Чтобы выжить в суровых условиях, человек давно сооружает искусственные оболочки для жилья: сначала пещеры, потом дома, затем квартиры и т.п.
Природная среда является для человека, с одной стороны, источником неблагоприятных климатических воздействий, от которых необходима защита, с другой стороны, источником жизненных сил, с которыми должна быть постоянная связь. Эти противоречия составляют причину постоянного улучшения жилья человека.
Экология - это не столько наука о защите окружающей среды от человека (как иногда думают), сколько наука о современных способах развития природы и человека. Сегодня мы научились хорошо защищаться от ветра, дождя, холода в жилом доме. Но при этом отрываемся все больше и больше от деревьев, травы и неба. Уже сегодня стоит проблема: что сделать с домом, чтобы он был не мертвым барьером между природой и человеком, а живым связующим звеном. Нужен компромисс, а не война.
Наиболее успешно такими перспективными разработками занимается архитектурная бионика. Хочется познакомить вас более подробно с некоторыми из них.
Подражание природе. Испанский архитектор Антонио Гауди спроектировал и построил ряд зданий, фасады которых как бы движутся, текут, словно живые. С помощью умельцев-литейщиков и камнетесов он создавал изысканные ворота и ограды, с большим воображением используя животные и растительные формы. Паоло Солери проектировал и возводил конструкции, которые по своим формам подражают таким природным системам, как живые клетки, геологические образования, атомные и кристаллические решетки.
Биоморфические архитекторы считают, что природа создла самые эстетически совершенные и, при этом самые прочные конструкции.
Генная инженерия. Моллюски или кораллы строят сложные жилища, извлекая из морской воды необходимые вещества. Термиты создают в своих домах системы жизнеобеспечения, пользуясь при этом материалами, которые производятся внутри колонии. Архитекторы-бионики в содружестве с генетиками пытаются генетически изменить формы растений для того, чтобы из живого дерева вырастить жилой дом с окнами и перегородками. То же касается и некоторых минералов, которые при определенной химической обработке могут разрастаться в заранее запрограмированные жилые формы.
Технология "самостроя". Одним из самых ранних предложений немецкого архитектора Рудольфа Дернаха предусматривалось погружение в морскую воду "пузырчатых баллонов" или мелкоячеистых сетей. И то, и другое играло роль каркаса, обраставшего колониями микроорганизмов, которые постепенно отвердевали из-за большого слоя отложенных минеральных веществ. Эти полые известняковые формы предлагалось использовать для создания плавучих городов, подводных жилищ или строительных заготовок для возведения зданий на земле. Архитектор Вольф Хилберц (США) и его коллеги начали исследовать возможность того же результата при помощи электричества. Проходя через воду, богатую минеральными солями, электрический ток заставляет мелкие частицы накапливаться на одном из электродов. Исследования металлических объектов, погруженных в воды Мексиканского залива, показали, что минеральные наслоения на них превосходят по своим свойствам бетон.
"Чувствительный" дом. Известно, что растения реагируют на звуки и человеческие голоса. Следуя этому направлению поиска, биологическая архитектура может разработать утонченные методы взаимодействия между людьми и жилищами. Дом, оснащенный биологическими датчиками, сможет приспосабливаться к погодным условиям, регулировать теплые и холодные участки в различных комнатах, "откликнется" на передвижения и даже голоса хозяев.
Вторая "кожа". Вместо прочных, неизменных и завершенных объектов мы увидим динамику зданий, их изменьчивость. В будущем фасад дома сможет менять свой цвет в зависимости от интенсивности освещения (подобно тому, как человеческая кожа покрывается загаром). Стена также сможет чинить себя, как кожа затягивает раны. Представление о строительном процессе, как о возобновляющейся "второй коже", может быть применено ко всем частям и системам жилого дома.
Кожей и костями архитектуры являются ее внешние стены и внутренние несущие конструкции. Кровеносная, дыхательная система и нервы - это ее водопровод, вентиляция и электропроводка. Но где же уши и обонятельные органы архитектуры? Чем она осязает, ощущает тепло, давление и влажность? Где ее мозг для сенсорных восприятий, для оценки и принятия решений? Если всего этого нет, то архитектура мертва. Технология для всех этих необходимых приспособлений существует уже сейчас, но координация и монтажное сочетание соответствующих изделий, их коммерческая доступность - дело будущего.
Источник: Нечаев С.П. Жилой дом 21 век. "Вместе по свету". Сибирский вестник экологического образования №1-2.2000.
