Предисловие, или немного про энергоэффективность экономики.
Мировой энергетический кризис 70-х годов 20 века привел развитые страны к новому направлению в строительстве - зданиям с эффективным использованием энергии. Цель строительства таких зданий заключалась в получении суммарного эффекта энергосбережения от использования архитектурных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.Эта же цель для граждан России, вместе с проблемой строительства жилья, осталась актуальной и в 21 веке.
Людям следует выдумывать новые вещи, а не перенимать стандартные методы их создания.
Р. Б. Фуллер
«Строительство индивидуального и малоэтажного жилья необходимо вести в промышленных масштабах, снижая его стоимость до доступного уровня. Потому что только индустриальный уровень способен обеспечить необходимый запас ценовой прочности. Если мы сможем строить малоэтажное жилье крупными сериями, то сможем получить цены, приемлемые для самых широких кругов наших граждан, а это является основной задачей национального проекта «Доступное жилье».
Выбор - от нестандартного к стандартному всегда есть. Но даже в стандартном понимании архитектуры есть интересные решения, посмотрите здесь -
проекты коттеджей из дерева.
«Стихийно эта деятельность вестись не может, мы должны привнести в эту работу порядок, стандартизировать ее».
«Выделенные 250 млрд. руб. должны дать толчок консолидированной работе федерального центра и регионов,
направленной на расселение ветхого и аварийного жилья и ремонт жилого фонда, это общая задача».
2007г.
Д. А. Медведев
"Акцент необходимо сделать на малоэтажных домах, которые не дороже, а порой и дешевле обыкновенных квартир.
Речь идет не об особняках площадью несколько сотен квадратных метров, а о востребованном малоэтажном
жилье эконом-класса"
2009г.
В.В. Путин.
Власть понимает, что построечным методом проблему жилья в РФ не решить, а на «коленке» эффективности с экономичностью
еще никто не получал. Для всех понятно, что любая эффективность достигается сплавом разработок ученых с инженерной мыслью передовых технологий и наличием соответствующего оборудования.
Технологии изготовления фабричных комплектующих и последующая сборка из них различных домов, сделает жилище человека
не таким «драгоценным», трудоёмким и материалоёмким; что даст ему большую степень свободы, мобильности и независимости в своём сознании.
Для этого, как минимум нужны две высокодифференцированных домостроительных фабрики на регион, которые выпуская
основные (деревянные, бетонные и т.д.) конструктивные элементы домопакетов быстровозводимых малоэтажных домов, при поточном изготовлении, смогут контролировать высокое качество продукции, выдавать технический паспорт и гарантии на свою продукцию.
Покупатель дома будет точно знать все параметры заложенных в его конструкцию систем жизнеобеспечения, характеристики использованных утеплителей, панелей, перекрытий, окон, дверей, их нормативы по теплоэффективности, звукопоглощению, инсоляции, сроки эксплуатации, ремонта, замены и т.д.
Без современных производственных мощностей какой смысл говорить о передовых технологиях, о доступности жилья и, самое главное – без этого невозможно строить не только энергоэффективные (и даже энергосберегающие) каркасно-панельные дома, без этого вообще невозможно эффективно и рационально использовать энергию и минеральные ресурсы при строительстве домов по другим технологиям.
Только вот современное многофункциональное оборудование, станки, новейшие конструкторские программы для ПК, необходимые для высококачественного изготовления конструктивных элементов домов, чтобы они были энергоэффективными, использование ресурсосберегающих технологий, все это не хотели и не хотят себе «позволить» большинство из существующих предприятий строителей и деревообработки, осваивающих нишу малоэтажного быстровозводимого жилья. А многие из тех, кто купил «линию по производству», изучили и используют на ней только одну «программу» - скорость освоения средств Заказчика. Энергоэффективность индивидуального жилища - это одно из основных его качеств. Но оно не входит в круг интересов Подрядчика и государства.
Читаем Закон РФ: ФЗ от 23.11. 2009 г. № 261 "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…». статья 11. п. 5. «Требования энергетической эффективности не распространяются на следующие здания, строения, сооружения: 4) объекты индивидуального жилищного строительства (отдельно стоящие и предназначенные для проживания одной семьи жилые дома с количеством этажей не более чем три), дачные дома, садовые дома».
Справка: Энергоэффективное здание включает в себя совокупность архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания.
Энергоэкономичное здание включает в себя только отдельные решения или систему из нескольких решений, направленных на снижение расхода энергии при обеспечении микроклимата в помещениях здания.
Различие между энергоэффективным и энергоэкономичным зданиями в том, что первое есть результат выбора определенными научными методами совокупности технических решений, наилучшим образом отвечающих поставленной цели, а второе есть простой результат суммирования ряда энергосберегающих решений в одном объекте. Математическая модель затрат в общем случае включает в себя два показателя: затраты на производство конструкций (единовременные затраты) и затраты на их использование (эксплуатационные затраты).
Улучшение благосостояния населения Земли ведет к росту жилой площади, по данным McKinsey/ Vattenfall в 2030 году она вырастет на 64%.
Одновременно в мире высокими темпами растет «топливная нищета», и не только в слаборазвитых странах. В Великобритании «топливное обнищание» достигло рекордного значения за последние 10 лет. Около 4,4 млн. английских домовладельцев тратят на оплату счета за энергию более 10% своего дохода.
