"Архітектура та Екологія", Тетяна Ернст, Україна - Німеччина
Logo
Logo
Logo
Logo
ЕКОЛОГІЯ В АРХІТЕКТУРНОМУ ПРОЕКТУВАННІ

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

В останні десятиріччя порушення природної рівноваги в навколишньому середовищі набуло особливо драматичного характеру. Така ситуація зумовлена багатьма чинниками. Безгосподарне використання природних ресурсів та засмічення навколишнього середовища призвели до так званого парникового ефекту, який, у свою чергу сприяє потеплінню клімату Землі. Поява та ріст дір в озоновому шарі Землі позбавляють людину життєво необхідного для неї захисту від радіоактивного ультрафіолетового випромінювання (що викликає між іншим і захворювання на рак). Погіршання якості повітря, забруднення земної атмосфери – все це одразу ж напряму (астма, алергія) або з часом (рак, спадкоємні хвороби) впливає на здоров’я людини. Ріст населення спричинив зміну системи життєзабезпечення: зросла потреба в продуктах харчування, воді, чистому повітрі, енергоносіях, в транспортних засобах, тощо. А використання в будівництві в останні десятиріччя великої кількості штучних будівельних і оздоблювальних матеріалів, призвело до різкого погіршення стану здоров’я людей, що викликано великим відсотком шкідливих речовин в цих матеріалах.

Після енергетичної кризи 1973 р. людство було схвильоване за своє виживання і передусім порушувало питання надійного задоволення потреб населення в енергоносіях (яких з кожним роком стає дедалі менше). Зараз екологічна проблема розуміється більш широко, аніж просто збереження енергоносіїв. Наше покоління є відповідальним за збереження усіх основ життя наших нащадків: чистоти природного середовища, повітря, води; наявність питної води тощо. Але двома основними найважливішими проблемами нашого навколишнього середовища на сьогодні є парниковий ефект та, спричинене їм, потепління клімату, і забруднення атмосфери землі, що призводить до виникнення озонових дір. Розглянемо ці проблеми детальніше.

Головною проблемою потепління клімату є втрата балансу між ВУГЛЕКИСЛОТОЮ та КИСНЕМ

На початку свого існування Земля мала відбудовну атмосферу, але ціанобактерії (одні з перших фотосинтетиків) виділили таку кількість кисню (побічного продукту своєї життєдіяльності), що окислили всю атмосферу та поверхню Землі. Завдяки кисневій еволюції розповсюдились складні організми: рослини, тварини та гриби; і крім цього був створений озоновий екран, який затримав іонізуюче випромінювання, і, тим самим, дозволив життю опанувати сушу.

Тепер, спалюючи кисень, та викидаючи в атмосферу Землі неймовірну кількість вуглекислоти (і при цьому паралельно знищуючи цілі шари споконвічного лісу, які могли б переробити вуглекислоту на кисень) ми рушимо цей, тисячоліттями встановлений баланс, що призводить до забруднення атмосфери, погіршення якості повітря і руйнуванню озонового шару Землі.

Звичайно ж кількість кисню і зараз переважає над вуглекислотою (на 2004 рік в атмосфері було близько 21% кисню, а вуглекислоти – 0,0379%), але ці цифри останнім часом швидко змінюються. Вуглеводень (вугілля і нафта), при добре проведеному – ефективному – спалюванні, виділяє вуглекислий газ, який накопичується в верхньому шарі земної атмосфери і створює там тепло­непроникливий шар, який і є головною причиною так званого парникового ефекту.

Сонце нагріває землю за допомогою видимого спектру випромінювання, а земля, в свою чергу, нагріваючись, виділяє теплові проміні, які не можуть пройти крізь шар вуглекислого газу і розсіятися у всесвіті (як це було завжди) – отже ми спостерігаємо постійне потепління клімату землі, яке вже зараз сягає 0,7 °C, а відповідно до прогнозів науковців, за наступні 50 років це потепління може сягнути 5 °C! Вже більш як сторіччя назад швецький вчений та лауреат Нобелівської премії Сванте Аррхеніус (1859-1927) вдарив в набат: людство, спалюючи вуглеводень, перенасичує атмосферу вуглекислотою, що неминуче рано чи пізно призведе до глобального потепління планети, а це – в свою чергу – до екологічної катастрофи. Але прислухатися до нього почали нажаль лише через сто років...

В 1997 р. в Кіото представники 141 держави прийшли до спільної думки що до викидів в атмосферу, які спричиняють загальне потепління. Вони зобов’язали 39 основних промислових держав скоротити викиди вуглекислого та інших 5-ти газів на 5,2% відносно до рівня 1990 р. А держави з перехідною економікою мають скоротити викиди хоча б до рівня 1990 р. Кіото-протокол став міжнародним законом.

