревянные конструкции слишком близко подведены к земле в незащищенных от излишней влаги местах (рис. 3);

· в частях стены, не прикрытых навесом, применены материалы, не обеспечивающие длительную сохранность конструкции (рис. 4);

· ошибки при выполнении малярных работ, из-за чего вода впитывается материалами;

· сточные трубы установлены неверно или при установке подклада забыли об отводном желобе;

· швы кладки дымохода не обработаны, поэтому они впитывают и проводят дождевую воду в конструкции.

Рис. 3. Правильно сделанное соединение жестяного слива и наличника окна, а также достаточно высокая цокольная часть на фасаде: 1 — боковая доска оконного наличника; 2 — откос оконного проема; 3 — жестяной слив; 4 — косой спил досок обшивки.

Если в комнате влажность выше, чем на открытом воздухе, могут произойти повреждения строительных конструкций. Чтобы этого не случилось, обязательно должны быть предусмотрены специальные продухи для отвода влаги. Для предохранения конструкций от водяных паров применяют также полиэтиленовую пленку. Она должна быть прозрачной, чтобы можно было проверить качество пароизоляционных работ. При этом полосы пленки должны укладываться внахлест (20 см) и быть тщательно пригнаны и приклеены скотчем. Под наружной облицовкой зданий должно быть предусмотрено пространство для воздушных потоков (в деревянных строениях минимум 25 мм). В фундаменте излишняя влажность может удаляться через капилляры в почву. При этом происходит образование слоя солей на краске и ее разрыв. Поэтому внешнюю поверхность фундамента следует, кроме дренажа, защитить как минимум обмазочной гидроизоляцией.

Плохо проветриваемые фундаменты также подвержены воздействию влаги. Высота проветриваемого пространства должна быть достаточно большой — порядка 40 см.

Рис. 4. Разрушение наружной ограждающей конструкции из-за проникания в нее водяных паров: 1 — наружный защитный слой из пластика; 2 — замерзшие водяные пары; 3 — трещина в пароизоляционном слое.

Защитой от паров воды, идущих от почвы, может служить полиэтиленовая пленка, на которую в качестве балласта укладывают гравий или щебень. Пластик должен быть уложен выше уровня дренажа (рис. 5).

Рис. 5. Правильно запроектированная и закрытая пластиком поверхность грунта: 1 — отверстия для вентиляции; 2 — полиэтиленовая пленка.

Вода, замерзающая на крыше, может вызвать повреждения в водосточных трубах и желобах, а при падении льда с крыши разрушить отмостку вокруг здания. Обычно лед образуется, если под карнизами нет пространства, достаточного для вентиляции. В этом случае часть крыши нагревается, лежащий на ней снег растапливается. Стекающая вода, попадая на холодные участки крыши, замерзает. Вблизи от карнизов изоляцию внешней части следует выполнять из жесткого листа (шириной 1 м), который можно укрепить так, чтобы отверстия для вентиляции получились достаточно широкими (рис. 6).

Рис. 6. Образование льда на крыше из-за слабой изоляции и плохой вентиляции: 1 — снег в роли теплоизоляции; 2 — образование льда.

Повреждения от промерзания грунта

Если температура под поверхностью почвы опускается ниже 0°С, вода, содержащаяся в ней, замерзает. Давление замерзающей воды не найдет выхода вниз, так как почва достаточно плотная. Толщина почвы, подверженной замерзанию, называется глубиной промерзания. Глубина промерзания уменьшается на 20…50% под влиянием снежного покрова. На глубину промерзания влияют также морозы, теплопроводность почвы и содержание в ней воды. Глубина промерзания возрастает в течение зимы. Весной таяние начинается с поверхности к границе промерзания и очень редко наоборот. Поскольку образующаяся влага не впитывается замерзшей почвой, почва на поверхности размягчается и увеличивается в объеме тем больше, чем больше в ней было воды. Такой подъем почвы может достигать 20 см. Предотвратить это явление на дорожках во дворах можно применением грубых засыпок (гранитный щебень), не промерзающих зимой, и системой дренажа (рис. 7).

Рис. 7. Граница вспучивания грунта вследствие его промерзания: 1 — подъем почвы при замерзании; 2 — фронт промерзания; 3 — глубина промерзания; 4 — непромерзающий насыпной слой.

Типичные повреждения, вызываемые промерзанием грунта:

· наклон заборных и фонарных столбов (рис. 8);

· перекос плиты входа внутрь;

· подъем фундамента холодной части строения, например веранды;

· движение плит на дорожках во дворе;

· образование трещин в основании;

· перекос дверей и окон, из-за чего они перестают открываться.

Рис. 8. В связи с отсутствием на дорогах снега, исполняющего роль теплоизоляционного слоя, глубина промерзания грунта под ней больше, по ее обочинам. Вследствие этого происходит изменение положения фонарных и телеграфных столбов, расставленных вдоль дорог: 1 — снег; 2 — дорога; 3 — граница глубины промерзания.

Повреждения вызываются также и перекосом фундамента при строительстве дома на глинистых и песчаных почвах. Провал почвы в этом случае происходит вследствие ее проседания (рис. 9). Поэтому перед началом строительства дома обязательно проведение анализа состава почвы.

