Сразу заметим, что это не описание рабочего архитектурного проекта, а футуристические, но вполне здравые и подкрепленные опытом рассуждения в картинках на тему «а что, если?» …
Итак, начнем:
Жилище человек строит с того момента, как появился на этой планете. Таким образом, его строительный опыт исчисляется сотнями тысяч лет. За это время разработаны многочисленные конструкции, оптимально применимые к условиям разных климатических зон, и, казалось бы, уже ничего нового придумать невозможно. Но технический прогресс уверенно идет вперед, а в последнее время он так ускорился, что средний потребитель уже не успевает осваивать все новинки, которые лавинообразно появляются в продаже.
Гелиосистемы уверенно входят в среду обитания человека. Уже никого не удивишь рядами солнечных элементов на крыше частного дома или на приусадебном участке. Исходя из этого, мы попробуем пойти дальше — заняться мысленным экспериментом , а именно — рассмотрим дом с точки зрения максимального внедрения в его конструкцию солнечных элементов и переосмыслим всю конструкцию здания с этой точки зрения.
Итак ставим перед собой задачу – превратить частный дом в солнечную станцию, то есть жилище, которое вырабатывает электроэнергию максимальной площадью своей поверхности. При этом безжалостно отбросим его традиционные части , в случае, если они не приносят пользу с точки зрения солнечной энергетики ( конечно, если это не ослабляет прочность конструкции) и перенаправим высвободившиеся средства на благо нашей идеи.
Если подойти к процессу переоборудования жилища в гелиосистему с умом, то бишь оптимизируя процессы, то появляется возможность сделать так, что стоимость стройматериалов не только не увеличится, а даже уменьшится. В результате чего удаленные части конструкции, естественно , в дальнейшем не будут поглощать ваши деньги на ежегодный уход, а внедренные гелио-идеи наоборот, будут ежедневно вам благодарны в виде выработанных киловатт-часов! Это станет возможным, если переосмыслить конструкцию дом так, чтобы солнечные элементы частично взяли на себя функцию привычных традиционных элементов конструкции.
Теперь рассмотрим, как изменится обычный жилой дом, если препарировать его с учетом наших задач. Возьмем для простоты минимизированный проект — дом для двух-четырех человек. Это может быть пожилая пара на пенсии, либо наоборот, молодая семья с одним или двумя детьми. Дом для такой небольшой семьи, из логических соображений, предполагает одноэтажность, но, как правило, одноэтажный дом в процессе проектирования обычно превращается в трехуровневый. Это происходит автоматически из-за наличия подвала и чердака. Конечно, существуют абсолютно одноэтажные проекты жилья с плоскими кровлями , стоящего на столбиках. Но для солнечного здания плоская кровля плохо подходит, так как зимой солнечные батареи заметает снегом, и для них пришлось бы изготавливать специальные стойки. Это противоречит первичной идее данной статьи – ничего не добавлять, задействовать только имеющиеся элементы конструкции и даже устранить ненужные рудименты. Что касается столбиков, то мы их оставим и превратим в сваи, что даст нам отличное преимущество, как станет видно далее. В свете наших революционных идей мы пойдем еще дальше — для еще большего упрощения конструкции уберем даже классический первый этаж, и посмотрим, что из этого может выйти.
Здание, как известно, либо неизвестно, представляет собой систему «грунт-фундамент-стены-крыша», поэтому начинаем движение по составным частям этой системы снизу.
1. Грунт и фундамент.
Грунты бывают разные, в основном плохо приспособленные для стройки. Зачастую в современном частном строительстве, чтобы нивелировать вредоносные свойства грунта, роют огромный котлован, и возводят железобетонный подземный бункер, под названием подвал, а некоторые застройщики даже умудряются соорудить двухэтажный, что приводит к огромным финансовым, временным и трудовым затратам уже на первой стадии строительства.
Поэтому эту фазу мы с негодованием отметаем! Но что же взамен? А взамен — те столбики, о которых уже говорилось выше и которые мы превращаем в сваи а затем берем и неприлично удлиняем аж до потолка.
Для этого обратимся за опытом к современному высотному строительству. Высотные здания сооружают даже на зыбучих песках.Современный высотный дом стоит на сваях, которые вздымаются в небеса, перемежаясь железобетонными этажными перекрытиями.