Экодом - благоприятное для здоровья человека жилье, построенное из нетоксичных, не вредных для здоровья человека, материалов. Это современный благоустроенный дом, требующий на его эксплуатацию усилия и затраты, сопоставимые с содержанием квартиры в многоквартирном доме. Системы жизнеобеспечения, материалы, из которых выполнен дом, обеспечивают в нем среду, соответствующую санитарным нормам. Приусадебный участок предоставляет возможность вести здоровый образ жизни.
Экодом состоит из трех основных частей. Прежде всего это теплая коробка дома. Экономически и технически целесообразно обогревать его за счет солнца при условии шестикратного увеличении теплозащиты здания по сравнению с традиционным домом. В этом случае с февраля до лета и осенью до начала ноября его можно практически не топить и лишь при необходимости подогревать.
Второй составляющей частью экодома являются его системы жизнеобеспечения (отопление, вентиляция, переработка органических отходов и бытовых стоков).
- система отопления состоит из небольшого отопительного котла, дополнительной системы солнечного обогрева с водяным или воздушным распределением тепла (пилотный вариант солнечного коллектора хорошо зарекомендовал себя в сибирском климате).
- вентиляция выполнена в виде теплообменника; она возвращает до 70% энергии, содержащейся в выходящем из дома теплом воздухе.
- оборудование по переработке органических отходов и бытовых стоков превращает их методами компостирования, аэробного и анаэробного сбраживания в биологически полезный продукт.
Третьей составляющей экодома является приусадебный участок с биоботанической площадкой. Площадка, кроме своего прямого назначения для утилизации отходов, может быть эффективно использована для выращивания овощей по биоинтенсивной технологии. Огород представляет органичную часть хозяйства экодома в целом.
Энергоэффективность - основная характеристика экодома, поскольку главные эксплуатационные затраты в сибирском климате связаны с отоплением дома. Энергоэффективность экодома достигается использованием утеплителителей в конструкциях стен, основании дома, герметичными окнами с тройным или четверным остеклением. Энергозатраты снижаются за счет правильной ориентации экодома по отношении к господствующему направлению ветра, продуманным объемно-планировочным решениям, созданию буферных зон, а также благодаря пассивному и активному использованию солнечной энергии и аккумуляторов тепла.
Использование при строительстве дома приемов солнечной архитектуры, обеспечение компактности и индивидуального архитектурного облика предполагает необходимость соблюдения следующих условий. Южная сторона дома (в северном полушарии) должна обеспечивать максимальное использование солнечного излучения. В этой части дома располагаются теплица, солнечные коллекторы, солнечные батареи фотоэлектрической установки, нагревательные элементы солнечного водонагревателя.
В сибирском климате большую часть года традиционный дом приходится отапливать. С одной стороны, он должен обеспечивать комфортные условия семьи, когда каждый ее член имеет свою комнату. В то же время, он не может быть слишком большим, поскольку такой дом требует больших затрат на отопление и обслуживание.
Дом должен иметь разумные размеры и быть компактным. С точки зрения теплопотерь оптимальная его форма приближается к кубу. Но, если учитывать требования солнечной архитектуры, то желательно увеличить в 1,5 раза размеры дома в направлении восток-запад. При таком решении он поглощает максимальное количество солнечной энергии. Эффективным приемом экономии энергии являются неотапливаемые буферные зоны вокруг жилой части дома.
Основным способом обеспечения энергоэффективности экодома являются теплые ограждающие конструкции (основание дома, фундамент, наружные стены, кровля, окна). Приемы солнечной архитектуры, солнечный обогрев могут дать экономический эффект только при 5-6 кратном увеличении теплозащиты ограждающих конструкций по сранению с теплозащитой существующих домов. Обеспечить такую энергоэффективность только за счет кирпича или газобетона невозможно, так как в этом случае стены нужно возводить примерно 1.5 м толщиной. Поэтому в конструкции стен из этих и других материалов необходимо использовать эффективные утеплители.
В современном строительстве используются теплоизоляционные материалы, производимые промышленными методами (пенопласты, утеплители на основе различных типов минеральной ваты). При выборе утеплителя необходимо иметь в виду и предельный срок его службы. Например, стекловата и некоторые пенопласты могут разрушаться в течение 2 - 3 десятилетий. Утеплители на основе базальтового волокна служат значительно дольше.
Существует множество естественных утеплителей. К наболее приемлемым относятся солома, отходы льна, камыш (традиционный для Сибири материал). Они имеют высокую эффективность и существенно более низкую стоимость, при этом устойчивы к поражению вредителями. При наличии такой проблемы утеплители обрабатываются естественными средствами для борьбы с вредителями (например, порошок из кедровой хвои). Правильно выполненные конструкции стен, защита от грызунов с помощью мелкоячеистой металлической сетки, защита от влаги обеспечивают срок эксплуатации такого дома до 100 лет (примеры таких домов имеются в Северной Америке).