Другою проблемою є збільшення викиду ЧАДНОГО та інших шкідливих ГАЗІВ у повітря

Збільшення частки вуглекислого газу і глобальне довгострокове потепління клімату являються нажаль не єдиними екологічними проблемами, які собі створило людство. Спалення вуглеводню майже ніколи не проходить повністю ефективно, а неповне згорання вуглеводню (крім виділення вуглекислого газу) спричинює також виділення в атмосферу реактивних окисів вуглецю (чадний газ), які в свою чергу, вже напряму впливають на здоров’я людини; і являються чинниками кислотних дощів, через які вмирають ліси, що так необхідні нам, щоб переробляти вуглекислий газ. Продуктом реакції чадного газу є і озон, якій виділяється в повітря, і якій в особливо жаркі літні дні приводить до того, що астматики та люди похилого віку не можуть дихати.

Саме тому в Європі вже з 70-80х років 20 ст. ведеться постійна боротьба за впровад­ження каталізаторів (в першу чергу в автомобілях), які допомагали б ефективному згоранню вуглеводню. А в особливо жаркі дні взагалі забороняється використання в містах автомобілів буз спеціальних каталізаторів.

Озон, що викликає проблеми із здоров'ям у людей, якщо він знаходиться в повітрі, яким ми дихаємо, є водночас повністю необхідним в вищих шарах атмосфери землі. На висоті 20 км, в стратосфері він створює непроникливий для радіоактивного ультрафіолетового випромінювання шар, і тим самим створює сприятливі умови для існування життя на Землі. Цей шар був відкритий в 1913 році французьким фізиком Чарльзом Фабрі (1867-1945) разом з Анрі Буіссо (1873-1944). А перша озонова діра (тобто розрідження цього шару) була встановлена англійським науковцем Йосипом Фарманом в 1985 р. над Антарктикою. З того часу кількість цих дір весь час зростає, спочатку вони поширювались тільки на південній півкулі, але останнім часом – почали з’являтись і над північною частиною. Вони призводять до того, що на півдні не можна без загрози для здоров’я загорати на пляжі, а якщо ви їдете кататися на лижах на північ – необхідно захищати шкіру від шкідливої дії ультрафіолетового випромі­нювання спеціальними кремами. Радіоактивне ультра­фіолетове випро­мінювання порушує життєво необхідні процеси в організмі людини – воно негативно впливає на ідіоплазму (спадкоємну речовину), на білкову молекулу, викликає рак шкіри і т.і.

Що ж призводить до знищення озонового шару?

Галогенуванні вуглеводні (тобто хлоровані, фторовані, а особливо – фторхлор­вуглеводні) через каталітичні ефекти прискорюють розщеплення озону. Починаючи з 60-х років 20 ст. вони застосовувались (і нажаль деколи ще й зараз застосовуються) як агенти спінення (наприклад при виробництві пінополістиролу, або для балончиків дезодорантами, що розпилюються) і як холодоагенти (в холодильниках).

Тому вже в 1989 р. в Монреалі було прийнято протокол, який забороняв використання фторхлор­вуглеводнів в державах Євросоюзу – з 1995 р., в державах з переходною економікою – з 1996 р., а в розвиваючихся – з 2010 р. На сьогодні світове виробництво цих речовин звернуто більш ніж на 90% – але в нашій країні кожен свідомий громадянин при покупці холодильника, будівельних матеріалів чи різноманітних балончиків, все ще повинен самостійно перевіряти, чи були вони виробленні без використання не тільки фторхлор­вуглеводнів (CFC free), а також і без використання всіх інших галогенних вуглеводнів!

Хоча Україна на сьогодні використовує свій ліміт емісій (відповідно до Кіото-протоколу) лише на 80%, отже декілька мільйонів з 290 мільйонів умовних тон викидів вона ще може продавати за кордон, нам усе ж слід замислитись над такими дражливими проблемами, як чистота повітря та ціни на пальне.

ЕКОЛОГІЧНИЙ СТАН в УКРАЇНІ

Екологічний стан в Україні на сьогодні незадовільний. Це стосується не тільки емісій, які поступово знищують озоновий шар і спричиняють тепличний ефект, і не тільки забруднення повітря чадним газом. Це стосується й недбалого, безгосподарного ставлення до енергоносіїв, забруднення територій купами сміття, які лишаються лежати і ніколи не перегниють і не розкладуться.

На державному рівні нажаль ще не вистачає організованості та необхідної реклами в цьому питанні – тож ще більше уваги повинні приділяти йому прості громадяни, що хочуть жити екологічно. Поки що нажаль майже ніхто в нашій країні не займається розділенням сміття, тільки старенькі бабусі ходять по смітникам і «вивуджують» з смердючих кип де пластикову пляшку, де шматочок картону, або скляну банку, які вони потім приносять до макулатурних пунктів, щоб отримати свою копієчку. Чому ані по телебаченню, ані по радіо не рекламують принцип поділення сміття?! Але рекламу Кока-коли ми бачимо на кожному кроці, не зважаючи на те, що саме пляшки від кока-коли треба викидати в «окреме» спеціальне сміття...

