автореферат диссертации по архитектуре, 18.00.02, диссертация на тему:Малоэтажное энергоэффективное жилище в аридной зоне

РГ6 ОД

На правах рукописи УДК 728.011(252.33/34):697.7

АТАЕВА МЕРЪЕМ МУХАММЕДОВНА

МАЛОЭТАЖНОЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ЖИЛИЩЕ В АРИДНОЙ ЗОНЕ (на примере Туркменистана)

Специальность 18.00.02 - Архитектура зданий и сооружений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в Компьютерном Центре и Институте механизации и технологии переработки сельхозпродукции Академии сельскохозяйственных наук Туркменистна.

Научный руководитель - доктор архитектуры,

академик АН Туркменистана, Эсенов А.Э.

Научный консультант - доктор технических наук,

Мурадов Б.Б.

Официальные оппоненты - доктор архитектуры,

профессор Сахаров А.Н. - кандидат архитектуры, доцент Соловьева М.К.

Ведущая организация - Центральный научно-

исследовательский и проекшый институт индивидуального и экспериментильного проектирования жилища (ЦНИИЭНжилища)

Защита состоится "И" нюня 1996 г. в//_ часов на заседании специализированного Сове!а Д.063.21).02 при Московском ордена Трудового Красного Знамени архшек ¡урном инсипуче ш> адресу: 103754, Москна, ул.Рождественка, 11.

С диссертацией можно ознакомн \ ься в бмолио I еке Мткчн-ского архптектурною инсшгуга.

Автореферат разослан г.

Ученый секре1арь специалишронашнн о Совета -кандидат архи1ек1уры, профессор

( сна Iорои 11 Я

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В настоящее время техно-антропогенное воздействие на окружающую среду приобрело огромные масштабы. Это вызвало экологизацию архитектуры и появление такого научного направления, как экология города и жилища.

Изучение закономерностей взаимодействия антропогенных систем (города, жилища) и окружающей среды является глобальной задачей. Особая роль в ее решении отведена созданию энергоэффектнвного жилища. Экологоэиергетическая тематика является наиболее актуальной для районов с экстремальными условиями, и в частности в аридной зоне. Это объясняется следующими характерными для данной зоны факторами:

- суровыми природно-климатическими условиями;

- нецелесообразностью обеспечения жилых образований традиционными способами водо- и энергоснабжения ввиду значительной децентрализации населенных мест и небольших мощностей агропроизводственных подразделений;

- ограниченностью строительных материалов и технических средств.

Создание энергоэффективного жилища является двухце-левой задачей. С одной стороны она связана с поиском привлечения и использования экологически чистых возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Эффективность их работы непосредственно зависит от архитектурно-планировочной структуры здания. Поэтому с другой стороны рассматриваемая задача тесно связана с поиском и разработкой эффективных для данных условий биоклиматических приемов проектирования, то есть архитектурно-строительных средств, обеспечивающих защиту здания от неблагоприятного воздействия

окружающей среды (высоких дневных температур, сильного солнечного излучения, знойных ветров и т.п.) и максимальное использование ее естественной энергии для создания комфортных для жизнедеятельности человека условий. Правши,-но выбранная архитектурно-планировочная структура жилища позволяет снизить энергозатраты на его теплохладосиабжс-ние, и, таким образом, значительно сэкономить как денежные, так и технические средства.

В настоящее время современная архитекI "ра значительно ослабила связи с народными традициями, которые на протяжении тысячелетий определялись конкретными климатическими условиями и духовными потребностями человека, и поэтому все острее возникает потребность в большей увязке с ними современного жилищного строительства. Использование в жилищном строительстве прогрессивных традиций народною зодчества наряду с достижениями современной строительной науки позволит повысить качественные показатели - эстетичность, комфортабельность современного жилища, а также разнообразить его архитектуру.