Начиная строительство, владелец будущего дома, где бы он сегодня не жил, должен задумываться не только над архитектурным обликом и планировкой своего дома, но и о расходах, связанных с эксплуатацией здания. Дом строят не на год, а какими будут экологические требования и цены на энергию через 50 или 100 лет? При обычном ходе событий построенные сегодня здания станут весьма убыточными в связи с большим ростом цен на энергию, и десятилетиями будут загрязнять окружающую среду.
У девелоперов же и их подрядчиков в РФ как не было стимулов к повышению энергоэффективности возводимого жилья, так его и не придумали. Нет, конечно же, девелоперы и их подрядчики (проектировщики, строители, поставщики оборудования и материалов) определяют уровень энергоэффективности возводимых ими зданий, однако, поскольку они не будут жить в этих зданиях и оплачивать коммунальные услуги, у них нет стимулов к повышению их энергоэффективности. Потребитель же, как правило, даже не осведомлен о технических и технологических проблемах и параметрах энергоэффективности своего будущего жилья. И вина в этом, прежде всего, государства.
Главная роль в приоритете, поддержке, финансировании и контроле строительства энергоэффективных зданий должна принадлежать государству, потому что реализация энергоэффективности связана с защитой окружающей среды, повышением качества среды обитания человека, сохранением природных богатств – защитой интересов будущих поколений.
"России, по ходу исторической жизни ее, досталась уже роль пользования опытностью западной Европы, по всем почти частям государственного обихода, начиная научною образованностью вообще, у нас сильно отсталою, и кончая техническими приспособлениями знаний для удобнейшего устройства быта".
(Петров П. Материалы для истории строительной части в России. СПб., 1869. -С. 3.)
Бегство из плена глобального супрематизма строительных технологий.
У каждого человека есть своя логическая цепь создания мира, свои мироощущения Земли, Жизни, своего Дома, своей Семьи, своей Родины, с которыми он вырастает и преобразует их «по образу и духу своему».
В 1995 году, когда экономика кувыркалась в точку невозврата, а собственный бизнес дышал на «лампадку», у меня сформировалось четкое понимание того, что надо срочно заново учиться профессии и «настоящим образом» осваивать капитализм. Побывав к этому времени несколько раз в Японии, Канаде, США, понимал, что наиболее приоритетными для строительства жилья в России станут малоэтажные быстровозводимые каркасно-панельные технологии. Но то, что я стану противником архитектурной основы проектирования – прямоугольника и «попру» против глобального супрематизма строительных технологий, я тогда даже не догадывался.
В голову крепко «вбили» Декартову систему координат.
В северной Миннесоте, куда я приехал изучать проектирование и организацию строительства быстровозводимых жилых куполов, мне предложили пожить в гостевом доме компании.
До этого я строил купола, много и разных, правда, специальные, чаще без окон, и в основном там, где ими любовались только персонал, местные еврашки, росомахи и песцы.
Попав впервые в
жилой купол, я был поражен уникальностью интерьера, до сих пор остро всплывающим ощущением простора и невероятной легкости от огромного изящно выгнутого потолка в 6 метров, массы солнечного света, современного трехмерного дизайна, потрясающих видов из окон на облака в небе и осенний лес.
Я конечно изучал когда то скудные данные в советских учебниках про уникальные ощущения жизни в купольных домах, но когда наяву их прочувствовал, это превзошло все мои ожидания. В спальне, возле кровати в стене вмонтирована панель, на которой установлены регуляторы температуры, часов с будильником и дисплей, на котором можно выбрать мелодию будильника и запахи…под которые ты хочешь проснуться. Ставлю на 6-00 и хочу проснуться под шум прибоя, с запахом морского отлива. Как теперь передать словами ощущения отдохнувшего человека, чистого свежего воздуха, запах моря, крик чаек… Но такие технические системы купола – это как опции для совершенной машины, они удивляют, но не главные в нем.
За годы работы с куполами набралось достаточно личного опыта и материала, опираясь на которые я могу сегодня уверенно сказать: «Красивее, надежнее, эффективнее жилья, чем купола нет в этом мире. Я их строил и в них жил». Как любой строитель, я собрал имеющийся и известный мне материал о куполах и построил из него статью.
О Его Величестве – Куполе
С надеждой, что мы в России тоже начинаем осознавать:
· что нефть и газ все дальше, глубже и жиже, а цены на них все выше и злее;
· что топливная нищета уже стучится в каждую российскую семью, и при этом не важно, чем она обогревает свое жилище, от АЭС, ТЭЦ или собирает кизяк и солому в окрестностях дома – никого она не минует;
· что весь строевой лес РФ в зоне его малейшей доступности уже полностью вырубили и вывезли, и цена куб.м. на делянке вырастет с $2 до $35-50.