Рис. 9. Провал фундамента вызывается различным составом грунта в основании здания, различиями в нагрузках, недостаточно тщательно уплотненной засыпкой, изменением уровня грунтовых вод: 1 — насыпной грунт.

При строительстве дома на насыпных грунтах следует обеспечить уплотнение основания под фундаменты. Недостаточно лишь укатать насыпной грунт, надо еще тщательно утрамбовать его.

Хотя энергоээфективный загородный дом может быть построен в любом стиле, на любом участке и при любой ориентации, но грамотное решение нижеуказанных вопросов способно существенно сэкономить потребление энергии и повысить комфортность проживания в энергоэффективном доме.

· Введение

· Начальные этапы проектирования

o Планирование участка

o Ветер и участок

o Выбор тип энергоэффективного дома

o Форма дома и размещение на участке

Введение

Получив после разбивки на местности индивидуальный усадебный участок, необходимо:

· тщательно замерить его габариты и конфигурацию, отметить ориентацию по сторонам света, изучить его рельеф, грунты, гидрогеологию и другие данные, касающиеся правил и порядка его застройки и освоения;

· продумать и решить (может быть, с помощью рабочей группы районного архитектора) планировку и застройку индивидуального усадебного участка;

· составить план застройки и благоустройства и, обсудив его с семьей, приступить к освоению по намеченному плану;

· построить и полностью освоить территорию участка.

На стадии проектирования энергоэффективного загородного дома или при реконструкции дома с целью понижения его энергопотребления необходимо решить следующие вопросы:

· Расположение участка и преобладающие ветры, наличие естественной защиты (рельеф местности, деревья, здания);

· Солнечный доступ, вкупе с формой дома и размещением его на строительном участке;

· Внутренняя планировка дома.

Начальные этапы проектирования

Планирование участка

Идеальный участок для проектирования и строительства энергоэффективного дома должен иметь полный солнечный доступ и защиту от отрицательного воздействия внешней среды. Подобные строительные участки в большинстве случаев должны иметь значительную площадь, чтобы избежать затенения дома соседними домами и деревьями и их, как правило, удается найти только в сельской местности.

Несмотря на то, что большинство городских строительных участков и индивидуальных жилых домов для удобства подвода инженерных коммуникаций и дорог размещены чересчур плотно, строительство энергоэффективного дома возможно в любом стиле, на любом участке и при любой ориентации. Хотя ваш участок не будет иметь полный солнечный доступ, вы, тем не менее, сможете построить энергоэффективный дом.

При планировании вашего строительного участка вы должны знать ветры, преобладающие в вашей области, чтобы воспользоваться преимуществом их. Защита от зимних ветров и перекрестная вентиляция при летних ветрах должны быть включены в стадию проектирования.

Ветер и участок

Если территория участка вокруг дома хорошо защищена, то сам дом будет более комфортен, а двор может использоваться для игр в солнечные зимние дни и для отдыха и развлечений с весны и до поздней осени. Рельеф и растительность должны использоваться для контроля ветров вокруг участка.

Выбор типа энергоэффективного дома

Выбор типа жилого энергоэффективного дома в значительной мере определяется размером, конфигурацией и характером земельного участка, поэтому начинать проектирование дома можно только после вступления во владение участком.

Рис. 1. Вариант решения планировки индивидуального энергоэффективного жилого дома площадью 68,5 м²:
1 — комнаты; 2 — кухня; 3 — прихожая; 4 — кладовая; 5 — гараж; 6 — сети; 7 — крыльцо; 8 — ванная-прачечная и сауна.

В процессе проектирования исходят, прежде всего, из размера семьи, образа ее жизни и характера увлечений каждого ее члена. Очень важно также при составлении проекта дома учитывать возможные перспективы развития семьи в течение длительного времени. Совершенно недостаточно, например, заглянуть только на 3…5 лет вперед. Такой кратковременный прогноз может привести к тому, что через 10 лет в доме окажутся лишние неиспользуемые помещения или, наоборот, — их будет не хватать. Поэтому при выборе типа дома должны приниматься во внимание следующие факторы:

· размер семьи и вероятность ее изменения с годами;

· возможности использования всех помещений по основному назначению в зависимости от меняющихся обстоятельств;

· возможности реконструкции дома;

· общий срок эксплуатации жилища.

Выбирая тип энергоэффективного дома, нужно не забывать, что жилище должно быть пригодным не только для сна, приготовления или принятия пищи, мытья, но и для отдыха и общения членов семьи.

Форма энергоэффективного дома и размещение его на участке

Рис. 2. Проект детального плана. Место застройки обозначено пунктиром:
1 — часть участка в естественном состоянии; 2 — 5 комнат+кухня — 111 м²; 3 — проселочная дорога.
Требования планировки для застройки: коньковая крыша 1:3; фасад — красный кирпич; деревянные части белые; кровля — коричневая черепица.