Таким образом, при создании энергоэффективного жилища необходим комплексный подход к проектированию, который заключается в использовании архитектурно-строшельных средств регулирования теплового режима в сочетании с уст-ноиками теилохладоснабжения. Современная о рои Iельная наука предоставляет проектировщику широкий выбор архитектурных и технических средств регулирования теплового режима, однако, не все из них могут быть использованы в одном конкретном здании. Выбор системы теилохладоснабжеиия на основе экспериментов является трудоемким и дороги стоящим способом. Поэтому для определения оптимальном)

архитектурно-планировочного решения целесообразней использование современных методов математического моделирования теплового режима зданий, позволяющих предсказывать влияние различных факторов на выбранную систему теплохладоснабжения.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы является исследование закономерностей формирования архитектурно-планировочной структуры малоэтажного энергоэффективного жилого здания в аридной зоне с использованием методов математического моделирования.

В связи с этим в работе решаются следующие задачи:

1. Исследование гелиоархитектурных традиций народного жилища Туркменистана.

2. Анализ и обобщение современного опыта жилищного строительства в условиях аридной зоны.

3. Оптимизация архитектурно-планировочной структуры жилого здания.

4. Моделирование и оптимизация системы теплохладоснабжения здания.

5. Выявление перспективных типов жилых домов с использованием солнечной энергии.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исходя из того, что в условиях жаркого сухого климата целесообразным является строительство жилища малой этажности, а наиболее технологически доступным и экономически эффективным видом возобновляемой энергии - солнечная энергия, объектом исследования выбран малоэтажный жилой дом с использованием солнечной энергии.

ГРАНИЦЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В работе исследуются архитектурно-планировочные и экологоэнергетические аспек-

ты формирования малоэтажного энергоэффективного жилища в аридной зоне. Вопросы, касающиеся солнцезащиты зданий, строительных конструкций, естественного охлаждения и вентиляции, а также типологии пассивных солнечных домов, рассматриваются по мере необходимости в связи с анализом основных вопросов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Анализ опыта народного и современного жилищного строительства в аридной зоне позволил обосновать выбор типа жилища. Комплексный анализ биоклиматических принципов позволил выявить эффективные для аридных зон архитектурно-строительные средства достижения тепловлажностного комфорта в жилище.

При оценке теплового состояния помещения и выборе оптимальной системы тенлохладоснабжения использован метод математического моделирования и оптимизации сложных систем.

Теоретическая концепция диссертационного исследования опирается на следующие группы исследований:

- исследования в области климатологии Б.Ф.Васильева, Л.Банхиди, В. А.Анзенштадта, А.Э.Эсенова, К.Л.Биркая, В.Олгьея, Г.К.Гольдштейна, и др.;

- исследования в области методологии проектирования солнечных домов Дж.Э.Аронина, Г.Лннсмайера, С.В.Зоко-лея, П.Р.Сабади, Н.П.Селиванова, П.Н.Гераскпна, Ю.Л.Соколова, А.Н.Сахарова, Г.В.Казакова, С!.В.Ушакова, М.М.За-хидова и др.;

- исследования в области проблем специфики архитектуры жилища в условиях жаркого климата В.К.Лицкевича, В.М.Фирсанова, Т.Б.Рапопорт, Л .Н.Киселевича, В.Н.Карцева, З.Н.Чеботаревой, А.Н.Новрузи, В.Л.Ворониной, М.К.Со

ловьевой, И.Н.Филиппович, А.Н.Римши, М.С.Булатова, В.М.Дмитриева и др.;

- исследования в области гелиотехники Р.Байрамова, Г.Тойлиева, М.Х.Аширбаева, Б.Б.Мурадова, Дж.Даффи, У.А.Бекмана, С.Танака, Р.Суда, А.Дэвиса, Б.Андерсона, а также исследования, проведенные МАрхИ совместно с НПО "Солнце" АН ТССР;