Экодом в автономном режиме отапливается водогрейным котлом и системой дополнительного солнечного обогрева, включающей воздушный солнечный коллектор. Солнечная энергия распределена неравномерно как в течение суток, так и в течение года. Для ее эффективного использования необходимы суточный и сезонный аккумуляторы тепла. Наиболее простой и доступный суточный аккумулятор тепла - водяной. Он обеспечивает тепловую инерцию дома, равномерный обогрев и запас горячей воды для бытовых нужд.
Для поддержания стабильной температуры в доме в течении суток необходимо несколько кубометров воды. Например, при сопротивлении теплопередачи ограждающих конструкций R, м2 оС/Вт, равном 6-ти, перепаде температур в помещении и за его пределами 60 оС, достаточно бака емкостью 3.2 м3. В доме площадью 100 м2 комфортная температура будет поддерживаться примерно 10 часов. Температура воды в аккумуляторе за это время упадет с 70 до 50 оС.
Сезонный тепловой аккумулятор накапливает энергию летом для использования ее зимой (с ноября по февраль). Традиционные тепловые аккумуляторы накапливают энергию за счет теплоемкости материала, из которого они состоят (вода, грунт, щебень и др.) и скрытой теплоты фазового перехода. Такие аккумуляторы не позволяют запасать энергию на длительный срок и неэффективны для Сибири.
Перспективными для сезонного аккумулирования энергии являются аккумуляторы, использующие обратимые химические реакции, протекающие с поглощением и выделением теплоты (разработка Института катализа СО РАН). Для этих аккумуляторов используются недорогие и широко распространенные соли. Поглощение энергии в химических реакциях в десятки раз превосходит поглощение и выделение энергии при фазовых переходах. Такие аккумуляторы значительно меньше всех других типов аккумуляторов тепла. Это делает их существенным элементом, определяющим развитие солнечной энергетики для теплоснабжения жилищ.
Высокая степень энергоэффективности экодома обеспечивается его герметичностью. Для поступления свежего воздуха в экодоме оборудуется вытяжная вентиляция с теплообменником (рекуператором тепла). При герметичных окнах система вентиляции создает здоровый микроклимат и комфортность в доме.
В экодоме предусмотрено разделение бытовых отходов на этапе их образования. Благодаря этому, неорганические отходы становятся сырьем для вторичного использования. Органические отходы методом компостирования перерабатываются в удобрения и используются на приусадебном участке.
Оборудование для компостирования органических отходов (компостеры, компостирующие биотуалеты) широко известно. Специфика использования биотуалетов в Сибири - в необходимости размещения их в отапливаемых помещениях. Это создает благоприятные условия микроорганизмам, перерабатывающим в компост органические отходы, но требует хорошей вентиляции помещений.
Бытовые сточные воды достаточно легко очищаются биологическими методами. В экодоме применяется комбинированная система, состоящая из инженерных сооружений очистки жидких стоков в специальных аэробных и анаэробных биореакторах и последующей обработки в грунте. Очистные сооружения местной канализации должны обеспечивать уменьшение загрязнителей в сточных водах до санитарных норм. В этом случае допускается их бесперебойная фильтрация в водопроницаемый грунт или дренажные кассеты.
Теплица является важным элементом экодома и, кроме прямого назначения, выполняет функции пассивного накопителя солнечной энергии и защитной буферной зоны экодома от зимнего холода и ветра. Солнечная энергия накапливается в стене дома, около которой она размещена, и в земляном аккумуляторе под теплицей. Биоботаническая площадка выполняет роль промежуточного звена между домом и приусадебным участком. Она состоит из почвенных фильтров для вторичного компостирования отходов из биореакторов.
Погреб со входом из дома и люком для загрузки овощей со стороны приусадебного участка имеет типовую конструкцию и используется по традиционному назначению. Ледник выполняется аналогично погребу, но используется для поддержания низких температур в весенне-летний период. В помещении ледника в течение зимы намораживается примерно два кубометра льда из подсоленной воды. Ледники с хорошей теплоизоляцией практически до новых холодов поддерживают отрицательную температуру.
В экодоме предусмотрен зимний холодильник в стене кухни, который в Сибири может заменить обычный холодильник в течение 5 месяцев.
Литература
1. Выдержки из доклада "Развитие энергоэффективного, экологического индивидуального домостроения в России".
2. "Вместе по свету". Сибирский вестник экологического образования №1-2.2000.