Конструкция крепкая, жесткая, сейсмоустойчивая. Из чего логически следует , что для наших задач она подходит с большим запасом. Кроме того, она гораздо более терпимая к капризному характеру грунтов, поэтому свайная система однозначно проходят кастинг в нашем проекте.
Возьмем за основу эту технологию, урезав ее до одной секции.
Что это нам дает? Защитить сваи от промерзания и промокания гораздо дешевле, чем защитить сплошной подвал или фундамент. Изготовить сваи несложно, для частного дома вполне достаточно двух-трех рабочих с бетономешалкой и сварочным аппаратом.
Между сваями очень легко, быстро и недорого (по сравнению с железобетонными работами) устанавливаются стеклопакеты, и мы получаем под нашим домом светлый холл, в котором можно разместить оранжерею, гараж, кафе, бассейн, мастерскую и так далее, и даже установить солнечные батареи!
В случае, если это помещение будет не жилое, то можно оставить грунтовой пол, либо засыпать его песком или щебнем, чтоо неизмеримо дешевле железобетонных оснований. В этом случае, под рядами стеклянных стен ,будет необходимо соорудить неглубокий и неширокий практически самонесущий бетонный или железобетонный фундамент, который быстро и без особых усилий способна изваять пара строителей невысокой квалификации. Основная задача этого ограждения – не дать прогнуться окнам под собственной тяжестью и служить препятствием для проникновения внутрь влаги, грызунов и насекомых, поэтому большой прочности здесь не потребуется. Его даже можно изготовить из готовых серийных конструкций, к примеру, из недорогих стандартных секций от бетонных заборов.
Вместо угрюмых каменных стен, которые требуют утепления, штукатурки, покраски, мы получаем современный хай-тек, который не сосет деньги поддержание своего внешнего вида, а наоборот, ежедневно выдает киловатт-часы электроэнергии.
Стеклянные стены подвала практически не требует ухода, за исключением периодического протирания пыли или мойки из шланга, что намного веселее штукатурных работ.
Оппоненты могут возразить, что через стеклянные стены в здание легко могут проникнуть злоумышленники.
Возразим.
Во-первых, современные системы видеонаблюдения и другие охранные системы настолько совершенны, что не всякий злоумышленник отважится на подобный акт вандализма. А во-вторых, если застройщик замахнулся на высокотехнологичный, цивилизованный дом будущего, то ему следует позаботиться и о защите объекта, и о цивилизованном районе планеты для его размещения.
Другие критики заявят, что прозрачный дом — это некомфортно, вся жизнь на виду. Ну, например, сторона вообще может быть из непрозрачного стекла, ведь у нас в первую очередь электростанция, а прикольный дом – это как бы отходы производства! И, кстати, жалюзи и роллеты тоже никто не отменял. Здесь отлично подойдут защитные роллеты для витрин магазинов. Кроме того, не забываем, что мы же фэны солнечной энергетики, и все части стен, куда должен быть недоступен взор праздношатающихся зевак, мы можем закрыть солнечными панелями, оставив незакрытыми только те части, где предполагаются открывающиеся створки окон. Здесь простор для фантазии ничем не ограничен – возможны любые сочетания внутренних и наружных солнечных батарей с защитными роллетами и жалюзи.
Кстати, при наружном расположении солнечных батарей, они автоматически превращаются в защитные ограждения, что к тому же соответствует первичной идее наших исследований — повышению функциональности солнечных панелей. В этом случае, они фактически выполняют функцию стен.
Если в таком стеклянном цокольном этаже установить многокамерные стеклопакеты, то теплопотери могут снизиться настолько, что начнут неудержимо стремиться к нулю. Тепло земли будет служить емкостью, выравнивающей суточные колебания температуры. Система, в конечном счете, может стабилизироваться таким образом, что потери тепла за ночь будут компенсироваться дневной солнечной радиацией, и помещение почти не будет охлаждаться в ночное время. Эта конструкция работает подобно полупроводниковому диоду – тепло от солнца в нее заходит , поскольку стены прозрачные, далее аккумулируется в земляном полу, но не выходит, поскольку встречает сильное сопротивление многокамерного остекления.