- исследования в области традиций туркменского народного жилища Г.А.Пугаченковон, В.А.Левиной, Е.Е.Неразик, В.М.Массона, А.Гаррыева, И.Н.Хлопина и др.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ методика проектирования малоэтажного энергоэффективного жилища в условиях аридной зоны с использованием математического моделирования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в исследовании народного опыта жилищного Строительства на территории Туркменистана с точки зрения приспособления к условиям сухого жаркого климата, разработке методических основ и принципов проектирования малоэтажных энергоэффективных жилых домов в аридной зоне на основе использования современных методов математического моделирования и оптимизации сложных систем.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Работа была включена в план «аучной работы Лаборатории системных исследований Компьютерного Центра Академии сельскохозяйственных наук Туркменистана. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных семинарах Компьютерного Центра и Института механизации и технологии переработки сельхозпродукции АСХНТ, на заселениях кафедр 'Архитектура жилых зданий" Московского архитектурного

института и "Архитектура" Туркменского политехнического института.

По теме диссертации опубликованы две работы и одна статья принята к публикации, а также сделан доклад на научной конференции Туркменского государственного университета.

Основные положения и результаты работы включены а программу учебного проектирования кафедры "Архитектура" Туркменского политехнического института.

ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ заключается в разработке и научном обосновании концепции проектирования малоэтажного энергоэффективного жилища в аридной зоне, которые позволяют решить экономические и энергетические проблемы жилищного строительства в экстремальных условиях. Результаты работы могут быть использованы при проектировании малоэтажных жилых зданий в аридной зоне.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа представлена в одном томе. На страницах машинописного текста, изложено содержание диссертации, включающее в себя введение, три главы, выводы и предложения, список использованной литературы и 30 графоаналитических таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, основные элементы новизны научных положений, которые выносятся на защиту.

Первая глава - "Особенности формировании малоэтажного жилища в условиях аридной зоны" содержит два раздела:

В первом проанализированы гелиоархитектурные традиции в народном жилище Туркменистана. Исследования исторического опыта формирования народного жилища Туркменистана, входившего в ореол древнейших цивилизаций Востока, свидетельствуют о том, что истоки гелиоархитектурного мышления были заложены здесь еще много тысячелетий назад.

На пути совершенствования архитектуры жилища Туркменистана переплетаются вопросы образного осмысления, а также защиты от солнца и практического использования потенциала его энергии,

В результате многовекового опыта борьбы с отрицательно действующим на организм человека термическим фактором на территории Туркменистана сформировались три основных типа народного жилища.

Простейшим из них является жилище полусферической формы - это легкие мобильные юрты с разборным основанием и гуммезы с массивными пахсовыми стенами. Главной их особенностью является форма, позволяющая свести к минимуму тепловое воздействие окружающей среды.

Созданию благоприятного микроклимата внутри названных полусферических сооружений способствовало и конструктивное решение их оболочки. Так, оболочка юрты, состоявшая из деревянного каркаса, покрытого снаружи кошмами и плетенными из камыша циновками, являлась хорошой защитой от холода зимой; летом остов юрты обычно покрывался только кошмами, которые можно было откидывать в ночное время для проветривания.

В отличие от легкой мобильной юрты, гуммезы возводились из пахсы, саморегуляция теплового режима ъчееь достигалась посредством аккумулирования солнечного тсчла мае-

сивами пахсового ограждения. Кроме того, благодаря верхнему отверстию в гуммезе хорошо осущестлялся эффект вытяжки, что способствовало быстрому охлаждению внутреннего пространства в ночные часы.

К следующему типу домов, получивших распространение на территории Туркменистана относятся прямоугольные глинобитные жилища, сформировавшиеся здесь еще в эпоху каменного века. Дома эти имели компактные формы, обычно приближенные к пропорциям куба, и ориентировались длинной осью в направления восток-запад. Стены эгих домов чаще возводились из сырца или пахсы, реже - из жженного кирпича, что объясняется большей теплоустойчивостью первых. Стены эти имели довольно значительную толщину, порой достигавшую 1,2 м, что обеспечивало хорошую теплозащиту жилых помещений.

Нередко глинобитные дома перекрывались куполами н сводами, что объяснялось как дефицитом лесоматериала, так и отмеченными выше теплотехническими качествами полусферической формы.

