Массивный солнечный дом

Строительство жилища в районах сухого жаркого климата всегда подчинялось требованиям защиты от агрессивного влияния среды. Глинобитный дом в этих районах сам по себе является пассивной солнечной системой, т.к. его массивные стены великолепно стабилизируют внутреннюю температуру дома.

Пластические возможности глинобитной или глинобетонной массы, монолитной или в блоках, позволили создать своеобразный стиль этих домов с живописной лепкой формы основных объемов здания. Пассивное охлаждение в них осуществляется за счет аккумулирования тепла в наружных стенах и основании. Усиленная вентиляция создается при помощи смещения уровней и образования проемов в верхней части дома. Теплозащита обеспечивается навесами, козырьками, буферными пространствами (патио и полузакрытые дворики). Активные системы, наиболее успешно функционирующие в этом климате, обеспечивают горячее водоснабжение.

Рис. 1. Дом монолитной глинобетонной конструкции:
а - общий вид;
б - план;
в - разрез;
1 - общая комната; 2 - кухня; 3 - спальня; 4 - санузел; 5 - постирочная; 6 - фонарь верхнего света; 7 - оранжерея.

Весьма интересны разработки в этой области американского архитектора N.Khalil.

Заглубленный солнечный дом

Достаточную популярность получила идея заглубления компактного здания в грунт. Благодаря теплоизолирующим свойствам грунта такое здание сразу приобретает большую энергетическую автономность, независимость от погодных условий.

Распространению подобных решений способствует улучшение качеств гидроизоляционных материалов и систем инженерного оборудования (вентиляции, дренажа). Основными требованиями к участку являются:

* наличие сухих, не склонных к эрозии, желательно песчаных почв;
* низкий уровень грунтовых вод;
* наличие рельефа;
* небольшая относительная влажность воздуха.

Рис. 1. Заглубленный в склон суперизолированный дом:
а - общий вид;
б - план 1-го этажа;
в - план 2-го этажа;
1 - столовая; 2 - кухня; 3 - оранжерея; 4 - гостиная; 5 - спальня; 6 - гардеробная; 7 - подсобные помещения; 8 - фонарь верхнего света.

В качестве примера рассмотрим 2-этажный суперизолированный дом в холодном климате штата Миннесота. Здание имеет трапециевидную в плане форму с широким фасадом, обращенным на юг. Остальные фасады находятся в земле, т.к. участок поднимается к северу.

Элементами пассивного солнечного отопления служат витражи и оранжерея южного фасада с тройным остекление проемов, массивные бетонные стены и кирпичные полы. Вход в дом — с промежуточного уровня. Вдоль северной стены расположены нежилые помещения. Для уменьшения энергопотребления использован дифференцированный режим эксплуатации помещений. На 1-ом этаже располагаются гостиная, кухня, столовая, которые требуют наибольшего отопления в дневное время, на 2-м этаже - спальни, пик потребления тепла в которых приходится на вечернее и ночное время. Теплопоступление регулируется системой клапанов и вентканалов. Для горячего водоснабжения имеются водяные коллекторы. Вертикальная вентиляция организована через двухсветную оранжерею и фонарь верхнего света. Плоскость остекления защищена от летнего перегрева специальным навесом.

На плоских участках используется земляная подсыпка, имитирующая заглубление в грунт. Компактный жилой дом такого типа имеет почти квадратную в плане форму и перекрыт вальмовой крышей. С северной стороны к дому примыкает гараж. По остальному периметру здания, за исключением атриума на южном фасаде, идет земляная подсыпка (берма) до уровня крыши.

Рис. 2. Компактный дом с земляной обваловкой, общий вид.

Энергетический цент дома — двухсветный атриум, обогреваемый прямыми солнечными лучами через витраж и остекленную часть кровли. Теплоаккумулятором служат камин и массивные простенки, отделяющие атриум от гостиной. В остальные помещения чистый воздух подается за счет механического побуждения. Приточные и вытяжные отверстия системы размещены между балками перекрытия. Одна из спален, кухня, столовая и центрально расположенная гостиная освещаются вторым светом, главным образом через атриум.