· что на Западе далеко не каждый миллионер может себе позволить построить и содержать рубленый дом или дом из бруса;
· что энергоэффективность дома это не толщина несущих конструкций;
· что у каждого строительного материала есть свой срок эксплуатации;
· что чем однороднее строительный «гамбургер» конструкции дома, тем выше его эффективность и длиннее срок эксплуатации;
· что рядом с вашим дорогим и красивым домом - крепостью не всегда будет работа для вас, учеба для детей;
· что на Земле есть очень много других увлекательных занятий, чем «привязанность» к «дому-крепости»;
· что у природы понимание крепости заключается в гибкости, изгибе и нам всем давно пришло время менять отношение к строительству − мы должны строить иначе: быстрее, легче и дешевле, созвучно с природой, миром. Мы должны сделать в этом направление первые шаги.
Откуда взялась форма купола?
От основного «Строителя» – Мирового разума.
Природа, как мировой разум - великий творец. Создала миллиарды форм животворящего многообразия без прямого угла, без прямой, без квадрата, прямоугольника или куба.
Ни в одной из сфотографированных учеными галактик не заложен в основание прямоугольник или квадрат. Не найдем мы их и в микромире: атомы, молекулы… Мировой разум проектирует и «строит» без прямых углов.
Основные же принципы строительства жилища для современного человека не менялись со времен дольменов и мегалитов. Опора и перекрытие – вот суть строительного бытия. Стены – опоры, перекрытые сверху плитами – потолком. Камень, дерево, металл, железобетон – основные материалы. Таким образом и сейчас ограждают пространство.
Человек замыкался от природы глухими стенами, полами и потолками, – соответственно, и она отгородилась от нас этими же стенами. Мы живем как враги. Мы уничтожаем природу – природа уничтожает нас. Архитектура прошлого и настоящего – это архитектура страха перед миром, перед самим собой. Строительство подобной архитектуры непомерно трудоёмко, долговременно, дорого и материалоёмко».
Когда человечество обитало и развивалось в круглых (в плане) жилищах: юртах, чумах, вигвамах, шатрах, аркаимах – оно понимало природу, и было неразрывно с ней. Жилища были легки и быстро возводимые. Но именно те люди, жившие в них, глубоко осмыслили основы мироздания и передали их нам, да такие знания, что вся современная прагматичная наука до сих пор головой качает в знак согласия с этими первоосновами» Архитектор В.Гребнев.
Человек испокон веков почему то подсознательно связывал и связывает божественные энергии со сферическими поверхностями, отражая это сознание в культовых постройках: церквях, минаретах, мечетях…
Издревле люди откуда то знали, что под куполом можно получить положительный энергетический баланс.
Древний человек создавал подобные конструкции, ограждая себя от стихии. Все эти чумы, вигвамы, бунгало, юрты, шатры, яранги и т.п. потому и выстояли в веках, что имели способность прочностной трансформации. Природное строительство существует необъяснимое количество лет – человеческое же строительство разрушается на глазах, ремонтировать не успеваем, а то и вовремя из него выскочить… История, как говориться, регулярно и повсеместно наказывает за невыученный урок.
В 527-537 гг. н.э. архитекторы Анфимий и Исидор в Константинополе построили церковь Сергия и Вакха, где купол впервые был возведен над квадратным сооружением и перекрывал практически все внутреннее пространство здания.
900г.н.э. город Пуэбло Бонито на 1200 человек. Купола имели широкое распространение в древней архитектуре. В основном их строили из кирпичей. Над круглыми сооружениями купола возводились примерно до V века.
История человеческой цивилизации - это история экспериментов человека со строительными материалами и конструкциями. Подбирая разнообразные их сочетания, он стремился с минимальными затратами добиться максимального эффекта. И ни один человек в мире не приблизился к этой цели в большей степени, чем Р. Бакминстер Фуллер в 50-х годах 20 столетия - "величайший гений в области индустриализации строительства" научился собирать «геодезические купола» из небольших сборных элементов заводского изготовления в форме тетраэдра. Предвидя рост рождаемости, строительный бум, истощение земных ресурсов и повышение их стоимости, Бак Фуллер изобрел путь достижения наивысших результатов в строительстве жилья с наименьшими затратами труда и материалов, при гениальной прочности и простоте конструкций природного происхождения.
Тем не менее, в целом надеждам на экономическую эффективность куполов в плане решения проблем домостроения не суждено было тогда оправдаться. Почему?
Главная причина в том, что идеальный замысел требовал идеального исполнения, которое не могли тогда достигнуть на практике: отсутствовали станки, оборудование, необходимые материалы. По этой же причине даже последние 40 лет геодезические купола проектировались и возводились только в странах с высоким уровнем технологии строительного производства.
Сегодня Купол стал реалией повседневной жизни в Северной Америке
В 1996 г. Р.М. Фри были изобретены стратодезические купола, которые отличаются от геодезических тем, что имеют в своей основе симметрию осевую. Геодезические купола лучше воспринимают нагрузки, векторы которых сходятся в центре исходной сферы. Стратодезические же более устойчивы к вертикальным нагрузкам, а осевая симметрия позволяет рассекать купол на гораздо большее количество горизонтальных слоев, ограниченных параллельными плоскостями, чем радиальная, что делает стратодезические купола более дружественными как к традиционным методам строительного конструирования, так и к поточным методам сборки.
Основной (и единственный) недостаток купольных конструкций – это неосведомленность о них людей в России из-за отсутствия полной и достоверной информации о свойствах купола. Все другие «не» относятся к качеству проектирования, изготовления и к материалам, т.е. все как всегда при любом другом строительстве. В остальном сложно-искривленная форма куполов имеет общие преимущества, геодезические они или нет. Об этих преимуществах я и расскажу.