Третий тип жилого дома - это дом р внутренним двориком, который вполне можно назвать наиболее удачным решением жилища в условиях аридных зон. Данная концепция замкнутого жилого пространства уходнт своими генетическими корнями еще к архаическим постройкам и сформировалась на территории Туркменистана в античный период в виде домов с перистильной организацией двора.

Внутренний дворик, в который были обращены все основные помещения, был хорошо от солнца и знойного ветра. Внешние стены почти не имели проемов, основные проемы были направлены во двор. По периметру двор был окаймлен

портиками айванов, посредством которых осуществлялось органическое слияние жилых помещений с пространством двора.

Нередко двор оснащался хаузом, испарение с поверхности которого охлаждало и увлажняло воздух, и этот заполнявший двор прохладный свежий воздух поступал в жилые помещения.

Иногда вместо двора размещался двухсветный зал, завершенный куполом. Наружные конструкции домов рассматриваемого типа были такими же как у обычных прямоугольных домов: массивные стены из пахсы или кирпича, кровля -плоская земляная или сферическая.

Большой интерес представляют гофрированные стены, которые были характерны в средневековый период для обоих типов домов. Подобные стены были не только очень эстетичны, но конструктивно более устойчивы, а также экономичнее толстых, целиком массивных стен (затраты материала и строительных усилий сокращалось на 14-18%). Очевидно также то, что гофрированные поверхности быстрее охлаждаются, чем плоские, а также меньше нагреваются за счет светотеневого эффекта.

Таким образом, архитектура народного жилища Туркменистана предстает как порождение самобытной строительной традиции, прогрессивные направления которой могут быть использованы в жилищном строительстве и сегодня.

Во втором разделе анализируется, главным образом, современный опыт проектирования и строительства малоэтажного жилища Средней Азии, а так же некоторые примеры из практики других стран, расположенных в аридной зоне, интересных с точки зрения приспособления к климату.

В XX столетии происходят значительные изменения в архитектуре, которые повлияли и на архитектуру жилища в аридной зоне. Укрупняется и концентрируется строительство жилых домов. Изменяется характер методов и средств peí у-лирования микроклимата жилища.

Стремление широкого использования новых конструктивных систем и материалов, а также необходимость создания новых форм жилища, соответствующих современным потребностям, становятся центральным мотивом творчества проектировщиков.

Усиление урбанизации в 50-70-е годы вызвало необходимость в индустриализации строительства. Массовое жилище становится основной темой творчества архитекторов. В этот период разрабатываются различные варианты блокированных домов заводского изготовления, впервые предлагаются идеи использования концепции внутреннего дворика в многоэтажных домах, разрабатываются более совершенные системы теплохладоснабжения домов, внедряются новые конструктивные системы.

В городах Средней Азии развитие жилищного строительства происходило в целом в соответствии с мировыми тенденциями. Традиционная 1-2-этажная жилая застройка была вытеснена мноюэтажной. Однако из-за отсутствия опыта эксплуатации многоэтажной застройки проектирование оспоривалось на рекомендациях, разработанных для регионов с умеренным климатом, где главной задачей является обеспечении« ий£<оЛ»щ)и. Поэтому постройки 50-60-х годов в боль-(Ццшстяв (Своем не отвечали условиям сухого жаркого климата.

Застройка жилых районов осуществлялась по принципу "дом в открытом пространстве". В отличие от традиционного