Правильне видалення відходів включає в себе – запобігання утворенню відходів (повторне використання матеріалів), розділення відходів, правильне спалення та складування відходів. Розрізняють наступні види відходів: макулатуру – яку збирають окремо (тобто матеріали, які придатні для повторного використання, до них відносяться: папір, скло, картон, пластмаса, метал та тканини – доречи в наших «пунктах прийому макулатури» всі ці відходи приймаються); компост (біологічні відходи – дерево, трава, залишки не вареної їжі і т.п.), просто так зване «залишкове» сміття (те, що ми створюємо в процесі нашого повсякденного життя, виключаючи компост та макулатуру); особливо шкідливі для здоров'я і навколишнього середовища відходи (наприклад баночки від фарб, що розпилюються, чи старі батарейки), які також необхідно утилізувати окремо. І кожна людина повинна вносити свій посильний вклад в правильне видалення відходів і зменшення викидів в навколишнє середовище.

Таким чином, сьогодні "екологічна поведінка" та "екологічне проектування" має включати в себе низку заходів, щодо поліпшення загальної екологічної ситуації на планеті, забезпечення здоров’я кожної людини зокрема, а також воно має передбачати дбайливе та економне використання енергоресурсів.

ЕКОЛОГІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ має:

Tabelle

Дехто може заперечити, що людство вже тисячоліттями будує та опалює будівлі, але й досі не настала екологічна катастрофа. Річ в тім, що з приходом в кінці 19 ст. нових конструкцій, на основі сталевого каркасу – радикально змінилися основні конструктивні засади будівництва. Споконвіку стіна будувалася в основному з місцевих матеріалів і була головним конструктивним елементом, а тому мала достатню (з точки зору теплоізоляції) товщину. Але зараз стало конструктивно можливим зведення будівлі на каркасній основі, коли стіна отримає товщину декількох сантиметрів, і, якщо цього і вистачає конструктивно, то з точки зору теплоізоляції така стіна не відповідає стандартам.

До того ж, якщо раніше в одній, навіть не дуже якісно утепленій будівлі 5х5 метрів проживала сім'я із 10-15 осіб, то тепловтрати через оболонку цієї домівки в перерахунку на одну людину були мінімальними. Зараз же в будинку на 200 м2 проживає сім'я із 3-4 осіб, і зрозуміло, що перераховуючи тепловтрати такої будівлі на одну людину маємо значно більші показники.

Крім цього, останнім часом з’являється дедалі більша кількість штучних будівельних матеріалів, виробництво яких часто з одного боку пов’язане з викидом великої кількості емісій в атмосферу; а з іншого – в будівлі ці матеріали (особливо більшість теплоізоляційних та оздоблювальних матеріалів) негативно впливають на здоров’я людини.

Що ж стосується опалення, то хоча раніше будівлі опалювались не дуже ефективним способом – простим спаленням деревини (з викидом без будь-якого очищення просто в атмосферу диму – тобто колоїдної системи (топкового газу): вагомих речовин, сажі, кіптяви, нагару, що напряму осідають в легенях, засмічуючи їх). Але зважаючи на те, що при цьому в одній хатинці жило 10-15 душ, то загальним засміченням навколишнього середовища можна було знехтувати. Крім того, системи опалення в старих будівлях були не конвекційними (як зараз, за допомогою радіаторів, конвекторів або кондиціонерів), а випромінюючими. І, як відомо, на тепловий комфорт людини передусим впливає температура твердих тіл навколо неї (а не температура повітря). Отже така сисема опалення все ще була значно вигідніша економічно і значно більш здорова і безпечна для людини, ніж сьогоденні конвекційні системи. Адже, опалюючи випромінючими площинами (піч або стіна), вже на більш низьких температурах повітря досягається стан теплового комфорту. Таким чином, такі системи є однозначно енерговигіднішими за конвекційні, коли речовина з найменшою теплоємністю має зігріти собою тверді тіла (стіни, меблі, людину) з значно більшою теплоємністю, і, тому, має бути підігріта на значно віщу температуру, ніж це дійсно є необхідним.

Рівень життя людей невпинно зростає: нині в одному будинку, або квартирі живе невеличка сім’я (із 3-х осіб) – а енергії на опалення вони потребують в 10 разів більше, ніж раніше 15 душ, що жили в одній хатинці. До цього ще додається ріст населення Землі і скінченність енергетичних ресурсів... і виходить що із зростанням рівня цивілізації, обов’язково повинен зростати і рівень екологічної свідомості і відповідальності людей – інакше людство загине.

Отже, архітекторам сьогодення слід звернутися до "екологічного архітектурного проектування" – в якому за допомогою конструкційних та художніх засобів покращуються енергетичні ознаки будівлі. Планування, що усвідомлює свою відповідальність перед наступними поколіннями за збереження їх основ життя, повинно включати цілісну екологічну концепцію будівлі.

ЗАГАЛЬНА ЕКОЛОГІЧНА КОНЦЕПЦІЯ БУДІВЛІ

Екологічно доцільне проектування передбачає створення загальної екологічної концепцій проектування, будівництва та експлуатації будівлі.

