Notamos de imediato que esta não é uma descrição de um projeto arquitetônico em funcionamento, mas futurista, mas bastante sensato e respaldado por raciocínios de experiência em imagens sobre o tema “e se?” …
Então, vamos começar:
Um homem está construindo uma habitação desde o momento em que apareceu neste planeta. Assim, sua experiência de construção tem centenas de milhares de anos. Durante este tempo, foram desenvolvidos vários projetos que são perfeitamente aplicáveis às condições de diferentes zonas climáticas, e parece que é impossível criar algo novo. Mas o progresso tecnológico avança constantemente e, recentemente, acelerou tanto que o consumidor médio não tem mais tempo para dominar todos os novos produtos que aparecem como uma avalanche à venda.
Os sistemas solares entram com confiança no ambiente humano. Você não surpreenderá ninguém com fileiras de células solares no telhado de uma casa particular ou em um terreno pessoal. Com base nisso, tentaremos ir mais longe – fazer um experimento mental, ou seja, consideraremos a casa do ponto de vista da introdução máxima de células solares em seu design e repensaremos toda a estrutura do edifício a partir deste ponto de vista.
Então nos propusemos a tarefa de transformar uma casa particular em uma estação solar, ou seja, uma habitação que gera eletricidade com a área máxima de sua superfície. Ao mesmo tempo, descartaremos impiedosamente suas partes tradicionais, se não se beneficiarem do ponto de vista da energia solar (claro, se isso não enfraquecer a força da estrutura) e redirecionaremos os fundos liberados em benefício de nossa ideia.
Se você abordar o processo de conversão de uma habitação em um sistema solar com sabedoria, ou seja, otimizando processos, será possível fazer com que o custo dos materiais de construção não aumente, mas até diminua. Como resultado, as partes remotas da estrutura, é claro, não absorverão seu dinheiro para cuidados anuais no futuro, e as idéias de helio implementadas, pelo contrário, serão gratas a você todos os dias na forma de quilowatts gerados. horas! Isso será possível se repensarmos o desenho da casa para que as células solares assumam parcialmente a função dos elementos estruturais tradicionais usuais.
Agora vamos considerar como um edifício residencial comum mudará se o dissecarmos, levando em consideração nossas tarefas. Para simplificar, vamos pegar um projeto minimizado – uma casa para duas a quatro pessoas. Pode ser um casal de idosos aposentados, ou vice-versa, uma família jovem com um ou dois filhos. Uma casa para uma família tão pequena, por razões lógicas, assume um andar, mas, como regra, uma casa de um andar geralmente se transforma em três níveis durante o processo de design. Isso acontece automaticamente devido à presença de um porão e um sótão. Claro, existem projetos habitacionais absolutamente de um andar com telhados planos em postes. Mas para um edifício solar, um telhado plano não é adequado, pois no inverno os painéis solares são cobertos de neve, e racks especiais teriam que ser feitos para eles. Isso é contrário à ideia principal deste artigo – não acrescentar nada, usar apenas os elementos estruturais existentes e até eliminar rudimentos desnecessários. Quanto aos postes, vamos deixá-los e transformá-los em pilhas, o que nos dará uma grande vantagem, como veremos mais adiante. À luz de nossas ideias revolucionárias, iremos ainda mais longe – para simplificar ainda mais o design, removeremos até o primeiro andar clássico e veremos o que pode resultar dele.
O edifício, como é conhecido ou desconhecido, é um sistema “solo-fundação-paredes-telhado”, por isso começamos a percorrer os componentes deste sistema a partir de baixo.
1. Solo e fundação.
Os solos são diferentes, principalmente mal adaptados para a construção. Muitas vezes, na construção privada moderna, para nivelar as propriedades nocivas do solo, eles cavam um enorme poço e erguem um bunker subterrâneo de concreto armado chamado porão, e alguns desenvolvedores até conseguem construir um de dois andares, o que leva a enormes custos financeiros, tempo e mão de obra já na primeira fase de construção.
Por isso, despedimos esta fase com indignação! Mas o que há em troca? E em troca – aquelas colunas, que já foram mencionadas acima e que transformamos em pilhas e depois pegamos e alongamos indecentemente até o teto.
Para fazer isso, recorremos à experiência para a construção moderna de arranha-céus. Os arranha-céus são construídos até sobre areia movediça.Um arranha-céu moderno fica sobre estacas que se elevam até o céu, intercaladas com tetos de concreto armado.
O design é forte, rígido e resistente a terremotos. Do que se segue logicamente que para nossas tarefas é adequado com uma grande margem. Além disso, é muito mais tolerante à natureza caprichosa dos solos, de modo que o sistema de estacas definitivamente passa a moldar em nosso projeto.