дома, где объем застройки и пространство являлись полифункциональным целым, в современных жилых домах объем индифферентен пространству. Жилой двор потерял здесь первоначальную функцию - быть средоточием жизни, и превращен в архитектурный формализм. Секционный отдельностоящий дом-параллелепипед с ограниченными возможностями блокировки становится преобладающим .типом застройки среднеазиатских городов. Летние помещения увеличенной площади в целом не меняли форму дома-параллелепипеда. Таковы жилые дома в микрорайонах Ташкента, Ашгабата, Небит-Дага и других среднеазиатских городов, построенные в 50-60-е годы. Лишь в конце ?0-х годов предпринимаются серьезные попытки учета особенностей сухого жаркого климата в проектировании жилых домов. Широкое распространение в среднеазиатских городах получает застройка, формируемая из блок-квартир, в которых была предпринята попытка решить проблему городского жилища более адаптированного к региональным условиям, чем отдельностоящий дом-параллелепипед. К их числу можно отнести жилые постройки в микрорайонах Ц-5, Ц-26, Ц-27 в Ташкенте, микрорайоне N1 в Хиве, дома по улице Гоголя в Ашгабате. Универсальность формообразования на основе блок-квартир, использованная в этих жилых домах, позволила менять параметры застройки (этажность, степень компактности) в соответствии с комплексом местных факторов, влияющих на качество жилой среды.

В последние годы усиление техно-антропогенного воздействия на окружающую среду вызвало экологизацию архитектуры и появление таких научных понятий, как экология города и жилища. В связи с этим возрос интерес к созданию энергоэффективного жилища, поиски решения которого ведутся в

двух основных направлениях - биоклиматическом проектировании и проектировании энергоактивного жилища. Более подробно эти направления рассматриваются во второй и третьей главах диссертации.

Рторая глава "Методы учета энергоэкономичности в архитектурном проектировании малоэтажного жилища в аридной зоне" также содержит два раздела.

Первый раздел посвящен основам биоклиматического проектирования (БКП) жилища в аридной зоне.

Целью БКП является не только создание оболочки, изолирующей внутреннее пространство от отрицательного воздействия природных факторов, а, главным образом, создание такога здания, которое позволяло бы максимально использовать природные явления для обеспечения комфортных условий.

Логика исследования проблемы создания энергоэффективного жилища заключается в биоклиматическом анализе местности, в определении на его основе гигиенического теплового оптимума как прогнозной модели, и разработке соответствующих средств достижения этого оптимума.

Существуют различные методы биоклиматического анализа климата. В данной работе рассматриваются только два -методика, предложенная А.Э.Эсеновым применительно для градостроительства в аридной зоне, а также метод графического анализа В.Олгьея.

В методике Эсенова для биоклиматического анализа ландшафтов используется ряд комплексных показателей теплового воздействия климатических факторов на организм человека, находящегося, ане помещения, подученные специалис-

тами Среднеазиатского регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института.

Данная методика биоклиматического анализа, позволяющая полнее учитывать местные условия и особенности, может быть использована как в градостроительстве, так и применительно к проектированию различных открытых летних помещений и внутренних двориков, однако, не применима для проектирования закрытых жилых помещений, так как в этой методике главным образом используются показатели теплового режима человека, находящегося на открытом воздухе.

При проектировании закрытых помещений целесообразно использовать метод В.Олгьея, который позволяет графически показать взаимодействие четырех основных климатических факторов, влияющих на тепловой комфорт, - температуры воздуха, относительной влажности, инсоляции и движения воздуха.

Данный метод, объединяя характеристики влияния четырех факторов внешней среды (температуры воздуха, относительной влажности, инсоляции и движения воздуха) на тепловой комфорт человека, позволяет выполнять их оперативный анализ и показывает в какой мере нерегулируемое изменение одного фактора может быть компенсировано регулируемым изменением другого.

Тепловой комфорт в здании в условиях аридной зоны можно создать посредством следующих принципов БКП:

A.Сведение до минимума прямого притока тепла от солнечной радиации (летом).

Б. Снижение притока тепла за счет теплопроводности.

B. Обеспечение условий для естественной вентиляции.

Г. Обеспечение естественного охлаждения.

Основными приемами ЙКП в аридной зоне, направленными на снижение термического воздействия окружающей среды на здание, являются:

- выбор оптимальной формы здания;

- ориентация здания;

- объемно-планировочное решение здания;

- экранирование;

- выбор конструкции и материала ограждений здания;

- сквозное проветривание и вытяжка;

- испарительное охлаждение.

Во втором разделе решаются задачи по оптимизации объемно-планировочной структуры жилого здания в аридной зоне.