«Пусть архитекторы заливают об эстетике,
заставляющей толпы богачей падать к их ногам;
Я предпочту Купол, где стрессы и напряжения уходят прочь».
Ричард Бакминстер Фуллер
Купол и его эффективности
Начиная строительство, владелец будущего дома, где бы он сегодня не жил, должен задумываться не только над архитектурным обликом и планировкой своего дома, но и о безопасном проживании в нем, о ежедневных расходах, связанных с эксплуатацией здания, ведь дом строят не на один год.
Сегодня, может быть, легче строить дома старым способом, но это не окупится завтра. Дома в последнем столетии строили не думая об энергосбережении, экологии, безопасном и «здоровом» строительстве.
Пришло время строить жилища, подходящие для нашего образа жизни. Вам будет комфортнее жить в современном, сейсмоустойчивом, энергоэффективном, «здоровом» и экологичном доме, вместо того чтобы выбрасывать свои деньги на строительство и содержание морально устаревшего жилья. C каждым годом запасы энергоресурсов уменьшаются, а их стоимость возрастает. Благодаря энергоэкономичности, Ваш купольный дом будет с каждым годом все выгоднее и выгоднее для Вас.
Геодезический купол известен с давних времен как особо прочная конструкция на грамм используемого материала, которым можно накрывать большие площади с использованием наименьшего количества строительных материалов.
И чем больше купол, тем, легче и прочнее его конструкция (пропорционально к изменению его размера), т.к. сеть геодезических линий предлагает геометрию самой прочной и экономичной структурной системы, а геодезическая решетка распространяет напряжение и натяжение в самой экономичной манере из всех возможных.
Красивые и функциональные – жилые дома купольного типа – это здания с невероятными характеристиками и феноменальными свойствами, способные обеспечить максимум комфорта, в любых климатических зонах они выдерживали самую неистовую погоду на Земле.
Купольные дома – это инновации в строительстве. Они представляют собой удобные, надежные конструкции из экологически чистых материалов по доступной цене. Каркасные купольные дома изготавливаются в заводских условиях, а заказчику доставляются в виде конструктора. На заранее подготовленном основании такой дом собирается в течение нескольких дней.
Влияние архитектурных решений на стоимость строительства дома.
Купольный дом технологичен в сборке/постройке с использованием каркасно-панельно-модульных технологий, что позволяет строить экономичнее, менее материалоемко, быстрее, разнообразнее, мобильнее традиционным способам, а форма здания, в купе с геометрией комнат и спален, спроектированных по «золотому сечению», получается наиболее оптимальной для биоэнергетики человека.
Изменение формы здания с угловой на купольную, с целью оптимизации влияния наружного климата и достижения энергоэффективности конструкции не требует изменения площадей или объема здания - они сохраняются фиксированными. Если купол «обмять» и переформовать в параллелепипед, потеряем 25-30% пространства интерьера, а если полученную «коробку» преобразовать в 3-х гранную пирамиду – потери составят 66%. Поскольку большинство традиционных домов представляют собой комбинацию прямоугольных и треугольных форм, потери интерьерных площадей и пространств составляют у них, по сравнению с куполом, от 40 до 60%.
Купольный дом имеет сотни вариантов пластики поверхностей, которые достигаются без какой-либо дополнительной декоративной обработки, удорожающей строительство - путем меридионально-кольцевого членения осесимметричных поверхностей. Равномерность распределения нагрузки по оболочке купола позволяет изъять до 50% треугольников, а ненесущие проемы использовать для обрамления дверей, окон, веранд, балконов, зимних садов. Оставшиеся же элементы можно использовать для сооружения подсобных помещений. Купол это не просто совокупность треугольников – это сочетание прочности, компактности и эффекта беспрецедентной новизны.
Рассмотрим 5 вариантов домов построенных по одной и той же технологии, из одинаковых материалов, с одинаковой площадью пола.
вариант № 1
вариант № 2
вариант № 3
вариант № 4
вариант № 5
Таблица 1 Влияние архитектурных решений на стоимость строительства
|
|
|
ед.изм.
|
1 вариант
|
2 вариант
|
3 вариант
|
4 вариант
|
5 вариант
|
2эт. план в осях 6,93м Х 6,93м
|
1эт.план в осях 6м Х 16м
|
2 этажа, план сложный
|
1 этаж, план сложный
|
Купол
R = 4м
h = 3,8м
|
площадь пола
|
кв.м.
|
96
|
96
|
96
|
96
|
100,4
|
строительный объем
|
куб.м.
|
288
|
288
|
288
|
288
|
268
|
площадь стен
|
кв.м.
|
166,3
|
132,0
|
221,5
|
203,5
|
|
площадь кровли
|
кв.м.
|
55,4
|
110,8
|
55,4
|
110,8
|
|
суммарная площадь стен и кровли
|
кв.м.
|
221,7
|
242,8
|
276,9
|
314,3
|
200,9
|
длина фундамента
|
п.м.
|
27,7
|
44,0
|
32,2
|
46,1
|
25,1
|
увеличение совокупной площади относительно базового варианта
|
%
|
100,0%
|
110,0%
|
125,0%
|
142,0%
|
-9,0%
|
Как видим, чем сложнее архитектурная форма здания, тем больше площадь его ограждающих поверхностей, и как следствие больший расход материалов, и большая стоимость. Перерасход материалов на наружные поверхности в «квадратном» доме выше купольного и могут достигнуть 51%! Этого объема стройматериалов достаточно, чтобы дополнительно к дому пристроить, например, гараж площадью 50м2. В процессе монтажа купольных конструкций отходы (непригодные обрезки) составляют до 5%, в то время как на обычной крыше от 15%.