Дом лучше всего размещать в той части участка, которая расположена ближе к дороге. При небольших домах под стоянку для автомобиля должен быть отведен участок размером не менее 2,5х5 м. Если предусматривается твердое покрытие, минимальные размеры площади должны быть 2,7х5,5 м. С учетом этих условий составляется предварительная схема расположения сооружений.

Рис. 3. Предварительная схема размещения сооружений: 1 — жилой дом; 2 — хозблок с гаражом; 3 — сад.

Энергоэффективный дом — не обязательно солнечный дом, но солнечная энергия может, и часто используется для снижения энергопотребления. Это возможно только в том случае, если расположение участка позволяет иметь хороший солнечный доступ. В холодном климате, солнце способно обеспечить потребности энергоэффективного дома в энергии на 20…60% (а порой и более).

Чтобы максимизировать солнечный потенциал, энергоэффективный дом должен иметь надлежащую форму и свободный солнечный доступ. Сферическая форма наиболее эффективна, но — не очень практична. Квадратный в плане дом имеет недостаточную площадь поверхности южного фасада. Дом прямоугольный в плане является приемлемым компромиссом. Дом, имеющий удлиненную прямоугольную форму по оси запад-восток, получает максимальный приток солнечного тепла зимой. Исследования показали, что отношение сторон 1,5:1 является оптимальным в холодном климате. Низкое зимнее солнце сияет почти непосредственно на вертикальной южной стене. Окна в этом случае получат максимальное количество солнечной радиации, доступной в течение зимних месяцев.

При проектировании энергоэффективного дома жилые комнаты ориентируют на юг, чтобы наилучшим образом использовать тепловую энергию солнца. Это позволяет сократить расходы на отопление в процессе эксплуатации. Вспомогательные и бытовые помещения, включая сауну, ванную и другие, располагают обычно на более холодной северной стороне. При устройстве окон с тройным остеклением следует также учитывать, что окна с южной стороны пропускают внутрь больше тепла.

Продуманное расположение дома и правильный выбор высоты его фундамента с учетом рельефа участка существенно уменьшают объем земляных работ, в том числе связанных с отрывкой котлована под здание и обратной засыпкой.

Высота фундамента по отношению к поверхности земли должна быть такой, чтобы поверхностные стоки воды отводились от здания в почву и можно было бы избежать выполнения излишних работ по засыпке.

Деревья, находящиеся на участке, желательно по возможности сохранить. Дом располагают так, чтобы не затронуть растущие на участке деревья. Лучше всего соседство со строительством переносят лиственные деревья. Хвойные деревья желательно располагать с северной стороны: там они и зимой защитят здание от ветра.

Дворовые постройки следует размещать так, чтобы за счет соответствующего взаиморасположения строений и посадок деревьев защитить дом от холодного ветра и видимости со стороны соседей.

Расходы, связанные со строительством энергоэффективного загородного дома, можно объединить в следующие группы:

1. Расходы на приобретение и освоение земельного участка:

o цена земельного участка;

o сборы и налоги;

o разбивка участка на зоны;

o прокладка коммуникаций и коммунальное обслуживание.

2. Собственные расходы на строительство:

o приобретение материалов;

o заработная плата строительных рабочих.

3. Расходы на выполнение строительных работ:

o плата за проектирование;

o архитектурный надзор;

o вознаграждение специалистам;

o аренда строительной техники.

Весьма существенным фактором стоимости строительства энергоэффективного загородного дома является качество строительства.

Расходы, конечно, можно ориентировочно определить, сравнив свой проект с аналогичным, сделанным ранее. Но вообще-то в каждом конкретном объекте так много отличий, что все равно приходится составлять подробную смету расходов.

Через окна южной ориентации в солнечную погоду в здание проникает значительное количество солнечной энергии. Стекло свободно пропускает коротковолновое световое излучение, но неохотно пропускает в обратном направлении длинноволновое тепловое излучение, которое испускают нагретые солнечными лучами поверхности, находящиеся внутри помещений.

Рис. 1. Схема распределения солнечного теплового потока. Разрез через стекло. В полдень типичного солнечного дня середины лета на 40° с.ш.; плотность потока солнечного излучения на поверхности обращенной на юго-запад, составляет около 550 Вт/м2.

Рис. 2. Солнечная ловушка.

Еще в мае 1947 г. исследования Ф. У. Хатчинсона показали, что «зарегистрированное количество поступающего через окна с двойным остеклением южных стен домов солнечного тепла в большинстве городов США более чем достаточно, чтобы компенсировать неизбежные потери при пропускании через стекло».

Такая конструкция обращенных на юг окон связана с требованием, чтобы теплоемкость внутреннего пространства здания была достаточно большой, чтобы поглощенное избыточное тепло эффективно сохранялось, а помещения не требовали проветривания. Чем лучше качество изоляции стен и окон, тем меньше тепла будет потеряно при теплопередаче и тем больше должна быть теплоемкость помещения в целом.

Следует подчеркнуть, что большие площади остекления действительно влекут за собой большие первоначальные затраты на отопительную систему из-за дополнительных потерь тепла через стекло, которое заменило собой сплошную непроницаемую стену. Кроме того, для данной широты местности общее количество поступающей солнечной радиации не меняется, несмотря на облачность, и тепловые потери зависят только от наружной температуры. Поэтому применение остекления большой площади в мягком климате обеспечивает большие возможности для снижения потребности в сезонном отоплении, чем в холодном климате на той же широте.