И это еще мы не учли работу солнечных батарей! Если днем их подключить , например, к инфракрасным излучателям, направленных на поверхность пола, то это даст хороший запас тепла для компенсации ночного охлаждения. Лишнюю энергию можно распределять между этажами, как для отопления , так и для других бытовых нужд. Если дом окажется расположен в очень холодной климатической зоне и будет периодически подтапливается печью, то благодаря нашему стеклопакетному подвалу, прогревание будет происходить быстро и тепло будет долго удерживаться благодаря многокамерной конструкции прозрачных стен.
Есть еще один дополнительный способ аккумуляции энергии. Если в центре цокольного этажа устроить бассейн, и он будет подогреваться нагревателями, подключенными к солнечным батареям, то вода, которая славится своей теплоемкостью, будет еще более значительным накопителем тепла, чем земля.
Проиллюстрировать теплоемкость воды можно отсылкой к старым военным технологиям. Известно, что пулеметы с воздушным охлаждением перегревались достаточно быстро и требовали сменных стволов в условиях затяжного боя, в то время, как пулеметы с водяным охлаждением не выходили из строя более продолжительное время и сохраняли боеспособность даже когда вода закипала. Из этого примера видно, что вода способна вместить в себя огромное количество тепла. Предположим, что в этом бассейне в цокольном этаже будет температура около 30 градусов Цельсия, то температура в помещении будет стабилизироваться этим бассейном на уровне 25 градусов, как аккумулятором тепла, и защищать его от суточных колебаний температуры. Бассейн можно параллельно использовать для разведения теплолюбивых рыб или земноводных, что может дать дополнительный доход счастливым обитателям солнечного дома. Но этом случае нельзя будет подогревать температуру до высоких уровней, так как обитатели могут начать протестовать. Тут хозяевам придется выбирать, что им интереснее — теплая вода для отопления или гигантский инкубатор для выращивания кашалотов.
Ну, а если вокруг бассейна будет произрастать тропическая растительность, то бассейн создаст комфортные влажные условия для растений. Подводные растения — тоже интересная область как для бизнеса, так и для экзотического интерьера.
Возвращаясь к идее организации кафе, то очевидно, что в таких условиях оно могло бы получиться достаточно оригинальным, например, с возможностью рыбной ловли прямо из этого бассейна под сводом пальм , бананов и лиан.
А если в бассейне выращиваются лотосы, то в нем можно проводить сеансы медитации для водолазов.
Солнечные панели можно разместить с трех сторон здания , охватив восточную, южную и западную стороны, чтобы использовать всю эклиптику. (Эклиптика – это воображаемая линия на небосводе, которую оставило бы за собой солнце, если бы оно умело оставлять следы).
Теперь рассмотрим эту конструкцию с точки зрения материальных и технологических затрат на его строительство. Представим, что этот цокольный этаж был построен по классической схеме, принятой во многих странах постсоветского пространства.
Обычный застройщик обычно начинает с глобальных земляных работ – роет котлован или траншею ниже глубины промерзания, что в среднем составляет порядка полутора метров. Это требует задействования экскаватора и бульдозера. В нашем случае нам не нужно настолько углубляться, поскольку несущие сваи находятся внутри цоколя и не подвержены воздействию низких температур. Нам достаточно войти в грунт на нужную глубину , которая рассчитывается, исходя их свойств грунта и веса здания. Конечно, если хозяин решит построить дом-электростанцию на болоте, то сваи потребуются изрядной глубины, дабы они приобрели устойчивость за счет многочисленных молекулярных связей с торфом. В этом случае, идея бассейна становится проблематичной, хотя и тут возможны различные варианты…
Наши сваи внутри цокольного этажа , которые уже фактически из свай выросли в колонны, обладают дополнительными полезными свойствами – между ними легко устанавливать перегородки, как сплошные, так и ажурные, и они могут служить опорой и для солнечных панелей и для предметов интерьера.
Наружное остекление из многокамерных стеклопакетов может быть установлено, как в пластиковых рамах, предусмотренных изготовителем окон, так и в других теплоизоляционных конструкциях. Это могут быть деревянные рамы из толстого бруса, или колонны из других современных термоизоляционных материалов. Поскольку остекление занимает основную площадь стен, стоимость рам различного типа будет незначительной. Энергосберегающие многокамерные стены практически не подвержены атмосферным воздействиям, в отличие от традиционных каменных либо каркасных стен. Ну и еще очень важное преимущество – скорость их возведения. Монтаж прозрачных стен нашего сооружения в разы быстрее, чем традиционные земляные и железобетонные кошмары.