А це означає:

  • використання меншої кількості енергії для виробництва будівельних матеріалів та конструкцій; на опалення, охолодження та провітрювання будівель;
  • використання енергій, які мають здатність до самовідновлення;
  • утилізацію та вторинне використання відходів виробництва без шкідливих впливів на навколишнє середовище,
  • використання природних та екологічно-чистих матеріалів,
  • забезпечення природного перебігу процесів у навколишньому середовищі.

Ефективність енергозбереження та екологічності будівлі визначається сукупністю багатьох факторів:

  • вибору місця для будівництва та вибору екологічних матеріалів і конструкцій;
  • пасивним і активним використанням енергоносіїв, що мають здатність до відновлення;
  • енергетично вигідним інженерним обладнанням тощо.

При виборі місця для будівлі мають бути враховані:

  • кліматичні умови;
  • топографія;
  • орієнтація будівлі за сторонами світу;
  • освітленість або затінення місця;
  • сила та напрямок вітрів,
  • захищеність будівлі зеленими насадженнями.

Архітектурний проект самої будівлі, як невід’ємний компонент, включає заходи з економії енергії:

  • компактність форми будівлі (найкомпактнішою формою будівлі є пів-шар, його частина поверхні, щодо об’єму (по відношенню до пів-кубу) становить тільки 81 %, потім іде циліндр — 92 %, піраміда — 98 %, пів-куб — 100 % і нарешті куб — 105 %);
  • орієнтацію будівлі;
  • розташування вікон (більшість вікон та прозорих частин стін або даху мають бути повернені до сонця, при цьому не можна забувати про літній захист від сонця);
  • зонування будівлі (поділ на більш теплі — житлові, і більш холодні — допоміжні або буферні зони);
  • створення масивних стін, що накопичують і віддають тепло у середину будівлі тощо.

Починаючи з середини 1970 рр. більшість європейських країн збільшили нормовані величини з теплозахисту конструкцій в 2-3,5 рази. Зараз цей процес продовжується: вимоги до теплоізоляційних матеріалів постійно підвищуються, більш жорсткими стають нормативи теплопроникнення, як для окремих будівельних конструкцій, так і споруд в цілому. У зв’язку з цим в Україні з 1 жовтня 1996 р. введені в дію поправки до ДБН з будівельної теплотехніки, які суттєво збільшили нормативні значення опору теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій, як для нового будівництва так і при реконструкції та капітальному ремонті.

Вибираючи будівельні матеріали, треба звертати велику увагу на витрати енергії, потрібні для виробництва цих самих матеріалів (наприклад, якщо енергія на виробництво теплоізоляційних матеріалів, їх транспортування та обробку на буді­вельному майданчику перевищує енергію, яку ми зекономимо використовуючи ці матеріали в будівлі, то така будівля не буде екологічною, навіть якщо вона взагалі не потребує ніякого опалення!).

Отже, вираховуючи енергетичну корисність матеріалів, слід зважати не тільки на їх коефіцієнт теплопроникності, а й на витрати енергії, необхідні для перетворення природної сировини у конкретний елемент будівлі, відповідно до часу його використання в будівлі і економії енергії за рахунок його використання в цей час, а також енергію на утилізацію цього будівельного елементу. Крім цього необхідно вибирати такі матеріали, які при виробництві, будівництві, використанні та утилізації не викидають в навколишнє середовище шкідливих для людини токсичних газів, розчинників, радіації (радонового випромінювання) тощо.

Вибираючи енергетично вигідні конструкції і матеріали, необхідно звертати особливу увагу на:

  • теплоізоляцію зовнішньої оболонки будівлі;
  • герметичність вікон та дверей (відсутність "містків тепла");
  • використання енергії сонця;
  • збереження тепла сонця в масивних конструктивних частинах будівлі; використання будівельних матеріалів, виробництво, експлуатація і утилізація яких не зашкоджує навколишньому середовищу.

При плануванні інженерного обладнання будівлі слід враховувати:

  • можливість використання енергій що відновлються;
  • вибір екологічних систем опалення і палива;
  • рівномірний розподіл і регулювання радіаторів чи випромінюючих тепло площин;
  • підігрів води;
  • можливість використання енергій, що відновлюються;
  • слід також перевірити вибрану систему опалення на її відповідність архітектурному плануванню будівлі та її використанню.

Поряд з активним використанням енергії сонця можливе також і пасивне її використання засобами відповідного архітектурно-планувального вирішення будівлі. Так, за допомогою так званих "буферних зон" є можливим підігрів свіжого повітря (наприклад в зимовому садочку) та забезпечення свіжим підігрітим повітрям всіх інших функціональних зон.

Окрім теплоізоляції будівель велике значення для створення затишку має здатність частин будівлі до акумулювання тепла, тобто: здатність різних матеріалів сприймати, зберігати і віддавати енергію тепла. Матеріали, що мають здатність сприймати тепло і віддавати його з часовим відставанням, врівноважують температуру внутрішнього середовища.