Рис. 3. Компактный дом с земляной обваловкой, план:
1 - двухсветный атриум-оранжерея; 2 - гостиная; 3 - столовая; 4 - спальня; 5 - кухня; 6 - гараж; 7 - земляная обваловка.

В жарком климате заглубление в землю обеспечивает охлаждение здания за счет относительной стабильности температуры грунта ниже уровня промерзания.

Дом-купол

Купольная форма уравновешивает внешнюю нагрузку во всех направлениях. Кроме того, нагрузка, воспринимаемая куполом, создает в нем нормальные мембранные напряжения с влиянием изгиба на относительно небольших участках поверхности. В современной практике чаще всего применяются купола, срединная поверхность которых описывается уравнением шара, эллипсоида вращения или кругового конуса (конические купола проще в изготовлении, но менее экономичны, чем сферические).

В куполах вращения, нагруженных распределенными нагрузками, по меридиональным направлениям возникают только сжимающие напряжения. По направлению параллелей в верхних участках возникают кольцевые сжимающие, а в нижних — кольцевые растягивающие напряжения, которые деформируют купол и вызывают напряжения изгиба.

Параллельно с куполами, имеющими гладкую поверхность, интенсивно развиваются различные виды куполов с каркасно-ребристой структурой поверхности, позволяющие собирать оболочки значительных размеров из небольших стандартных элементов.

Жилой пенопластовый купол

При грамотном конструировании и изготовлении купольные оболочки могут достигать значительных размеров. Например, архитектор М. Курокава изготовил пенопластовый купольный жилой дом со свободной планировкой диаметром 12 м. Специфичность материала подчеркнута свободной вырезкой проемов в оболочке — для веранды и дверей.

Рис. 1. Жилой пенопластовый купол, арх. М. Курокава. Общий вид, план.

Биодом Дёрнаха

В поисках новых архитектурных форм по проекту западногерманского архитектора Р. Дёрнаха был построен Биодом. Основная идея сооружения — дать образ жилища, по композиции и методам возведения отвечающий естественным, природным закономерностям. Нарочитая брутальность общей формы, отсутствие строгой геометрической закономерности в ее построении, грубая кладка из необработанных брусков пенопласта контрастной противостоят индустриальным методам современной архитектуры.

Рис. 1. Биодом, ФРГ, арх. Р. Дёрнах. Общий вид.

Жилой купол Пимпля-Штенцеля

Интересен проект купольного жилого дома, разработанный штутгартскими архитекторами В. Пимплем и Х. Штенцелем. Купол имеет диаметр 10 м и высоту 5 м. Сборные элементы имеют отогнутые фланцы для соединения. Элементам придана форма треугольника со срезанными углами, так что при соединении получается проем для окна или вентилятора. Удачно найденная форма объемных элементов, сочетание их с круглыми проемами образуют достаточно живописную необычную форму купола.

Рис. 1. Дом-купол из объемных элементов, ФРГ, арх. В. Пимпль и Х. Штенцель. Общий вид, разрез, план.

Дом Стива Тиффани (Tiffany Dome)

Суперизолированный дом в форме геодезического купола, построенный Стивом Тиффани (Steve Tiffany), имеет диаметр 14,2 м.

Рис. 1. Дом Стива Тиффани (Tiffany Dome). Общий вид.

Дом выполнен каркасным с суперизоляцией и покрытием омедненной металлической черепицей.

Рис. 2. Дом Стива Тиффани (Tiffany Dome). Устройство каркаса дома.

Купольная форма была выбрана не только по причине того, что в районе строительства нередки смерчи и торнадо, но также и в связи с тем, что Стиву нравились интерьеры круглых домов. Кроме того, купольный дом весьма энергоэкономичен.

Рис. 3. Дом Стива Тиффани (Tiffany Dome). План.

Рис. 4. Дом Стива Тиффани (Tiffany Dome). Интерьер общей комнаты.

Рис. 5. Дом Стива Тиффани (Tiffany Dome). Ванная комната.

Применив суперизоляцию дома Стив добился того, что большую часть года дом не нуждается в дополнительном отоплении, т.к. обычно достаточно тепла, поступающего от бытовых приборов и солнечного тепла, поступающего через окна южной ориентации (direct gain).

Подробнее о жилом геодезическом куполе Стива Тиффани и этапах его строительства можно прочитать на сайте Стива.