2. Жилой этаж.
Теперь плавно перейдем к жилому этажу или этажам. Для плавности еще раз вернемся к нашему передовому цоколю, чтобы отметить еще одну важную особенность. Известно, что самый теплый воздух в помещении находится прямо под потолком, на расстоянии 5-10 сантиметров от его поверхности. Для жителей многоэтажных домов это весьма прискорбное явление, ибо это тепло, мало того, что вне досягаемости, так еще и греет ненавистных соседей сверху, что особо раздражает. Но в нашем случае – соседи сверху – это наше основное жилое помещение, и если пол представляет собой железобетонную мембрану, покоящихся на наших сваях , то мы автоматически получаем практически «теплый пол». Толщина железобетонного перекрытия в нашем случае по расчетам находится в пределах пяти сантиметров, то есть она легко прогреется почти до температуры нижнего этажа. Если в нашем тропическом цоколе под потолком температура будет порядка тридцати градусов Цельсия, то пол будет прогреваться примерно до двадцати пяти градусов, и это соответствует стандартам температуры теплых полов.
На этой стадии нашего повествования возникает интересная ситуация — мы теоретически еще не построили жилой этаж, а уже имеем бесплатное тепло в полу.
Жилой этаж может быть выполнен практически в любом архитектурном решении, ведь он у нас стоит на достаточно устойчивом основании. Но поскольку наш опус посвящен не аркадам, эркерам и башенкам, а максимальному использованию поверхностей дома для освоения солнечного излучения и при минимальных вложениях, то мы рассмотрим простейшую конструкцию – традиционную двускатную крышу, которую возьмем да и водрузим на наш прозрачный подвал. Внутри этой призмы разместится основной жилой этаж и над ним — чердачок, который автоматически образуется из-за геометрического пересечения линий.
Как и планировалось в начале, мы избавились от классического помещения — комнат ограниченных вертикальными наружными стенами, ведь наша основная задача – превратить архитектурные излишества в солнечное электричество. К тому же, наружные вертикальные стены – это источник холода зимой и жары летом, поэтому уходим от них без сожаления. Они имеют те же проблемы, что и стены бетонного подвала – их нужно штукатурить, красить, утеплять снаружи и внутри, поэтому они обречены. Нет стен – нет проблем.
«Глухие углы» между внутренними стенами помещения и кровлей позволят заполнить их теплоизолирующим материалом, что сделает дом еще более энергосберегающим.
Вход в жилое помещение можно расположить как внутри цокольного этажа ( винтовая лестница посередине наших джунглей будет смотреться вполне гармонично) так и снаружи.
По наружной лестнице мы попадаем сначала на балкон, а потом уже в жилое помещение. Два входа-выхода создаст обитателям дома дополнительный комфорт, если они вздумают поиграть в прятки.
Итак, при двускатной крыше мы имеем два фронтона, которые представляют собой две из четырех наружных стен основного жилого пространства. От двух мы избавились, чему весьма рады.
Стропильная система двускатной крыши имеет высокую прочность за счет своего треугольного сечения. Будучи надежно скрепленной с железобетонным перекрытием, она становится еще прочнее и силы гравитации только идут ей на пользу, надежно прижимая к основанию. Из чего следует, что фронтоны не требуют особых прочностных характеристик, поэтому они вполне могут быть самонесущими. Ну и конечно, они просто обязаны предоставить нам возможность выкачивать энергию из нашего светила путем монтирования на них и вокруг них наших обожаемых солнечных элементов. В этом случае полезно было бы снабдить фронтоны балконами. Так как мы желаем крепить солнечные батареи на всех возможных и невозможных местах, балконные ограждения предоставляют нам для этого весьма удобное удобство. Балконные ограждения есть смысл сделать недорогими – ажурными, так как ограждающую функцию выполнят солнечные панели, что опять же соответствует нашему замыслу – взаимопересечение функций гелиосистемы со строительными конструкциями.
Балконы хороши еще тем, что создадут комфорт при монтировании солнечных элементов и облегчат дальнейший уход за ними на фронтонах здания, так как для этого не нужны будут строительные леса или лестницы.