В якості простого та недорогого сонцезахисту може виступати широкий дах. Виступ даху захищає внутрішні приміщення від перегріву від високого літнього сонця, але дозволяє низькому зимовому сонцю заглядати в глибину приміщень.

Не слід нехтувати і заощадженням дощової води. Так як запаси прісної води в світі також дуже обмежені. Дощова вода з дахів може збиратися та використовуватися в господарстві (для поливу або у бочках санвузлів).

ЕКОНОМНЕ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ

Економне використання енергоресурсів є однією з найважливіших світових проблем. Слід зазначити, що з тієї енергії, що її використовує людство, найбільша частка (до 45 %) йде саме на опалення будівель.

В Україні ця проблема набуває особливої важливості у зв’язку з недопустимою енергоємністю національної промислової продукції. Будівництво і житлово-комунальне господарство України є найбільш енергоємним сектором національної економіки. Відомо, що житлові будинки в містах і селах України потребують натурального палива близько 55000 т на 1 млн. м2 житлової площі за один опалювальний період. Цей показник у 1,5-2 рази вищий за аналогічні показники країн Західної Європи.

Отже, порушуючи питання про збереження енергії та енергоносіїв, слід передусім вести мову про енергоекономне будівництво, та використання для опалення будівель енергій, що мають здатність до відновлення. Як показує аналіз енергозберігаючих заходів у житлових і громадських будинках, основні зусилля слід направити на підвищення рівня теплоізоляції будинків і, в першу чергу, огороджуючих конструкцій. Але не менш важливими є і форма будівлі, її спрямування по сторонах світу тощо.

ВИДИ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ

Енергетичні природні ресурси — це запаси сировини та енергії, що ми здобуваємо із нашого природного оточення. Енергетичні ресурси поділяються на дві категорії: такі, що знаходяться у надрах Землі і є вичерпними, і такі, що завдячують своїм походженням теплу і світлу Сонця, а також гравітації космічних тіл і мають здатність до самовідновлення.


    До вичерпних енергетичних ресурсів відносяться:

  • горючі корисні копалини: вугілля, нафта, природний газ, горючі сланці;
  • а також і ядерне паливо (хоча яого запаси в надрах Землі значно більші ніж нафти і природного газу): уран, торій, літій, дейтерій.

    При сьогоденному використанні первинних енергоносіїв земних запасів нафти вистачить ще на 40 років, а газу на 70.


    До енергоресурсів, що мають здатність до самовідновлення належать:

  • енергія Земних надр (геотермальне тепло);
  • енергія Сонця (енергія руху повітря (вітер);
  • енергія океанських течій, хвиль;
  • випромінювана теплова сонячна енергія);
  • кінетична енергія — результат гравітаційного притягнення Луни та інших космічних тіл;
  • енергія обертання Землі (приливи).

    До відносно вичерпних належать біологічні джерела енергії, тобто:

  • сировина рослинного походження, яка є невичерпною, доки її насаджувати і далі, а не тільки вирізати (дерево, а також інші рослинні матеріали, які можна або спалювати в якості палива, або перероблювати у горючі хімічні продукти).

Науковці всього світу вже протягом десятиріч шукають засоби використання енергоресурсів, що мають здатність до відновлення, і передусім — теплової енергії Землі та сонячної енергії. Було винайдено теплові насоси, сонячні батареї і колектори, а також способи пасивного використання енергії сонця.

ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ, ЩО МАЮТЬ ЗДАТНІСТЬ ДО ВІДНОВЛЕННЯ

Енергоресурси, що мають здатність до відновлення, а передусім – енергія сонця і землі – можуть бути використані як активно (за допомогою спеціальних інженерних систем), так і пасивно (за допомогою відповідного просторового планування).

АКТИВНЕ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ

Активне використання енергоресурсів, що мають здатність до відновлення, відбувається за допомогою спеціальних інженерних систем, які використовують енергію невичерпних енергоносіїв (сонця, вітру, землі) та відностно невичерпних (деревини, сировини рослинного походження, відходів):

  • сонячних колекторів і сонячних батарей,
  • теплових насосів,
  • котлів якісного та енергетично-вигідного спалення деревини та відходів тощо.

ПАСИВНЕ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ

Пасивне використання енергоресурсів, що мають здатність до відновлення, відбувається за допомогою відповідного просторового планування. Тобто за допомогою:

  • буферних зон,
  • зимових садів,
  • підземних теплових коналів,
  • тромб-стін тощо.

Пасивне використання енергії сонця базується на забезпеченні попадання до приміщень якомога більшої кількості сонячного тепла, яке можна використовувати для опалення будівлі і якомога довшого збереженні цього тепла в масивних частинах будівлі.