Количество солнечной энергии, поступающее через обращенное на юг окно в средний солнечный день, зимой больше, чем в средний солнечный день летом. Это объясняется рядом причин:

1. Несмотря на то, что продолжительность светового дня летом больше, чем зимой, количество часов возможного освещения солнцем окна, выходящего на юг, зимой больше, чем летом. Например, на 35° с.ш. 21 июня продолжительность солнечной инсоляции может составлять 14 ч. Однако солнце появляется с северо-востока после 8 ч 30 мин и уходит на северо-запад после 15 ч 30 мин; таким образом, непосредственное прямое освещение Солнцем обращенной на юг стены длится всего лишь 7 ч. Однако 21 декабря Солнце освещает южную стену полные 10 ч, т.е. все время, пока оно находится над горизонтом.

2. Плотность потока солнечной радиации на плоскости, перпендикулярной солнечным лучам, летом и зимой примерно одинакова. Потери энергии солнечной радиации при прохождении лучей через атмосферу компенсируются тем, что зимой Солнце ближе к Земле, чем летом.

3. Поскольку зимой Солнце находится ниже над горизонтом, его лучи направлены в окна под более прямыми углами, чем летом, когда Солнце находится на большей высоте. На 35° с.ш. а средний зимний час на 1 кв. м окна может поступить в 1,5 раза больше энергии, чем летом.

4. Излучение зимнего неба (из-за рассеивающего эффекта атмосферы) в 2 раза превышает излучение летнего неба.

5. Чем ближе к прямому углу угол падения солнечных лучей на окно, тем выше общий коэффициент пропускания. Зимой этот коэффициент выше, чем летом.

6. При правильном затенении окно можно закрыть от большей части прямого летнего солнечного излучения.

Вывод Хатчинсона состоит в том, что зимой через выходящие на юг окна поступает в 2 раза больше солнечной радиации, чем летом. А если летом окна затенить, то разница оказывается еще большей.

Хатчинсоном был составлен исключительно полезный график. Он может быть использован в процессе проектирования для приближенного определения количества солнечного тепла, поступающего через обращенные на юг окна в течение 7 мес. Вывод, который можно сделать, состоит в том, что влияние типа окна и широты местности относительно невелико по сравнению с влиянием температуры наружного воздуха и нестабильностью солнечной погоды.

Нередко шторы или задернутые занавески уменьшают поступление солнечной энергии в помещение. Применение таких средств, как изолирующие ставни, закрывающие окна на ночь, существенно снижают потери тепла и увеличивают общий уровень полезного поступления тепла.

Поступление тепла и потери тепла через окна, зависят от типа оконной рамы. Для окон с деревянными рамами по сравнению с алюминиевыми уменьшение летнего поступления тепла и зимних потерь тепла является весьма существенным. Таким образом, для изготовления рам в новых зданиях целесообразно применять дерево. Замена оконных рам в существующих зданиях также имеет смысл.

Для экономии энергии имеет значение и тип стекла. Стекла всех типов (прозрачное, теплопоглощающее, теплоотражающее) теряют примерно одинаковые количества тепла из-за теплопроводности. Однако количества солнечного тепла, которые передаются стеклами этих трех типов, сильно различаются.

Более практичным решением, как альтернатива применения теплопоглощающих или теплоотражающих стекол является использование растительности и регулируемых затеняющих устройств. Затеняющие устройства снаружи здания наиболее эффективны; устройства между двумя слоями остекления (например, подъемные жалюзи) несколько уступают им по эффективности; внутренние устройства (ставни, шторы, занавеси) наименее эффективны, т.к. преграждают путь солнечным лучам только после того, как они проникли в здание.

Реклама теплопоглощающих и теплоотражающих стекол отмечает, что эти материалы уменьшают как первоначальную стоимость оборудования для кондиционирования воздуха, так и затраты на его эксплуатацию, особенно в части расхода энергии. Однако экономия обычно определяется в результате сравнения затрат с соответствующими данными для зданий с ограждающими конструкциями, выполненными из стекла, а не с данными для зданий, уже спроектированных с учетом мероприятий по экономии энергии. При этом не отмечается, что существенная экономия может быть достигнута, если вместо стеклянных стен с западной, северной, восточной ориентацией применить хорошо изолированные стены с уменьшенной площадью остекления, а также рационально проектировать здания для беспрепятственного проникновения солнечных лучей через южное остекление зимой и исключить эту возможность летом.

Все четыре (или более) фасада здания необязательно должны иметь одинаковый внешний вид. Это чаще всего касается зданий с большими площадями остекления. Хотя могут быть экономические, социальные и другие причины для строительства зданий в виде стеклянных коробок.

Обращенное на юг остекление можно легко затенять наружными козырьками над стеклом. Главная трудность при проектировании фиксированных козырьков заключается в том, что величина затенения, возникающая от тени козырьков на стекле, зависит в основном не от календарных земных времен года, а от положения Солнца. Применение регулируемых затеняющих устройств дает большие возможности.