Vamos tomar essa tecnologia como base, reduzindo-a a uma seção.
O que isso nos dá? Proteger as pilhas do congelamento e da umidade é muito mais barato do que proteger um porão ou fundação sólida. Não é difícil fazer pilhas; para uma casa particular, dois ou três trabalhadores com uma betoneira e uma máquina de solda são suficientes.
Janelas com vidros duplos são instaladas entre as estacas com muita facilidade, rapidez e baixo custo (em comparação com o trabalho de concreto armado), e temos um corredor iluminado sob nossa casa, no qual podemos colocar uma estufa, garagem, café, piscina, oficina, e assim por diante, e até mesmo instalar painéis solares!
Se esta sala não for residencial, você pode deixar o chão de terra ou preenchê-lo com areia ou cascalho, o que é incomensuravelmente mais barato que as fundações de concreto armado. Nesse caso, sob as fileiras de paredes de vidro, será necessário construir uma fundação de concreto ou concreto armado rasa e estreita, praticamente autoportante, que alguns construtores pouco qualificados podem esculpir rapidamente e sem muito esforço. A principal tarefa desta cerca é impedir que as janelas se dobrem sob seu próprio peso e sirvam de obstáculo à penetração de umidade, roedores e insetos, portanto, não é necessária muita força aqui. Pode até ser feito de estruturas em série prontas, por exemplo, de seções padrão baratas de cercas de concreto.
Em vez de paredes de pedra sombrias que exigem isolamento, reboco, pintura, temos uma alta tecnologia moderna que não suga dinheiro para manter sua aparência, mas, ao contrário, produz quilowatts-hora de eletricidade todos os dias.
As paredes de vidro do porão exigem pouca ou nenhuma manutenção além de limpeza ocasional de pó ou mangueira, o que é muito mais divertido do que reboco.
Os oponentes podem objetar que os intrusos podem facilmente entrar no prédio através das paredes de vidro.
Vamos contestar.
Em primeiro lugar, os modernos sistemas de vigilância por vídeo e outros sistemas de segurança são tão perfeitos que nem todo intruso ousará tal ato de vandalismo. E em segundo lugar, se o desenvolvedor está de olho em uma casa civilizada e de alta tecnologia do futuro, ele deve cuidar tanto da proteção do objeto quanto da região civilizada do planeta para sua colocação.
Outros críticos dirão que uma casa transparente é desconfortável, toda a vida está à vista. Bem, por exemplo, a lateral geralmente pode ser feita de vidro opaco, porque temos uma usina de energia em primeiro lugar, e uma casa legal é como um desperdício de produção! E, a propósito, ninguém cancelou as persianas e persianas também. Aqui, persianas de proteção para vitrines são perfeitas. Além disso, não se esqueça que somos fãs de energia solar, e todas as partes das paredes onde o olhar dos espectadores ociosos deve ser inacessível, podemos cobrir com painéis solares, deixando apenas as partes onde os caixilhos das janelas de abertura devem ser descobertos . Aqui, o espaço para a imaginação não é limitado por nada – é possível qualquer combinação de painéis solares internos e externos com persianas e persianas de proteção.
A propósito, quando os painéis solares estão localizados do lado de fora, eles se transformam automaticamente em cercas de proteção, o que também corresponde à ideia principal de nossa pesquisa – aumentar a funcionalidade dos painéis solares. Neste caso, eles realmente desempenham a função de paredes.
Se janelas com vidros duplos de várias câmaras forem instaladas em um porão de vidro, as perdas de calor podem diminuir tanto que começam a tender incontrolavelmente a zero. O calor da Terra servirá como um reservatório que equilibra as flutuações diárias de temperatura. O sistema pode eventualmente estabilizar de tal forma que a perda de calor durante a noite será compensada pela radiação solar diurna, e o ambiente dificilmente será resfriado à noite. Esse design funciona como um diodo semicondutor – o calor do sol entra nele, pois as paredes são transparentes, então ele se acumula no piso de terra, mas não sai, porque encontra forte resistência dos vidros multicâmaras.
E não levamos em conta o trabalho dos painéis solares! Se você conectá-los durante o dia, por exemplo, a emissores infravermelhos voltados para a superfície do piso, isso fornecerá um bom suprimento de calor para compensar o resfriamento noturno. O excesso de energia pode ser distribuído entre os pisos, tanto para aquecimento como para outras necessidades domésticas. Se a casa estiver localizada em uma zona de clima muito frio e for aquecida periodicamente por um fogão, graças ao nosso porão de vidro duplo, o aquecimento ocorrerá rapidamente e o calor será retido por um longo tempo devido ao design de várias câmaras de vidro transparente paredes.