К тому же сложные архитектурные формы требуют высококвалифицированных специалистов для их сборки и отделки, что дополнительно удорожает строительство, при этом качество проживания остается обычным.
Помимо строительства индивидуальных домов, купольная технология вполне подходит для пристроек к квадратным домам. Можно использовать не ½ часть сферы, а ¼ или даже сектор в 1/8 части для того, что бы вписать конструкцию, например в 90 градусный угол между домами.
Очень эффективно использование куполов в туристическом и санаторно-курортном бизнесе, там, где сегодня влачат жалкое существование сотни полуразрушенных баз отдыха и пионерлагерей купольные конструкции могут стать реальным, экономически оправданным и безопасным средством оживления туристической отрасли. Технология так же может применяться для укрытия сооружений, постройке производственных помещений с большими площадями, торгово-офисных помещений, теплиц, дач.
Купольный ресторан имеет большую вместимость при относительно малых затратах на строительство. Высокая скорость возведения способствует быстрому возврату вложенного капитала. Купольный ресторан органично впишется в любой ландшафт и будет привлекать внимание потенциальных клиентов как в городе, так и в сельской местности, на морском побережье, в горах, вблизи оживленных автомобильных трасс. Необычный дизайн, круговой обзор изнутри, повышенный уровень комфорта - все это сделает пребывание в таком заведении незабываемым. На берегу Катуни, на скале поставить – изумительный вид.
Почему купольный дом вне конкуренции по энергоэффективности?
Все просто: Основной фактор, влияющий на рациональное использование материалов и энергоэффективность конструкции - это форма. Сфера имеет наименьшее отношение площади наружных стен к внутреннему объёму здания среди всех фигур одинаковой емкости. Чем меньше общая площадь стен и крыши, тем выше КПД энергозатрат на контроль климата в помещении. Купольные дома наиболее привлекательные и экономичные, в совокупности с современными материалами и правильным проектированием расходы на отопление (и охлаждение) в них меньше на 70-90%. Это геометрия на службе купола.
Поверхность шара примерно на четверть меньше, чем поверхность куба такого же объема, а значит и материалов для строительства купола потребуется на четверть меньше. Помимо этого, у купола, на 60-70% меньше деталей в самом каркасе конструкции, что позволяет сэкономить дополнительно 5-10% энергии на отсутствии «мостиков холода» из-за однородности материала защитных ограждений и еще сэкономить 40% времени на сборке. Это технологии на службе купола.
Положительное соотношение площади к объему дает изумительную термальную характеристику куполам. Площадь поверхности подверженной влиянию окружающей среды имеет намного больше влияния на энергетическую эффективность дома, чем качество замазки в швах, и толщина его стен, а теплопотери фундамента зависят не от площади пола, а от длины периметра. Это законы физики на службе купола.
Теплопотери здания находятся в прямой пропорции к его аэродинамическому сопротивлению. Ветер плавно скользит поверх и вокруг купола, создавая недостаточные завихрения и воронки, чтобы нарушить пограничный слой воздуха, который крепится к поверхности любого объекта интермолекулярной микрогравитацией. Благодаря аэродинамическому эффекту конструкции ветер огибает купол с меньшим сопротивлением.
Искривленная поверхность внутри купола способствует натуральной циркуляции воздуха и эффективному воздухообмену в помещениях. Натуральные «кольцеобразные» течения воздуха, предотвращают расслоение, и температура воздуха остается одинаковой по всему объему купола, от пола до апекса. Аэродинамический эффект конструкции экономит немалые средства на отоплении и кондиционировании.
У прямоугольного же здания очень высокая парусность. Ветер ударяется прямо в вертикальную стену, срывает теплоизолирующую прослойку воздуха, создает область высокого давления. А подветренная сторона здания в это время находится под влиянием турбулентных потоков и частичного вакуума.
Завихрения охлаждают здание, а вакуум высасывает из помещения нагретый воздух не только через щели вокруг дверей и окон, но и любые мельчайшие несовершенства конструкции на этой стороне здания. Теплый воздух, высосанный из помещения, замещается холодным, с подветренной стороны, через подобные щели, микротрещины и микропоры. Даже в современных домах совокупная площадь таких щелей и пор составляет эквивалент открытого окна. Расширяясь в помещении плотный, холодный воздух, дополнительно охлаждается за счет эффекта Берноули и превращается в сквозняк, влекомый всасыванием. Конструкция купола лишена таких сквозняков.
Положительное соотношение площади к объему – не единственная причина удивительных термальных характеристик куполов; меньший процент огороженного воздуха соприкасается с оболочкой, где происходят потери тепловой энергии, или нежелательный нагрев. Удвоение размеров купола приводит к удвоению его термоэффективности. Это законы аэро и термодинамики на службе купола.