Регулируемое затенение, расположенное между двумя стеклами окна, не так эффективно, как наружные устройства, но более эффективно, чем внутренние, которые наиболее удобны для использования людьми, находящимися в здании.

Регулируемое затеняющее устройство «»Скайлид» (Skylid) производства Zomeworks, Inc. приводится в действие с помощью энергии Солнца. Такое жалюзийное устройство находится внутри здания для защиты от атмосферных воздействий. Все элементы жалюзи поворачиваются одновременно: в открытом положении они пропускают солнечные лючи, а в закрытом не пропускают, изолируя окно и сохраняя внутри тепло (или прохладу). На одном из жалюзийных элементов смонтированы две емкости, соединенные небольшой трубкой. Между емкостями протекает фреон, расширяясь и сжимаясь в зависимости от температуры, которая определяется главным образом солнечным теплом, попадающим на выступающую наружу емкость. Когда солнце нагревает фреон, из выступающей наружу емкости он перетекает в другую, уравновешивая жалюзийные элементы и заставляя их закрываться. Кроме автоматического управления жалюзи можно регулировать с помощью ручного рычага. Зимой система работает в обратном порядке: солнце заставляет жалюзи открываться в солнечные часы и закрываться ночью, удерживая тепло в помещении.

Рис. 3. Система «Скайлид». Схема работы в летнее время: а — солнца нет; б — солнечная погода; 1 — отражающая поверхность; 2 — элемент жалюзи, заполненный изоляцией; 3 — верхняя емкость заполнена; 4 — нижняя емкость пуста; 5 — солнце; 6 — тепло (прохлада) отражается назад в помещение; 7 — верхняя емкость пуста; 8 — нижняя емкость заполнена. Производитель: Zomeworks, Inc., Albuquerque, N. Mex.

Рис. 4. Некоторые области применения системы «Скайлид»: 1 — пилообразная крыша; 2 — юг; 3 — фонарь верхнего света; 4 — плавательный бассейн — теплица — внутренний дворик; 5 — жилой интерьер.

Очень трудно затенять обращенное на восток и запад остекление, потому что высота солнца над горизонтом мала как летом, так и зимой. Одним из средств для затенения в этом случае являются вертикальные жалюзи или элементы, подобные им.

Одним из методов достижения эффективного затенения заключается в том, что обращенное на восток или запад остекление целесообразно переориентировать на север или юг. При ориентации остекления на север будет пропускаться только непрямой свет, создающий благоприятное освещение для жизни и работы. А при ориентации освещения на юг обеспечивается поступление солнечного тепла зимой. Для этого применяется, как правило, пилообразное расположение окон на западном или восточном фасадах здания.

Рис. 5. Пилообразное расположение окон на западном фасаде здания, обеспечивающее поступление солнечного тепла зимой, но исключающее летом: 1 — выступ здания; 2 — наружный выступ; 3 — верхний экран; 4 — наружная стена; 5 — регулирующая тепловой поток штора; 6 — двойное остекление; 7 — боковое затенение; 8 — план; 9 — вид сбоку.

Рис. 6. Некоторые конфигурации затенения для окон, обращенных на юг.

В разделе «Дом — солнечный коллектор» рассматривались методы регулирования естественного поступления в здание и использования тепловой энергии солнечного излучения без помощи солнечного коллектора. В следующем разделе «Дом — аккумулятор солнечной энергии» предполагалось, что солнечные лучи имеют возможность проникать в здание, в котором солнечная энергия аккумулируется в виде тепла для дальнейшего использования. Если здание проектируется с учетом аккумулирования с целью его дальнейшего использования, то в конструкции здания должны быть предусмотрены меры по предотвращению или, по крайней мере, снижению утечки тепла.

Помимо использования солнечной энергии для экономии других видов энергии существует множество проектных решений, которые способствуют экономии энергии в зданиях. Рассмотрение и использование этих вариантов во многом имеет большее значение, чем мероприятия по использованию солнечной энергии в качестве решения проблемы энергетического дефицита, т.к. часто потребляется значительно больше энергии, чем это необходимо. Поэтому прежде, чем обратиться к другим источникам энергии, следует сначала снизить уровень потребляемой энергии.

Основные способы сохранения тепла в здании заключаются в выборе:

· формы здания;

· изоляции;

· типов окон и дверей;

· ставней на окнах;

· уменьшении инфильтрации воздуха;

· защите от ветра и регенерации тепла.

Между мероприятиями по экономии энергии в строительном проектировании и использованием солнечной энергии для отопления и охлаждения существует прямая связь. При уменьшении нагрузки на теплоснабжение уменьшается и полезный размер здания, а также необходимый размер солнечной отопительной установки независимо от того, используются ли приток солнечного тепла через окна и тепловая масса здания или солнечная установка представляет собой только пристройку к зданиям с насосами, вентиляторами, теплообменниками и теплоаккумулятором. Благодаря меньшей мощности солнечной установки снижается не только первоначальная стоимость здания, но уменьшаются также энергетические затраты в целом, поскольку потребность в отоплении и охлаждении становится меньше.