Для оптимизации соотношения сторон здания был использован известный подход, заключающийся в минимизации теп-лопоступлений в жилое помещение от солнечной радиации:

Qs= a*h»(Ji+J2) + b*h*(J3+J4) -» min (2.1)

при условии заданного объема помещения:

a*b*h = V = const ; (2.2)

где a,b - длины стен здания ; h - высота здания;

V - объем здания;

Qe - общий приток тепла, получаемого зданием от солнечной радиации ;

Ji,J: - интенсивность солнечной радиации, поступающие

на вертикальные поверхности стен здания длиной а ;

Jз»J4 - интенсивность солнечной радиации, поступающей на вертикальные поверхности стен здания длиной Ь.

В данной работе этот подход был использован и для оптимизации ориентации.

Итак, было установлено, что оптимальным объемно-пространственным решением жилища в условиях аридных зон является жилой дом с внутренним двориком, внешняя форма которого вписывается в параллепипед с соотношением сторон, равным:

а/Ь = (J3+J4) / (J1+J2) (2.3)

высотой:

h = Ч 4 *V / а2 (2.4)

ориентацией, определяемой по критерию минимума значения произведения суммы интенсивности солнечной радиации, поступающей на две его противоположные стены:

(J1+J2) * (Jj+J4) -> min (2.5)

Третья глава - "Использование сонечной радиации в малоэтажном жилище" включает в себя три раздела.

В первом разделе рассматриваются проблемы использования солнечной энергии в малоэтажном жилище.

В настоящее время наиболее разработанными и экономически эффективными являются системы, в которых солнечная энергия преобразовывается в тепловую. • По способу использования солнечной энергии системы солнечного теплохладо-снабжения (ТХС) подразделяют на пассивные и активные.

В пассивных гелиосистемах поглощение и превращение солнечной радиации в теплоту, аккумулирование теплоты и ее распределение осуществляется спонтанно, без принудительного изменения энергетических потоков.

В активных гелиосистемах все три названные выше функции выполняются совершенно разными средствами, а тепловая энергия передается из зоны поглощения в аккумулятор или к потребителю через теплоноситель, например, в виде нагретой воды & трубах или воздуха в каналах с механическим побуждением (насосами, вентиляторами), для чего используется внешний источник энергии.

По принципу последовательности преобразования и транспорта энергии солнечных лучей различают три типа пассивных систем солнечного ТХС:

1) системы непосредственного обогрева;

2) системы, использующие стены и крышу как коллектор и

аккумулятор;

3) термосифонные системы, использующие обычный плоский коллектор.

Системы 1-го типа, в основу которых положен "парниковый эффект", являются самым простым примером пассивной системы. Наиболее существенной частью данных систем является правильно ориентированный гелиоприемник, например, окно. Система непосредственного обогрева отличается практичностью, однако, высокая вероятность перегрева воздуха в помещении днем и переохлаждения ночью ограничивает их применение в условиях аридной зоны.

Системы 2-го типа являются наиболее распространенными пассивными системами. В этих системах поток солнечной радиации непосредственно не проникает, а поглощается при-

емниками солнечной радиации, совмещенными с наружными ограждающими конструкциями, которые являются, как правило, и аккумуляторами теплоты. Во избежании перегрева в летний период в данных системах необходимо использовать подвижную изоляцию. Нецелесообразно в условиях аридной зоны использовать системы с инсолируемым объемом, ввиду того, что оранжерейные помещения в жаркий период могут быть источником перегрева и затруднять процесс охлаждения помещений.

Основу 3-го типа пассивных систем - термосифонных -составляет обычный плоский коллектор, соединенный с аккумулирующим резервуаром, расположенным в обогреваемом помещении. Данная система относится к пассивным системам в том смысле, что в них не применяются ни насосы, ни вентиляторы, ни дополнительные источники энергии.

Системы данного типа целесообразно использовать для обогрева и охлаждения жилища в аридной зоне. Исследования ведутся в направлении повышения их эффективности.