Сейсмоустойчивость купольных зданий
Круг и купол, совмещенные в одной конструкции составляют основу ограждения пространства – стены, перекрытия и кровлю. Такая форма строительной конструкции подвижна и позволяет без разрушения воспринимать вихревые, волновые и сейсмические критические нагрузки. Не испытывая действия теллурической волны и будучи изготовленным из сборных элементов и «мягких» материалов, купол будет стоять даже при колебаниях земной коры в 8-12 баллов по шкале Рихтера, ураганного ветра в 250 км/ч, снеговых нагрузок до 700 кг/м2. За исключением повреждений от разверзающейся почвы непосредственно под куполом, они обречены выдерживать самые мощные землетрясения.
Проводились лабораторные и компьютерные испытания по 10 различным критериям нагрузки купольной конструкции, когда вся тяжесть приходилась только на 1/2 купола. И купол спокойно выдержал все испытания.
…а внешнее покрытие представляет собой черепицу из красного кедра толщиной 30 мм.
Особенности интерьера под куполом
Очень мощная и теплосберегающая конструкция купольных домов не предполагает наличия несущих стен, вследствие чего вариантов решения интерьера в подкупольном пространстве практически не счесть. Это дает возможность разработки внутреннего дизайна помещения на собственный вкус хозяев.
Особенности интерьера купольной конструкции позволят несравненно большую свободу планировки, соборные потолки, напоминающие храмовые, равномерность распределения света, тепла и звука. Купола отличаются превосходными световыми характеристиками, так как сферические формы имеют свойство рассеивать свет, в то время как прямоугольные поглощают его. Внутри купола всегда светлее, чем на улице, даже без внутреннего освещения. Акустические преимущества включают равномерное распределение звука, отсутствие резонирующего звука и на 30% меньше проникновение внешних шумов.
Универсальность дизайна Купола дает Вам полную свободу творчества в создании потрясающей обстановки дома. Световые люки пропускают звездный и лунный свет и дают отличный вид на проплывающие мимо облака, поднимая вам настроение даже в самый хмурый день.
Представьте себе изящно изогнутый потолок в шесть метров высотой. Вы больше никогда не почувствуете себя втиснутым в тесное закрытое пространство. Вы будете ощущать только уют, комфорт и безопасность.
На первый взгляд может показаться, что купола небольшие дома. Иллюзорный обман. При радиусе купола 7м. он имеет площадь основания около 153 м2 и высоту в пиковой точке потолка от 7м! Это дает возможность воплотить внутри купола любую планировку! Ваша фантазия ограничивается только стенами сферы (они же крыша). Возможность достройки второго и третьего этажей под одним сводом – делают технологию уникальной. Каждый последующий этаж, уменьшают конечную стоимость строительства. То есть, построив купол радиусом 7м, вы имеете возможность получить общую площадь около 300м2!
Все сомнения улетучиваются, когда попадаешь внутрь этого необычного дома. Здесь приходит осознание того, что понятие внутреннего пространства, образующегося под сферическим куполом, является определяющим.
Особенности экстерьера купола
Люди, строящие тот или иной дом стараются разместить его так, чтобы с учетом особенностей обеспечить ему максимальную защиту от атмосферных воздействий, использовать естественный дренаж, оптимальное солнечное освещение, особенности рельефа. Однако для классических домов взаимное влияние формы и размеров участка, видовых акцентов, парадных и хозяйственных подъездных путей, подходов и дорожек снижает потенциал достоинств природного окружения, которые могут быть использованы.
Гибкое размещение купольных домов на участке является их несомненным преимуществом. Это дает идеальную возможность размещения купольного дома с точки зрения инсоляции и благоприятных видовых точек. Любая из 60 треугольных поверхностей, составляющих оболочку купола (при 3/8 сферы), может быть открыта дневному свету и является выгодной точкой обзора окрестностей.
Внешний вид таких домов вызывает только положительные эмоции. Благодаря купольной форме, они идеально вписываются в любой ландшафт не нарушая его гармонии. Уклоны на участке можно использовать для устройства дополнительного подпольного этажа.
К самому куполу можно пристроить гараж, мастерскую, подсобные помещения, объединив всё это в единый архитектурный ансамбль и тем самым расширяя имеющиеся 300м2. Высоту пиковой точки купола можно менять боковыми стенками, на которые он будет опираться. Подняв на 1200мм. боковые стены, Вы поднимаете на эту высоту весь купол. Причем соотношение здесь примерно следующее: наращивание вертикальной стены на 1 фут (0,304 м) в высоту, настолько же увеличивает диаметр пола мансарды.
Разнообразные пристройки к основному этажу купольного дома (солярии, веранды, бассейны, тамбуры, гаражи, навесы для машин) создают дополнительное полезное пространство. Такую же роль могут играть свесы, карнизы, козырьки. Стоит ли говорить, что грамотное принятие подобных решений вносит существенное разнообразие в экстерьер здания?