Existe outra maneira adicional de acumular energia. Se uma piscina for construída no centro do porão e for aquecida por aquecedores conectados a painéis solares, a água, famosa por sua capacidade de aquecimento, será um armazenamento de calor ainda mais significativo do que a terra.
A capacidade calorífica da água pode ser ilustrada referindo-se a antigas tecnologias militares. Sabe-se que as metralhadoras refrigeradas a ar superaqueceram rapidamente e exigiram canos intercambiáveis em uma batalha prolongada, enquanto as metralhadoras refrigeradas a água não falharam por mais tempo e permaneceram prontas para o combate mesmo quando a água ferveu. A partir deste exemplo, pode-se ver que a água é capaz de conter uma enorme quantidade de calor. Suponha que nesta piscina no porão haja uma temperatura de cerca de 30 graus Celsius, então a temperatura na sala será estabilizada por essa piscina em 25 graus, como um acumulador de calor, e a protegerá das flutuações diárias de temperatura. A piscina pode ser usada em paralelo para a criação de peixes ou anfíbios amantes do calor, o que pode proporcionar uma renda adicional aos felizes habitantes de uma casa ensolarada. Mas, neste caso, não será possível aquecer a temperatura a níveis elevados, pois os habitantes podem começar a protestar. Aqui os proprietários terão que escolher o que é mais interessante para eles – água morna para aquecimento ou uma incubadora gigante para o crescimento de cachalotes.
Bem, se a vegetação tropical crescer ao redor da piscina, a piscina criará condições úmidas confortáveis para as plantas. As plantas subaquáticas também são uma área interessante para negócios e interiores exóticos.
Voltando à ideia de organizar um café, é óbvio que em tais condições poderia ser bastante original, por exemplo, com a possibilidade de pescar diretamente desta piscina sob o arco de palmeiras, bananas e cipós.
E se os lótus são cultivados na piscina, podem ser realizadas sessões de meditação para mergulhadores.
Os painéis solares podem ser colocados em três lados de um edifício, abrangendo os lados leste, sul e oeste para aproveitar toda a eclíptica. (A eclíptica é uma linha imaginária no céu que o sol deixaria para trás se pudesse deixar vestígios).
Agora vamos considerar este projeto do ponto de vista dos custos materiais e tecnológicos para sua construção. Imagine que este subsolo foi construído de acordo com o esquema clássico adotado em muitos países do espaço pós-soviético.
Um desenvolvedor comum geralmente começa com terraplanagem global – cava um poço ou trincheira abaixo da profundidade de congelamento, que é em média cerca de um metro e meio. Isso requer o uso de uma escavadeira e um trator. No nosso caso, não precisamos ir tão fundo, pois as estacas mancais ficam dentro do subsolo e não são expostas a baixas temperaturas. Basta entrar no solo até a profundidade desejada, que é calculada com base nas propriedades do solo e no peso do edifício. É claro que, se o proprietário decidir construir uma usina doméstica em um pântano, as pilhas precisarão de uma boa profundidade para que se tornem estáveis devido às inúmeras ligações moleculares com a turfa. Neste caso, a ideia de uma piscina torna-se problemática, embora existam várias opções…
Nossas pilhas dentro do porão, que na verdade cresceram de pilhas em colunas, têm propriedades úteis adicionais – é fácil instalar divisórias entre elas, sólidas e a céu aberto, e podem servir como suporte para painéis solares e itens de interior.
Vidros externos de janelas com vidros duplos de várias câmaras podem ser instalados tanto em esquadrias de plástico fornecidas pelo fabricante da janela quanto em outras estruturas de isolamento térmico. Podem ser molduras de madeira feitas de madeira grossa ou colunas feitas de outros materiais modernos de isolamento térmico. Como o envidraçamento ocupa a maior parte das paredes, o custo de esquadrias de vários tipos será insignificante. As paredes multi-câmaras que economizam energia praticamente não estão sujeitas a influências atmosféricas, ao contrário das paredes tradicionais de pedra ou estrutura. Pois bem, outra vantagem muito importante é a rapidez de sua construção. A instalação de paredes transparentes de nossa estrutura é muitas vezes mais rápida do que os tradicionais pesadelos de terra e concreto armado.