Эффективность использования систем солнечного ТХС, и особенно пассивных, в значительной степени зависит от архитектурной организации здания. В свою очередь элементы систем ТХС также влияют на архитектурное формообразование. Ввиду этого необходим комплексный подход к проектированию энергоэффективного жилища, обеспечивающий учет взаимосвязи "архитектурная форма - система энергообеспечения" на всех стадиях проектирования. Учет данной взаимосвязи сводится к следующему.

I) На стадии градостроительного проектирования.

А. Учет рельефа местности с целью сокращения собственных энергозатрат здания и обеспечение необходимой инсоляции.

Б. Обеспечение свободного "доступа солнца" к гелиодому при проектировании новой застройки и привязке проектируемого гелиодома к существующей застройке.

II) На стадии архитектурного проектирования зданий.

A. Оптимизация угла наклона солнечного коллектора с целью наиболее эффективного использования солнечного излучения.

Б. Оптимизация ориентации гелиодома с целью обеспечения требуемой облученности инсолируемых поверхностей.

B. Решение планировки дома, обеспечивающее наилучший доступ тепла в отапливаемое помещение.

III) На стадии конструктивной разработки здания.

А. Совмещение конструктивных элементов здания с конструктивными элементами энергетической установки.

Б. Выполнение зданием, его элементами или группой зданий дополнительных энергетических функций.

Итак, решение архитектурной формы и экологоэнергети-ческой системы как единого целого позволяет добиться наибольшего энергетического и экономического эффекта, а также экологического комфорта жилой среды.

Второй параграф посвящен математическому моделированию теплового режима солнечного дома.

Разработана математическая модель теплового режима помещения, представляющая собой систему смешанных дифференциальных уравнений с вовлечением в нее различных систем теплохладоснабжения. Тепловой баланс помещения представляет собой следующее дифференциальное уравнение:

с.*р.*у* (сИ / <1х) = 1| д^« + д* + д«с+ дпс+ д«- д™ (з.1)

где: I - температура воздуха в помещении; с. - удельная теплоемкость воздуха; р, - плотность воздуха; т- время;

I - индекс теплопоступлений; V - объем помещения.

Левая часть равенства (3.1) представляет собой изменение теплосодержания воздуха внутри помещений в течение определенного времени (часа, сутки).

Правая часть (3.1) есть сумма рассматриваемых теплопоступлений (теплопотерь). Если её расшифровать, то:

- теплопоступления через южную, восточную, западную, северную стены, а также через пол, потолочные перекрытия, т.е. ограждающие конструкции;

д»д-,д« - теплопоступления соответственно от активной, пассивной и традиционной систем теплохладоснабжения;

д« - тепловой поток от прозрачных ограждений, тепловыделения от предметов внутри помещения;

д™ - геплопотери помещения.

Теплопоступления через непрозрачные ограждения в общем виде можно записать:

д^« = а, * (и""- t)*Si (3.2)

где: а| - коэффициент теплообмена ¡-го элемента дома; Б| - площадь поверхности.

Отличительная особенность этой модели заключается в возможности имитации динамики различных пассивных элементов при анализе теплового режима помещений.

Третий параграф посвящен проблеме оптимизации системы энергоснабжения здания.

В связи с тем, что в настоящее время появились активные системы конкурентноспособные с пассивными, предложен новый подход выбора системы теплохладоснабжения, который отличается от традиционного подхода ступенчатого анализа системностью учета различных способов теплохладоснабжения. Предлагаемый подход позволяет комплексно учитывать современный уровень развития технологии и технико-экономические показатели, вовлеченные в модель установок.

Разработана оптимизационная математическая модель по выбору оптимальной системы теплохладоснабжения. В простейшем виде модель записана в виде:

тт{Р= Б П10Т»Х|°Т + Б П|0*л* Х^™ + Б П|пс*\У1пс +

+ Б * ^¡"У + Убр*Б П|6Р + Б" * Б П|с* } (3.3) при П = К + С (3.4)

где К - постоянная часть затрат;

С - переменная часть затрат;

П| - удельные приведенные затраты; - мощность установок;

Х| - искомые параметры установок.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Настоящее исследование является результатом научного обобщения народного опыта жилищного строительства, со-

временной практики малоэтажной жилой застройки, а также фундаментальных данных по строительной теплофизике и биоклимату. Основные выводы и рекомендации заключаются в следующем.