Це досягається за допомогою правильної орієнтації вікон та прозорих частин будівлі, спрямованої перш за все на те, щоб "зловити" майже горизонтальні (зимові) сонячні проміні, тобто це

  • великі вікна на південній і маленькі вікна (або їх повна відсутність) на північній стороні будівлі;
  • використання масивних та бажано темних матеріалів конструкцій в місцях, куди потрапляють сонячні проміні,
  • належна ізоляція цих масивних теплозберігаючих стін;
  • планування неглибоких приміщень, в яких сонячне тепло могло б проходити до задньої стінки та прогрівати її.
ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЯ

Раніше теплоізоляція була тільки засобом запо­бігання руйнуванню будівельних частин та будівель. Але нині людство починає розуміти, що постійне і зростаюче використання природ­них ресурсів знеструмлює їх запаси на всій земній кулі. Належна теплоізоляція створює і затишок в приміщенні (коли можна спокійно притулитися до стіни — і не відскочити від неї "обпекшись" холодом; не "тягне" по ногах взимку; а зі стелі не капає на підлогу навесні, немає "розводів" на шпалерах). Добре зроблена теплоізоляція захищає частини будівель від пошкоджень через утворення конденсації на стінах і вікнах (грибків та тріщин, що утворюються через значні перепади темпе­ратур). Така теплоізоляція є дорожчою, але вже через декілька років вона пов­ністю окупає себе через економію коштів на опалення. А через зменшення емісій підвищена теплоізоляція вносить дуже великий внесок в охорону навколишнього середовища.

Теплоізоляцію можливо наносити на несучі та огороджуючі конструкції будівлі як із середини, так і з назовні. Але однозначно енергетично та екологічно вигіднішим є розташування теплоізоляції з зовнішньої сторони огороджуючи конструкцій. Це дозволяє уникнути "містків тепла", та перемістити "точку роси" із несучих конструкцій у шар теплоізоляції, що значно збільшує час експлуатації будівлі. Рівень якості зимової теплоізоляції будівлі залежить від наступних трьох факторів: форма будівлі – тобто: частина теплоізольованих зовнішніх поверхонь щодо всього об’єму будівлі; сама теплоізоляція – тобто якість теплоізоляційного матеріалу та рівень коефіцієнта теплопередачі; і нарешті – теплопровідність фуг, стиків і швів, тобто зміна теплого повітря на холодне через не недостатню герметичність дверей та вікон та через провітрювання через вікна (на відміну від контрольованого провітрювання).

Така теплоізоляція є дорогою, але вже через декілька років вона повністю окупає себе через економію коштів на опалення. А через зменшення емісій підвищена теплоізоляція вносить найбільший внесок в охорону нашого навколишнього середовища – вона сприяє очищенню повітря, яким ми дихаємо та зменшенню парникового ефекту земної кулі. Добре зроблена теплоізоляція захищає також частини будівель від пошкоджень через утворення конденсації на стінах і вікнах (грибків та тріщин, що утворюються через значні перепади температур в місці випадання роси).

Крім зимової, існує також літня теплоізоляція, яка спрямована на захист будівлі від перенагрівання через попадання прямих сонячних промінів в середину будівлі та на її зовнішні недостатньо ізольовані площини, що може також суттєво впливати на приємність внутрішнього клімату будівлі. Всім відомим і досить ефективним захистом від перегріву приміщень через попадання прямих сонячних промінів, тобто через світлопропускні частини (вікна, скляні площини), є використання спеціальних виступів, еркерів, карнизів та інших елементів будівлі, які кидали б достатню тінь на ці світлопропускні частини. Але якщо форма будівлі цього не дозволяє, то можливе також використання спеціального захисту від сонця – тобто: ставень, жалюзів, маркіз, а також спеціального сонцезахищеного скла. При цьому треба зауважити, що використання зовнішньо розташованих захисних елементів є набагато ефективнішим за внутрішнє їх розташування. Тому що жалюзі чи штори, що знаходяться в середині приміщення, нагріваючись – віддають тепло в середину, чим призводять до перегріву приміщень і падінню рівня якості життя в ньому. Обов'язково необхідне використання спеціального захисту від сонця, якщо скляні поверхні будівлі перевищують 30% загальної площі. Нагрівання приміщень через попадання прямих сонячних променів на непрозорі частини будівлі зменшується відповідно до збільшення маси цих частин. При цьому масивні частини будівлі повинні знаходитись на внутрішній стороні від зовнішнього шару теплоізоляції. Літній клімат приміщень можна покращити, провітрюючи їх вночі та зранку, коли повітря назовні ще не нагрілося, при цьому треба уникати відчинення вікон та дверей ввечері.

Окрім теплоізоляції будівель велике значення для приємної і затишної атмосфери приміщення має здатність частин будівлі до акумулювання тепла. Здатність до акумулювання тепла – це здатність різних матеріалів сприймати зберігати і віддавати енергію тепла. Здатність акумулювання тепла відіграє велику роль в створенні затишної атмосфери: матеріали, що мають здатність сприймати тепло і віддавати його з часовим відставанням впливають врівноважуючи на температуру внутрішнього середовища. Здатність до акумулювання тепла стінами, підлогою і стелею відіграє велику роль в швидкості підігрівання чи охолодження приміщень. Взимку матеріали стін і підлоги можуть (через прозорі частини будівлі) сприймати тепло, що випромінюється сонцем і віддавати його в приміщення, вже після заходу сонця, що також є економією коштів на опалення. Порядок розташування шарів різноманітних матеріалів в товщі стіни (особливо шару теплоізоляції) має велике значення для збереження тепла приміщенням. В залежності від функції приміщення, необхідно вибирати, чи розташовувати ізоляційний шар ближче до внутрішнього, чи до зовнішнього боку стіни. Бо ізоляційний шар розташований ближче до зовнішнього боку стіни – збільшує кількість здатного до акумулювання тепла матеріалу, але затримує нагрівання приміщення. Зате нагріте приміщення довго не втрачає свого тепла навіть після припинення опалення. Напроти, внутрішній ізоляційний шар дозволяє як дуже швидко нагріти, так і охолодити приміщення.