2. Piso residencial.
Agora vamos passar suavemente para o piso ou pisos residenciais. Para suavidade, voltemos ao nosso plinto avançado mais uma vez para observar outra característica importante. Sabe-se que o ar mais quente da sala está localizado diretamente sob o teto, a uma distância de 5 a 10 centímetros de sua superfície. Para os moradores de edifícios de vários andares, esse é um fenômeno muito infeliz, porque é quente, não apenas fora do alcance, mas também aquece os vizinhos odiados de cima, o que é especialmente irritante. Mas no nosso caso – os vizinhos de cima – este é o nosso principal espaço de vida, e se o piso for uma membrana de concreto armado apoiada em nossas estacas, obteremos automaticamente um praticamente “piso quente”. A espessura do piso de concreto armado no nosso caso, segundo os cálculos, está dentro de cinco centímetros, ou seja, aquecerá facilmente quase à temperatura do piso inferior. Se a temperatura em nosso pedestal tropical sob o teto for de cerca de trinta graus Celsius, o piso aquecerá até cerca de vinte e cinco graus, e isso corresponde aos padrões de temperatura para pisos quentes.
Nesta fase de nossa história, surge uma situação interessante – teoricamente ainda não construímos um piso residencial, mas já temos calor livre no piso.
O piso residencial pode ser feito em praticamente qualquer solução arquitetônica, pois o temos sobre uma base bastante estável. Mas como a nossa obra não se dedica a arcadas, janelas de sacada e torreões, mas ao aproveitamento máximo das superfícies da casa para o desenvolvimento da radiação solar e com um investimento mínimo, vamos considerar o projeto mais simples – um telhado de duas águas tradicional, que vamos levar e instalar em nosso porão transparente. Dentro deste prisma estará o piso residencial principal e acima dele – um sótão, que se forma automaticamente devido à intersecção geométrica das linhas.
Como planejado no início, nos livramos da sala clássica – salas delimitadas por paredes externas verticais, porque nossa principal tarefa é transformar excessos arquitetônicos em eletricidade solar. Além disso, as paredes verticais externas são uma fonte de frio no inverno e calor no verão, por isso as deixamos sem arrependimentos. Eles têm os mesmos problemas que as paredes de um porão de concreto – precisam ser rebocados, pintados, isolados por fora e por dentro, para que estejam condenados. Sem paredes, sem problemas.
“Cantos surdos” entre as paredes internas da sala e o telhado os preencherão com material isolante de calor, o que tornará a casa ainda mais econômica.
A entrada para a sala de estar pode ser localizada tanto dentro do porão (uma escada em espiral no meio da nossa selva parecerá bastante harmoniosa) quanto do lado de fora.
Pelas escadas exteriores chegamos primeiro à varanda e depois aos aposentos. Duas entradas e saídas criarão um conforto adicional para os habitantes da casa se decidirem brincar de esconde-esconde.
Então, com um telhado de duas águas, temos duas empenas, que são duas das quatro paredes externas do espaço principal. Nos livramos de dois, com os quais estamos muito satisfeitos.
O sistema de vigas de telhado de duas águas tem alta resistência devido à sua seção triangular. Estando firmemente fixado ao piso de concreto armado, torna-se ainda mais forte e as forças da gravidade apenas o beneficiam, pressionando-o firmemente contra a base. Daí resulta que os frontões não requerem características especiais de resistência, pelo que podem ser autoportantes. E, claro, eles são simplesmente obrigados a nos fornecer a oportunidade de bombear energia de nossa luminária montando nossas amadas células solares sobre elas e ao redor delas. Neste caso, seria útil fornecer frontões com varandas. Como queremos montar painéis solares em todos os lugares possíveis e impossíveis, os trilhos da varanda nos proporcionam uma conveniência muito conveniente para isso. Faz sentido tornar as grades da varanda baratas – a céu aberto, pois os painéis solares desempenharão a função de fechamento, que novamente corresponde ao nosso plano – a interseção das funções do sistema solar com as estruturas do edifício.
As varandas também são boas porque criam conforto ao montar as células solares e facilitam a manutenção posterior das mesmas nas empenas do edifício, pois não serão necessários andaimes ou escadas para isso.
Em termos de economia, uma parede tipo caixilharia de aglomerado com isolamento no interior pode ser mais barata, mas exigirá trabalhos de reboco por dentro e por fora, o que acabará por igualar o preço, e em termos de duração da obra, claro, ultrapassará a instalação rápida de janelas, então cabe a você decidir ao proprietário, o que está mais perto de seu gosto – alta tecnologia ou estilo “lar doce lar”.