1. В результате исследования народного опыта жилищного строительства Туркменистана было выявлено три основных типа жилища, сформировавшихся здесь в результате приспособления к суровым природно-климатическим условиям аридной зоны:

- жилище полусферической формы;

- прямоугольный глинобитный дом;

- дом с внутренним двориком.

2. Саморегуляция внутреннего энергетического режима ь данных жилых домах осуществлялась посредством гелио-морфного приспособления, т.е. уменьшения дозы солнечной радиации (за счет выбора формы и ориентации здания, его экранирования от солнца, решения наружных ограждений (многослойные и массивные ограждения), посредством гелио-1ронного приспособления - регулирование поступления света за счет мобильности наружных ограждений (например, регулирование света в юртах), а также использования естественных средств охлаждения - испарительного (внутренний двор с хау-$ом) и радиационного (нзлучательная способность сферических форм и гофрированных поверхностен) охлаждения и естес-1 венной вен шлянии (провет ривание и эффект вы гяжки).

3. Па основе изучения климатических условий в аридной юне и их влияния на физиологическое состояние человека 5ыли определены основные биоклиматические приемы, иоэво-тяющпе в условиях аридной зоны сьэкономить энергозатраты на тенлохладоснабжение жилого здания:

- выбор оптимальной формы здания;

- ориентация здания по солнцу;

- объемно-нланировочное решение здания;

- экранирование;

- выбор конструкции и материала ограждений здания;

- сквозное проветривание и вытяжка;

- испарительное охлаждение.

4. Оптимальным объемно-пространственным решением жилища в условиях аридных зон является жилой дом с внутренним двориком, внешняя форма которого вписывается в парал-лепипед с соотношением сторон, равным а/Ь = (.Ь+.[4)/(11+.Ь) и

высотой Ь = 3\4*У!йг, и имеющий ориентацию, определяюмую по критерию минимума значения произведения суммы интенсивности солнечной радиации, поступающей на две его противоположные стены.

5. Исследована проблема организации жилого дома с эффективным теплохладоснабжением с учетом как пассивной и активной солнечных систем, так и традиционных методов. Для решения этой проблемы использован аппарат методов математического моделирования и оптимизации сложных систем.

6. Разработана математическая модель теплового режима помещения. Модель представлена в форме системы смешанных дифференциальных уравнений. Проанализирована проблема численного расчета по этой модели.

7. Разработана оптимизационная математическая модель по выбору эффективной системы теплохладоснабжения. Модель представлена как в нелинейной, так и в линейной формах. Отличительная особенность представленной модели за-

ключается в возможности комплексного анализа различных систем теплохладоснабжения как единой системы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Атаева М.М.Гелиоархнтектурные традиции в народном жилище Туркменистана. // Культурные ценности. Научный альманах, Вып.1. - Ашгабат, 1995.

2. Мурадов Б.Б., Атаева М.М. Об оптимизации системы энергоснабжения здания. // Тезисы докладов 111 Межвузовской конференции "Актуальные вопросы физики твердого тела, радиофизики и теплофизики", Ашгабат, 27-28 сентября 1995 г. -Ашгабат, 1995. - с.68.

3. ЭсеновА., Мурадов Б.Б., Атаева М.М. О проектировании жилых зданий в аридных условиях. // Международный научно-теоретический журнал "Проблемы освоения пустынь"- Ашгабат: Ылым, 1995,- N2.-с.54-62.

4. Мурадов Б.Б., Атаева М.М. Оптимизация системы теплохладоснабжения малоэтажного энергоактивного жилища. -Международный журнал "Гелиотехника". - Ташкент, (находится в печати).