Кроме уменьшения мощности системы солнечного отопления, можно уменьшить и другие составляющие баланса экономии энергии. При снижении отопительной нагрузки или нагрузки на кондиционирование можно уменьшить объем вспомогательного оборудования, дублирующего солнечную установку. Уменьшение мощности этого оборудования означает соответствующее уменьшение размеров (и стоимости) отопительных труб, электропроводки для оборудования и размеров газоходов. Длина каналов и труб также может быть меньше, поскольку они необязательно должны охватывать весь периметр здания, чтобы поддерживать комфортные условия в течение отопительного сезона.

Более компактное здание, в котором расходуется меньше энергии на отопление, обеспечивает более комфортную среду обитания. Изоляция уменьшает влияние холодных стен. Зимой внутренняя поверхность неизолированных стен на 5…8 градусов холоднее, чем поверхность изолированных стен. Изоляция повышает температуру внутренних поверхностей стен, и люди чувствуют себя более комфортно. Тело человека, находящегося в окружении холодных стен, пола и потолка, теряет тепло слишком быстро, и человек испытывает чувство холода и дискомфорта. Летом условия меняются, и излишне нагретые поверхности стен затрудняют поддержание необходимой для человека прохлады. Если температура внутренних поверхностей здания создаст в помещении дискомфорт, то люди включают термостат почти на полную мощность зимой, чтобы увеличить приток тепла, а летом ставят его на слабый режим, чтобы обеспечить прохладу. Это приводит к повышенному расходу энергии.

В более компактных зданиях обеспечивается более равномерное распределение температуры воздуха в помещениях и между полом и потолком. Воздух, омывающий холодные стены, охлаждается, его плотность увеличивается, и он опускается к полу. Происходит замещение теплого воздуха, который поднимается. Это постоянное движение воздуха (тяга) создает дискомфорт. Инфильтрации наружного воздуха через щели в ограждающих конструкциях здания также вызывает сквозняки, поэтому уменьшение инфильтрации повышает комфортность.

Дополнительная изоляция, призванная уменьшить потребление энергии, способствует, кроме того, созданию акустического барьера между зданием и внешней средой.

Существует много полезных альтернатив для уменьшения потребления энергии, использование которых не всегда оказывает существенное влияние на проект здания. Одним из основных способов, с помощью которого можно уменьшить потребление энергии, состоит в изменении нашего образа жизни (и методов эксплуатации здания), в том числе поддержание в доме более низких температур.

Шторы должны быть открыты в течение дня, чтобы пропускать солнечный свет в здание (разумеется, это не относится к окнам, обращенным на север); ночью шторы должны быть закрыты. Намного эффективнее штор внутренние изолирующие ставни, обеспечивающие плотное закрывание окон и, по сути дела, трансформирующие их в стену.

При открытии окон и дверей необходимо принять все меры, чтобы уменьшить количество холодного наружного воздуха, поступающего через проемы в зданиях. Уплотнение дверей, окон и других проемов может быть наилучшим методом экономии энергии.

Для того, чтобы оценить методы сохранения тепла внутри здания, нужно иметь представление о величинах, в которых измеряется количество теплоты (калория или джоуль), и градусо-днях.

Понятие «градусо-день» в некотором смысле сходно с измерением трудозатрат в человеко-днях. Работу, которую 1 человек выполняет за 1 день, можно определить в количестве 1 чел-дня. Аналогичным образом, если температура наружного воздуха на 1°С ниже температуры воздуха в здании в течение 1 дня, то отопительная нагрузка на здание может быть оценена в 1 град-день. В качестве базисной используется внутренняя температура 18,3°С. Если температура наружного воздуха выше 18,3°С, то число градусо-дней для этого дня принимается равным нулю. Значение температуры, по отношению к которому ведется отсчет градусо-дней, принято равным 18,3°С, а не 22°С в связи с тем, что внутренние источники тепла (печи, бытовые электрические приборы, осветительные приборы, тепловыделения людей и т.п.), а также солнечная радиация, поступающая через окна внутрь здания, как правило, обеспечивают повышение температуры с 18,3°С до комфортного уровня 22°С. Месячное число градусо-дней — это сумма градусо-дней, соответствующих каждому дню месяца. Многочисленные измерения расхода топлива показали, что месячная нагрузка отопления здания почти пропорциональна месячному числу градусо-дней, рассчитанному рассмотренным выше методом. Дополнительное преимущество использования понятия градусо-дней заключается в том, что с его помошью можно довольно просто определить количество энергии, которое потребляет здание в течение года.

Следует заметить, что эти расчеты наиболее верны для малых зданий, т.к. в крупных административных зданиях теплопоступления от внутренних источников тепла составляют значительно большую часть общих теплопоступлений.

Тепловые потери типичных жилых домов и других зданий происходят по трем основным причинам:

· вследствие теплопроводности через стены, крыши и полы, а также вследствие (но в гораздо меньшей степени) излучения и конвекции;

· вследствие теплопроводности и меньшей степени путем излучения и конвекции через окна и иное остекление;

· путем конвекции и перетока воздуха через элементы наружного ограждения здания, который обычно происходит через открытые окна, двери и вентиляционные отверстия (принудительно или естественно) или путем инфильтрации, т.е. проникновения воздуха через щели в ограждающих конструкциях здания, например по периметру дверных и оконных рам.