Também pode ser bom fazer frontões a partir de toras, que têm não apenas baixa condutividade térmica e aparência exótica, mas também cuidados subsequentes mínimos. Os vernizes e tintas modernos para madeira permitem manter uma aparência elegante das paredes por um período de operação suficientemente longo.
Para manter o calor do piso acumulado do piso quente inferior o máximo possível, você pode fazer pisos autonivelantes. Mas se o proprietário é um fã ardente do parquet de olmo do pântano, ele terá que instalar dispositivos de aquecimento adicionais.
3. Telhado.
Em nosso projeto de um edifício com telhado de duas águas, o telhado é adjacente às paredes dos quartos. Por um lado, isso é ruim, pois tira parte do espaço vital e, por outro lado, isso possibilita um isolamento adicional.
A parte principal do telhado é o telhado, que assume a principal função de proteção do edifício das influências atmosféricas. Além disso, esta é muitas vezes a parte mais espetacular da casa, então o desenvolvedor gasta uma quantia considerável em materiais de cobertura e sua instalação, que custa aproximadamente o mesmo.
E aqui aplicamos nosso conceito chamado – frente ao sol! Tiramos e cobrimos toda a superfície do telhado com painéis solares!
Graças à energia solar, conseguimos uma enorme redução no preço das coberturas e trabalhos de cobertura, pois não precisamos de materiais de cobertura bonitos e duráveis!
No nosso caso, o telhado simplesmente não é visível. Portanto, uma base simplesmente impermeável é suficiente, com a qual a ardósia mais surrada ou até mesmo o material de cobertura em um suporte de madeira compensada pode lidar.
Dado que o telhado será fechado à radiação solar, chuva, granizo e neve por painéis solares, sua durabilidade aumentará várias vezes. Assim, o dinheiro que deveria ter sido gasto na compra, entrega e instalação de telhas ou outro material de cobertura, estamos redirecionando para equipamentos para células solares.
Como há uma grande variedade de tamanhos de painéis solares, você pode escolhê-los de forma que cubram cem por cento da superfície livre do telhado, com exceção de janelas, escotilhas, coifas e chaminés. E como geralmente estamos discutindo neste artigo sobre uma construção promissora, o telhado também pode ser projetado levando em consideração os tamanhos padrão disponíveis de células solares.
A enorme superfície do telhado permitirá que você colete uma quantidade tangível de eletricidade mesmo em dias nublados. Não é necessário construir uma casa com um telhado muito inclinado, porque no inverno estará coberta de neve e nosso edifício solar perderá o significado de sua construção. Em nosso projeto de pesquisa, definimos a inclinação média – cerca de quarenta e cinco graus.
Uma opção de telhado de galpão também pode ser considerada. Ele será inclinado para o sul em um ângulo calculado, permitindo extrair o máximo dos painéis solares em um determinado ponto do planeta. Então teremos uma absolutamente “casa ensolarada” que impressiona os transeuntes com seu notório futurismo. Mas, por enquanto, decidimos pelos contornos mais familiares de um edifício residencial.
Até agora, o artigo se concentrou na operação de uma casa de força em condições de inverno. Mas e o período de verão de sua operação? Nesse modo, os painéis solares funcionarão para resfriar o prédio, fornecendo eletricidade para condicionadores de ar ou outros sistemas de controle climático. Janelas com vidros duplos de várias câmaras impedirão que o excesso de calor entre do lado de fora, e a piscina pode servir como um acumulador de excesso de calor ou um resfriador de ar se a água for resfriada à força devido ao excesso de eletricidade no verão.
Conclusões.
Como resultado de nossa pesquisa, fica claro que, com uma abordagem tão extraordinária ao design, a habitação produtora de energia, economizadora e armazenadora de energia não requer resquícios do passado como fundação, porão, paredes e telhados. Além disso, uma casa construída com esses estudos em mente exigirá um tempo de construção muito menor, além de equipamentos de construção e investimentos de capital. A casa acabou sendo leve, arejada e até exótica em alguns lugares, e oferece aos seus moradores muitas oportunidades de realizar suas fantasias.
Para completar, o edifício exigirá menos dinheiro e esforço para manter e consumirá muito menos energia para sustentar a vida no inverno e criará um excedente no verão. Dados específicos sobre esses indicadores dependem do local de sua implantação geográfica.
E o mais importante, tal moradia criará excelentes oportunidades para seus proprietários brincarem de esconde-esconde, além de pular sapos, que de fato foi o assunto oculto de nossa pesquisa.
P.S.
E é assim que o Sol o vê:
Observação
O artigo foi criado de forma a evocar emoções de gostar e não gostar, mas ao mesmo tempo informativo, embora com inclusões controversas.