Системы отопления и вентиляции купольных домов
Только геометрия сферы способна предоставить наименьшие эксплуатационные расходы на отопление, ибо сфера – идеальная форма для энергосбережения и любой проект купольного дома предусматривает пассивное отопление, использующее энергию солнца и эффект Берноули. Уже более четверти века в Антарктиде успешно применяются радарные установки, башнями которых являются геодезические купола. Не красоты ради, эффективности для, там зимой ветра до 200км/час, а топливо только привозное.
В качестве дополнительной/ вспомогательной в холодное зимнее время в куполе можно использовать систему теплых полов на первом этаже. Светопрозрачный купол, ориентированные окна и стена Тромба зимой в солнечную погоду дадут дополнительное тепло внутреннему пространству дома.
Доля солнечной радиации в удовлетворении энергопотребностей на отопление купольного дома колеблется от 100% (в районах с максимальным уровнем радиации) до 40% (в северных районах). Все остекление купола продуманно с точки зрения пассивного отопления и кондиционирования жилища за счет конвекционных потоков и траектории солнца в различные времена года.
Прямой обогрев солнечными лучами помещений купола через ориентированные окна, использование стены Тромба, размещенной по центру купола и совмещенной с камином или печью, позволят полностью решить вопрос с отоплением без потребления энергии. Для эффективного использования солнечной энергии достаточно, чтобы любая сторона купола облучалась солнечными лучами с 9-00 до 15-00 даже в самый непогожий день. Система ориентированных на солнце и звезды окон позволит максимально долго обходится без искусственного освещения. В доме происходит ежедневная соляризация всех помещений.
Воздухообмен в купольном доме составляет 0,5 - 08 от общего объёма здания в час. Хорошая организация воздушных потоков в здании зимой является основой распространения полученного тепла по помещениям за счёт естественной конвекции. Её создают вертикальные воздушные потоки под куполом.
В прибрежных регионах и регионах со смешанно-влажным климатом требуется особый подход к системам вентиляции, пароизоляции и к выбору утеплителей. При перепадах от + 200 С до + 15С и относительной влажности 90% особо «блуждающая» точка росы не дает шансов для ватных утеплителей.
Зимой охлажденный воздух становится плотнее и движется вниз от стен к центру. Любой нагревательный прибор в стене Тромба, расположенной в восходящем потоке будет равномерно отапливать весь купол. Более того, подобно большому рефлектору, купол отражает и концентрирует излучаемое тепло, исключая потери через внешние стены.
Качество внутреннего воздуха значительно улучшается с помощью использования грунтовых теплообменников и рекуператоров типа «воздух-воздух». Эти системы выбрасывают спертый, влажный воздух и забирают чистый, сухой воздух снаружи, термически обрабатывая и очищая его.
Воздух входит через дно Купола сквозь конусообразное отверстие в его основании, поднимается по мере нагревания солнцем. При этом насыщенный влагой теплый воздух из Купола смешивается с теплым воздухом, вентилируемым внутри стен и отбирается для нагрева грунтового теплоаккумулятора, а затем выводится наружу. А кондиционеры в куполах не нужны, за них работает естественная конвенция и эффект Берноули.
Купол имеет проветриваемое пространство с холодной стороны изоляции. Одновременное использование забора и выброса воздуха для вентиляции на чердаке и крыше способствует движению воздуха, стабилизирует «точку росы» и предотвращает появление конденсата на элементах крыши в любое время года.
Построить более теплый Купол не значит использовать больше изоляции. Сюда входит много аспектов – это и вентилируемый каркас купола, и правильная укладка изоляции, уплотнение деталей, оболочка купола, паронепроницаемый слой, изоляция фундамента, современные стеклопакеты с i-стеклом, рекуперация тепла, грунтовый теплообменник, стена Тромба и многое другое, что делает купола непревзойденно экономичными.
Баки Фуллер был первым, кто открыл и разработал единственный новый тип жилой конструкции за 2000 лет. Сегодня более полумиллиона геодезических куполов укрывают намного большие объемы, чем работа любого другого архитектора.
На сегодняшний день в мире разработаны и используются десятки технологий по строительству разнообразных купольных домов и сооружений. Для горных и морских регионов наиболее оптимальным вариантом будет строительство куполов из сборных элементов из армобетонов и отделкой экстерьера природным камнем и сланцами. В регионах богатых лесом купола выгодно собирать из деревянных элементов, изготовленных по каркасно-панельной технологии. Фундаменты ленточные (или малозаглубленные), нагрузка с домом на грунт составляет 10гр./см2 , что позволяет ставить такие дома на любом грунте.
Строительство купольного дома по каркасно-панельной технологии обходится намного дешевле, чем строительство дома по любой другой технологии. Высокое качество основных конструктивных элементов и их приемлемую стоимость обеспечит только фабричное высокотехнологичное производство. За счёт чего происходит дополнительная экономия?
а) – 25% на использовании местных строительных материалов и минимальном использовании дерева;
б) – 40% на строительных и отделочных работах. Сборка каркаса не требует специальных навыков, кранов и поэтому, большую часть работ может выполнить любой домовладелец самостоятельно;
в) –
60% на эксплуатации. Купол не требует расходов на отопление.
Сколько точно стоит строительство дома-купола?