В зависимости от того, имеет ли здание хорошую изоляцию или нет, много в нем окон или мало, наблюдается ли через него движение воздуха или нет, каждый из этих трех факторов составляет 20…50% общих тепловых потерь здания.

Предположим, что потери тепла в здании имеют место в равной мере по трем вышеуказанным факторам. Это графически иллюстрируется диаграммой в виде круга, разрезанного на 3 равных части. Если какую-либо одну из этих составных частей уменьшить вдвое, то общие тепловые потери уменьшатся только на 1/6 часть. Это говорит о том, что все три фактора следует рассматривать в равной мере, не выделяя тот или иной.

Рис. 1. Примерная структура тепловых потерь: а — в обычном жилом доме; б — в обычном жилом доме с усиленной теплоизоляцией; 1 — через окна — 33,3%; 2 — через стены, крышу, пол — 33,3%; 3 — из-за инфильтрации воздуха — 33,3%; 4 — через стены, крышу, пол — 20% (16,7% от первоначальных); 5 — из-за инфильтрации воздуха — 40% (33,3% от первоначальных); 6 — через окна — 40% (33,3% от первоначальных); 7 — сэкономлено за счет снижения потерь через стены, крышу, пол — 16,7% от первоначальных.

Рис. 2. Относительные уровни тепловых потерь для окон и стен различных типов:
1 — одинарное остекление; 2 — двойное остекление; 3 — тройное остекление; 4 — двойное остекление с теплоизолирующими ставнями; 5 — стена со стандартной изоляцией; 6 — стена с усиленной изоляцией.

Основные источники тепловых потерь здания почти невозможно рассматривать независимо друг от друга.

Разные типы остекления и конструкции стен существенно различаются по количеству проходящего через них тепла. Например, двойное остекление пропустит тепла вдвое меньше, чем одинарное, а стена с хорошей изоляцией — около 1/30 (около 4%) того количества тепла, которое проходит через одинарное остекление. Одинаковое количество тепла будет потеряно через хорошо изолированную стену 9х2,5 м и через окно с одинарным остеклением 1,2х0,6 м.

Применение изолирующих ставней для закрытия окон ночью значительно снижает теплопотери. Изолирующие ставни могут также эффективно снизить радиационные потери тепла и в зависимости от типа строительных конструкций почти полностью исключить фильтрацию воздуха. В зависимости от теплового сопротивления изолирующих ставней потери тепла вследствие теплопроводности через окно со ставнями можно уменьшить до 10 раз по сравнению с окном без ставней.

В качестве простого примера экономии в результате применения ставней сравним потери через окно вследствие теплопроводности и для случаев отсутствия ставней. Если ставни открыты только в течение дневных часов, т.е. 40…65% времени отопительного сезона, то благодаря ставням теплопотери будут существенно снижены в течение остальной части отопительного сезона. Если ставни закрыты 1/3 времени, то будет сэкономлено примерно 30% энергии. Если ставни закрыты половину времени, то будет сэкономлено примерно 60% энергии. Кроме того, существуют несколько факторов, способствующих повышению экономии. Например, ночью, когда ставни закрыты, наружная температура воздуха обычно ниже, чем днем. Радиационные потери тепла также наиболее значительны ночью. В течение дневных часов, когда ставни открыты, потери тепла существенно компенсируются поступлением через окна солнечного тепла. Поэтому значение ставней для экономии энергии велико, и их применению следует уделить самое серьезное внимание.

Тепловые потери за счет конвекции и перетока воздуха через проемы наружной оболочки здания могут составлять значительную часть общих потерь тепла. Эта составляющая потерь может быть особенно велика для таких зданий, как школы, больницы, зрительные залы, в которых требуются повышенные скорости вентиляции. В этих ситуациях все большее внимание должны заслуживать теплорегенерирующие устройства, передающие тепло от отработанного воздуха к поступающему. Летом приточный воздух охлаждается отработанным.

Небольшие вентиляторы, подобные применяемым в ванных комнатах и кухнях, являются причиной утечки меньшего, но все же существенного количества тепла. Следует отдавать предпочтение вентиляторным системам, которые фильтруют и циркулируют воздух, а не выбрасывают его наружу.

Рис. 3. Деталь конструкции, обеспечивающая дополнительные изоляционные свойства деревянной фахверковой стены:
1 — наружный отделочный слой; 2 — наружная обшивка; 3 — слой нанесенного набрызгом полиуретана (25 мм); 4 — стекловолокно со слоем фольги (50 мм); 5 — воздушный промежуток (12мм); 6 — пароизоляция (полиэтилен, 0,1 мм); 7 — внутренний отделочный слой.

Рис. 4. Стирофомная обшивка (25 мм) наружной стены обычной деревянной фахверковой конструкции: 1 — облицовка; 2 — штукатурка; 3 — теплоизоляция из войлока; 4 — обшивка из стирофома.