ІНЖЕНЕРНІ СИСТЕМИ

ОПАЛЕННЯ ТА ОХОЛОДЖЕННЯ БУДІВЛІ

При плануванні інженерного обладнання будівлі слід враховувати можливість активного використання енергій, що відновлюються; доцільно вибирати екологічні системи опалення і палива та забезпечувати рівномірний розподіл радіаторів чи випромінюючих тепло площин в приміщеннях [25].

Існують системи опалення з високою (до 90 °C) і з низькою (від 25 °C до 55 °C) температурою теплоносія. Опалення гарячою водою найбільш пристосоване для опалення на великі дистанції (системи центрального опалення мікрорайону). Його недоліки полягають у великих втратах енергії на шляхах до місця призначення. Система опалення водою невисокої температури є економнішою за першу систему і призначена передусім для опалення невеликих будинків. При цьому теплоносій в котельні підігрівається до 40-70 °C і таким чином втрачає набагато менше тепла, на своєму шляху до кімнатного опалювального пристрою.

При застосуванні для опалення та охолодження будівлі теплового насосу, найдоцільніше використання систем опалення з низькою температурою теплоносія. Також, слід зазначити, що тепловий насос дозволяє не тільки екологічно опалювати приміщення взимку, але й охолоджувати їх влітку (що надзвичайно важливо в наш час, враховуючи постійне потепління клімату).

Тепловий насос, що працює на охолодження будівлі є здоровою альтернативою кондиціонерам, які зараз широко застосовуються на Україні для охолодження будівель і є, як відомо, дуже небезпечними для здоров’я людини. Забираючи із землі холод влітку, тепловий насос так би мовити накачує тепло в землю, "зберігаючи" його там на зимовий період, коли тепло стане у потребі в будівлі. А "холодні стіни" забезпечують створення в літній період в приміщенні приємного і прохолодного клімату без негативних наслідків, які пропонуються нам кондиціонерами.

Існує багато видів поверхонь опалення, від звичайних чавунних радіаторів, які опалюють приміщення, нагріваючи повітря в ньому, і до цілих стін, що одночасно являються і поверхнями, які випромінюють тепло (або холод).

СПОСОБИ ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛА

Як відомо, тепло визначається хаотичним коливальним рухом мікрочастинок (електронів, молекул, атомів тощо). Тепло властиве всім матеріальним частинам, а передача тепла від більш теплих тіл до менш теплих відбувається трьома способами:

  • проведенням,
  • конвекцією,
  • випромінюванням.

Тіло людини поглинає тепло, а також випромінює його. Ці процеси людина відчуває як "холодно" або "жарко".

СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ

Існуючі системи опалення поділяються на конвекційні та випромінюючі.

Отопление

Конвекційне тепло (що передається через рух повітря, і часто саме через рух повітря створює відчуття протягу) не створює такого відчуття комфорту, як випромінюване тепло. Тепло від сонця, печі, каміну чи від стіни сприймається верхнім шаром людської шкіри, воно нагадує найприрод­ніше для людини джерело тепла — сонце.

Випромінюване тепло навіть при нижчих температурах повітря в приміщенні викликає відчуття здорового клімату. (Всі знають це чудове відчуття, що виникає при появі перших сонячних весняних днів — повітря ще морозне, але тепло, що його випромінює сонце, створює атмосферу весни і оживання життя!)

Людина своїм тілом сприймає не лише температуру повітря приміщення, а й температуру поверхонь твердих фізичних тіл, що оточують це приміщення: стін, підлоги, стелі, обладнання та ін. Холодні поверхні людина відчуває як протяг, і він шкідливо впливає на здоров’я. Дослідження показали, що коли температура в приміщенні дорівнює + 24 °C, а температура поверхонь стін набагато нижча, то людина суб’єктивно сприймає температуру приміщення на рівні + 20 °C. Водночас при теплих стінах і температурі повітря в приміщенні + 18 °C, людина також суб’єктивно відчуває + 20 °C. А нижча температура повітря, яким дихає людина, краще на неї впливає, ніж висока. Окрім того, тепловипромінюючі стіни чи підлоги не збирають пилу — і таким чином не забруднюють приміщення через згорання пилу.