Начиная с фундамента и до отделки деталей интерьера в строительстве очень много переменных. Чтобы не вводить в заблуждение, использую «золотое» правило - строительство квадратного метра жилья в купольных конструкциях обходиться как минимум на 40% дешевле, чем в аналогичных прямоугольных домах.
Время и качество строительства - одна из самых главных величин, определяющих строительный процесс. При создании фабричного производства комплектующих, доведении технологии сборки/монтажа и отделки до отлаженного и быстрого взаимодействия всех составляющих, жилые купольные дома и другие объекты, можно отстраивать за 1-2 месяца «под ключ», в зависимости от объема отделочных работ.
Мне посчастливилось изучить у «первоисточников» каркасно-панельные технологии по сборке классических, круглых и купольных домов. Полученные знания и 30 летний опыт организации малоэтажного строительства позволяют
создать в РФ домостроительную фабрику по выпуску основных конструктивных элементов для сборки классических, круглых и купольных зданий и сооружений из бетонов, дерева и его производных, что даст возможность на высоком технологическом уровне собирать быстровозводимые, энергоэффективные, сейсмостойкие:
- доступные дома с обычной отделкой и интерьерами;
- элитные дома с улучшенной, эксклюзивной отделкой, интерьерами;
- объекты социальной инфраструктуры. (кафе, магазины, детские сады, офисы, бассейны, фитнес–центры, больницы, дома отдыха и т.п.).
Домостроительная фабрика производительностью 300 тыс.кв.м. жилья в год, при штате 138 человек, способна:
– обеспечить покупателя в регионе современным энергоэффективным, комфортабельным и недорогим жильём;
– в промышленном масштабе реализовать новейшие (апробированные в условиях Канады, Аляски) методики и технологические достижения в области производства и строительства жилых и общественных деревянных и бетонных домов каркасного - рамочного изготовления в заводских условиях. В таких домах изначально будет обеспечен здоровый микроклимат и высокие технико-эксплуатационные качества, еще не известные широкому кругу российских граждан;
- заводским, поточно-серийным методом, на основе программного обеспечения дизайнерских и технических решений, обеспечить заказчикам индивидуальный характер здания и возможность самостоятельной сборки.
У фабрики очень простой критерий адекватности – она порождает добавочную стоимость на доступном возобновляемом сырье. Производство всеядно к местным материалам, древесине и ее производным, бетонам, камню, высокодифференцированное, технологически изворотливо.
Конструктивно-технологические задачи по дизайнам домов максимально упрощаются унификацией конструктивных деревянных и бетонных элементов каркаса, узлов, деталей, крепежных изделий, с применением ресурсосберегающей технологии позволяющей эффективно и рационально использовать энергию и минеральные ресурсы.
Все элементы конструкции каркасов из цельного дерева и его производных тщательно отбираются, искусственно высушенные пиломатериалы подвергаются пропитке от возгорания и различными консервантами. Компьютерная технология оптимальной разделки древесины и использование самого современного станочного парка позволяет максимально сократить отходы и уменьшить расход материала.
Даже беглый взгляд в будущее показывает высокую экономическую эффективность и перспективность предлагаемой фабрики. Себестоимость кв.м. в выпускаемых купольных домах из бетонных элементов с автономной канализацией, рекуперацией и солнечным отоплением при наличии только одного источника энергии – электричества обойдется около 260 ам.долл.
Надо понять всем, что пришло время строить жилье будущего, формировать потребительские ожидания в этой сфере, нарабатывать практику проектирования, строительства, сборки, отделки и обучения кадров, формировать новый рынок жилья и новую строительную индустрию. В таком варианте развития жилье станет центром внедрения инноваций и изменяющейся средой его обитания.
Вот где можно (и нужно) применить великую силу дерзаний молодости – студентов ВУЗов – наличие производства таких домов потребует его дальнейшего развития. А это, прежде всего, практический поиск и моментальное внедрение в производство архитектурно-планировочных и инженерных решений будущих форм и конструкций зданий и сооружений. Это поиск и внедрение новых материалов для несущих конструкций, новые отделочные материалы экстерьера и интерьера, с новыми свойствами «замешанных» на «на-на» технологиях. Надо сделать краски, шпатлевки изменяющие свои характеристики от времени суток, сезона, нагрузок и т.д. Красиво когда дом к вечеру становиться светлее, когда в солнечный день шпатлевка перестает пропускать инфракрасное излучение… Перечислять требуемые возможности/необходимости можно бесконечно. Надо создавать творческую лабораторию, набирать заинтересованных студентов и дать их фантазиям научно направленную волю.
Будущее частного домостроения в России закладывается сегодня. Население мегаполисов и промышленных городов, районных центров и сельских районов будет рассредоточиваться в частных домах пониженной этажности в экологически чистых районах, прилегающих к деловым центрам.
Анализ развития энергоэффективных зданий показывает, что архитектура и строительство в РФ вступают в совершенно новый этап своей истории, что появление и развитие энергоэффективных зданий есть отражение глобальных проблем развития общества со всеми его положительными и отрицательными направлениями поисков. Купольные здания как симбиоз творчества архитектора и инженера займут свое достойное место на вершинах зодчества.
Вопросы и комментарии Вы можете задать автору этого проекта (фотографии, выложенные здесь, принадлежат правообладателям).
Алексей Петрович Мацко
г. Новосибирск
почта: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.