Рис. 5. Теплоизоляция фундамента и пола:
1, 2, 3, 4 — поступления и потери тепла через остекление; 5 — бетонный или кирпичный пол; 6 — песчаная, щебеночная или бетонная подготовка; 7 — жесткая конструкционная теплоизоляция; 8 — гидроизоляционный слой; 9 — земля.

Рис. 6. Теплоизоляция вокруг электрораспределительных коробок, выключателей и труб: 1 — войлочная теплоизоляция; 2 — электрораспределительная коробка; 3 — пароизоляция.

Рис. 7. Устройство теплоизоляции камина, примыкающего к наружной стене: 1 — подкаминная плита; 2 — огнеупорный кирпич; 3 — наружная стена; 4 — засыпная теплоизоляция (75 мм).

Рис. 8. Уменьшение потерь тепла через раздвижную стеклянную дверь при помощи стационарной рамы со стеклопакетом и двери с теплоизоляцией: 1 — изолирующее стекло; 2 — дверь с теплоизоляцией.

Рис. 9. Добавление второй рамы к окну уже имеющему стеклопакет (снижение тепловых потерь на 30…50%).

Другой причиной обмена между внутренним и наружным воздухом является открывание и закрывание окон и дверей. Чтобы уменьшить расход энергии на отопление и охлаждение, каждый дверной проем должен иметь две двери, которые при необходимости могут располагаться вплотную друг к другу. Например, вторая дверь может быть навешена рядом дополнительно к основной стандартной двери. Однако лучше отделять двери друг от друга тамбуром с тем, чтобы при открывании наружной двери внутренняя дверь оставалась закрытой. Таким образом, создается, по сути дела, декомпрессионная камера. Вращающиеся двери приемлемы в местах с интенсивным перемещением людей, а в сочетании с тамбурами такие двери являются хорошим средством экономии энергии.

Ветер является важным фактором в ежеминутном изменении количества воздуха, проникающего в здание. В книге «Проектирование с учетом климата» В. Олгиэй сообщает, что при скорости ветра 8 м/с тепловая нагрузка здания удваивается по сравнению с нагрузкой, рассчитанной при скорости ветра 2 м/с. При более высоких скоростях ветра весьма эффективной защитой здания является растительная изгородь. Экономия топлива может достигать 30% при хорошей защите здания с трех сторон. В северном полушарии обычно северная и западная стены здания открыты ветру. Поэтому здания должны ориентироваться так, чтобы не попадать под господствующие ветры, или должны иметь защитные экраны (природные растительные или искусственные) во избежание повышенной фильтрации воздуха по периметру дверей, окон и других проемов. Входы в здание не должны располагаться с северной и западной сторон. Если же они там расположены, то защита от ветра приобретает особое значение.

Рис. 10. Расположение естественных преград ветру для экономии тепловой энергии (для случая показанных направлений ветра):
1 — здание; 2 — господствующие летние ветры; 3 — зеленые (летние) насаждения; 4 — господствующие зимние ветры; 5 — вечнозеленые насаждения; 6 — зимние штормовые ветры.

Весьма важным при рассмотрении влияния перетоков воздуха в здании на расход энергии является учет проникновения воздуха через трещины и щели в стенах, крышах и окнах. Создание замкнутых воздушных промежутков в стенах зданий и плотная подгонка окон и дверей могут существенно уменьшить влияние инфильтрации воздуха. Инфильтрация воздуха через щели в ограждающих поверхностях здания является наиболее важным фактом, который следует учитывать при разработке мероприятий по защите от воздействия ветра. Определенное количество наружного воздуха необходимо людям для вентиляции и ощущения свежести, и естественное проникновение воздуха через щели иногда учитывается при расчете принудительной вентиляции. Тем не менее, все меры должны быть приняты, чтобы уменьшить такую неконтролируемую инфильтрацию воздуха. По мере снижения доли других факторов, обусловливающих потери тепла, проникновение наружного воздуха занимает все больший процент в общей сумме факторов. Сведя к минимуму неконтролируемую инфильтрацию воздуха можно сэкономить значительное количество энергии.

Солнечный коллектор, являясь основным компонентом солнечной энергетической системы, преобразует лучистую энергию солнца в полезную тепловую энергию и отдает это тепло теплоносителю. Теплоноситель переносит тепло в здание или в аккумулятор для дальнейшего использования. Его также можно использовать в цикле охлаждения (кондиционирования воздуха) или в нагреве воды для хозяйственных нужд.

Существует весьма много моделей простых и эффективных коллекторов. Среди пассивных систем такими устройствами являются окна и сочетание коллектор-аккумулятор. Системы активного использования солнечной энергии отличаются тем, что функции солнечного отопления или охлаждения осуществляются с помощью разных средств.«Водные бассейны» на крышах Гарольда Хэя выполняют одновременно функции поглощения, хранения и переноса тепла в помещение, нуждающееся в обогреве. Однако в традиционном смысле солнечный коллектор представляет собой специальное устройство, которое придается зданию. Большинство коллекторов, используемых для отопления и охлаждения зданий, являются «плоскими» коллекторами. Эти коллекторы могут быть жидкостного или воздушного типа в зависимости от вида циркулирующего через них теплоносителя.