Отопление

Площини, які випромінюють тепло, енергетично та екологічно вигідніші за звичайні радіатори. Вони потребують більших тепловипромінюючих площин, але при такій системі опалення вони мають доволі низькі температури поверхонь (24-45 °C) і тому набагато менші втрати тепла при переносі теплоносія від джерела підігріву до поверхні випромінювання. Такі поверхні благодійно впливають на здоров’я людини, створюють хороший клімат в приміщенні.

Будівельні поверхні, що випромінюють тепло, це підігрів підлоги і стін. Тепле повітря піднімається догори, а достатньо охолоджуючись, прямує до низу. Таким чином наші звичайні опалювальні системи є шкідливими для здоров’я. Вони нагрівають повітря до 24 °C вгорі, саме там, де знаходиться голова людини, а поки це повітря спускається донизу, воно охолоджується вже до 16-18 °C. Отже, ноги людини мерзнуть, в той час коли голова перегрівається, а в легені потрапляє перегріте повітря. Зважаючи на те, що легені людини найкраще пристосовані до вдихання повітря температурою 18 °C, зрозуміло, що найкориснішим для людського організму є така система опалення, як підігрів підлоги, або стін. Коли підлога та стіни нагрівається до + 24 °C, тепле повітря, поступово піднімаючись догори, охолоджується і на рівні голови людини його температура становить вже 18 °C, а під стелею тільки 16 °C.

ПРОВІТРЮВАННЯ БУДІВЛІ

Тепер розглянемо проблему забезпечення приміщень свіжим повітрям, тобто проблему провітрювання. Правильне провітрювання надзвичайно важливе з точки зори економії енергоресурсів і покращання екологічного стану на Землі. Бо головне завдання провітрювання по суті протистоїть завданню опалення приміщень. Опалення приміщень функціонує як найкраще в повністю закритих і якнайкраще ізольованих від навколишнього середовища приміщень. Тоді як головною функцією провітрювання саме і є привнесення у приміщення свіжого повітря з назовні.

Людина може прожити кілька тижнів без їжі, кілька днів без води, але без повітря не проживе і 5 хвилин — це якнайкраще підтверджує життєво необхідне значення провітрювання закритих приміщень. Останнім часом провітрювання набуває характеру дедалі більш контрольованого процесу, під час якого не просто холодне і часто забруднене або занадто вологе чи сухе повітря привноситься у приміщення, а повітря очищається, підігрівається та зволожується або осушується. Таким чином провітрювання працює не "проти" опалювання (підвищуючи цим витрати теплової енергії), а в купі з ним.

Існує дуже багато ступенів між повністю природним та повністю контрольованим провітрюванням. Так, наприклад з точки зору екологічної проблеми потепління клімату, необхідно звертати увагу на те, що залишаючи взимку відкритою кватирку, або ставлячи сучасне енергозберігаюче вікно із склопакетом на "провітрювання" – ми опалюємо вулицю. І в такому разі взагалі безглуздо будувати тепло ізольовану будівлю. Те, що ми виграли за рахунок теплоізоляції, ми втратили через кватирку! Крім того, маленький отвір кватирки все одно не може пропустити крізь себе все старе повітря кімнати, і замінити його новим, свіжим. Як відомо – тепле повітря легше. Тому відчинена кватирка призводить тільки до того, що більшість теплого повітря (що виробляється радіатором, який знаходиться прямо під вікном!) вилітає на вулицю, але через той самий маленький отвір не поступає достатньо свіжого повітря у кімнату. При такому постійному "провітрюванні", стіни та інші масивні накопичувачі тепла охолоджуються, чим викликають неприємну для людини атмосферу, точка роси в них переміщується ближче до внутрішньої поверхні стіни, що сприяє утворенню грибків на стінах.

Тож, коли ми хочемо створити свіжу атмосферу в приміщені, необхідно вимкнути опалення і відчинити навстіж всі вікна. Через великі отвори повністю відчинених вікон, вже за 5 хвилин все повітря в кімнаті зміниться, і можна знову зачиняти вікна і вмикати опалення. Таку процедуру необхідно проводити від двох до чотирьох разів на день — і цього повністю вистачає для підтримання здорового клімату.

Останнім часом провітрювання набуває характеру дедалі більш контрольованого процесу, під час якого не просто холодне і часто забруднене або занадто вологе чи сухе повітря привноситься у приміщення, а повітря очищається, підігрівається (за рахунок рекуперації тепла) та зволожується або осушується. Таким чином провітрювання працює не "проти" опалювання (підвищуючи цим витрати теплової енергії), а сукупно з ним.

Контрольоване провітрювання створює умови, коли тепле, "використане" повітря не випускається просто через вікно в атмосферу, а проходить по спеціальному обладнанню і через так званий "рекупіратор" (тобто теплообмінник) віддає своє тепло свіжому повітрю. Тож по-перше: тепле повітря не потрапляє в атмосферу і не долучається до потепління клімату, а по-друге: свіже повітря потрапляє в приміщення вже попередньо нагрітим, чим забезпечує відсутність неприємних для людини процесів: протягів.



Использование материалов сайта возможно только с разрешения администратора и только со ссылкой на этот сайт!