С точки зрения экономии, стена каркасного типа из древесностружечных плит с утеплителем внутри может оказаться дешевле, но она потребует штукатурных работ внутри и снаружи, что в итоге уравняет цену, а по продолжительности работы, конечно же, превзойдет быстрый монтаж окон, так что здесь решать хозяину, что ему ближе по душе – хайтек или стиль «дом милый дом».
Также неплохим может оказаться изготовление фронтонов из бревен, которые обладают не только малой теплопроводностью и экзотическим видом, но и минимальным последующим уходом. Современные лаки и краски для дерева позволяют сохранять опрятный вид стен в течение достаточно продолжительного периода эксплуатации.
Чтобы максимально сохранить тепло от пола, аккумулированное с нижнего теплого этажа, можно сделать наливные полы. Но если хозяин ярый поклонник паркета из болотного вяза, ему придется установить дополнительные отопительные приборы.
3. Крыша.
В нашей конструкции здания с двускатной крышей, кровля примыкает к стенам комнат. С одной стороны это плохо, так как забирает часть жилой площади, а с другой стороны это дает возможность для дополнительного утепления.
Главной частью крыши является кровля, которая берет на себя основную защитную функцию здания от атмосферных воздействий. Кроме того, это зачастую самая эффектная часть дома, поэтому застройщик тратит немалую сумму на кровельные материалы и на их монтаж, который стоит примерно столько же.
И тут мы применяем нашу концепцию под названием — вперед к солнцу! Мы берем и закрываем всю поверхность крыши солнечными батареями!
Благодаря солнечной энергетике мы приходим к огромному снижению цены кровли и кровельных работ, так как нам не потребуются красивые и долговечные кровельные материалы!
В нашем случае кровли попросту не видно. Поэтому вполне достаточно просто непромокаемой основы, с чем справится самый затрапезный шифер или даже рубероид на подложке из фанеры.
Учитывая, что кровля будет закрыта от солнечной радиации, дождя, града и снега солнечными панелями, ее долговечность увеличится в несколько раз. Таким образом, деньги, которые должны были уйти на закупку, доставку и монтаж черепицы или другого кровельного материала мы перенаправляем на оборудование для солнечных элементов.
Поскольку размеров солнечных панелей имеется великое множество, можно подобрать их таким образом, что они закроют сто процентов свободной поверхности крыши, за исключением окон, люков, вытяжек и дымовых труб. А так как мы вообще рассуждаем в этой статье о перспективном строительстве, то и крышу можно спроектировать с учетом имеющихся типоразмеров солнечных элементов.
Огромная поверхность крыши позволит собирать ощутимое количество электроэнергии даже в пасмурные дни. Не стоит сооружать дом с сильно пологой крышей, так как в зимнее время она будет покрыта снегом и наше солар-здание потеряет смысл своего сооружения. В нашем исследовательском проекте мы заложили средний уклон — порядка сорока пяти градусов.
Также можно было бы рассматривать вариант односкатной крыши. Она будет наклонена к югу под расчетным углом , позволяющим выжать из солнечных батарей максимум в данной точке планеты. Тогда мы получим абсолютно «солнечный дом» поражающий прохожих своим отъявленным футуризмом. Но мы пока остановились на более привычных очертаниях жилого строения.
До сих пор в статье делался упор на работу дома-электростанции в зимних условиях. А как же летний период его эксплуатации? В этом режиме солнечные батареи будут работать на охлаждение здания, питая электротоком кондиционеры или другие системы климат-контроля. Многокамерные стеклопакеты будут препятствовать заходу избыточного тепла снаружи, а бассейн может служить аккумулятором избыточного тепла, или охладителем воздуха, если вода в нем будет принудительно охлаждаться за счет избыточной летней электроэнергии.
Выводы.
В результате наших исследований становится понятно, что при таком неординарном подходе к проектированию, энерговырабатываюшему, сберегающему и энергонакопительному жилью совершенно не требуются такие пережитки прошлого, как фундамент, подвал, стены и кровля. Кроме того, дом, построенный с учетом этих исследований, потребует гораздо меньших сроков строительных работ, а также строительной техники и капиталовложений. Дом получился светлый, воздушный и даже местами экзотический, и он предоставляет своим жильцам массу возможностей для воплощения своих фантазий.
В довершение всего здание будет требовать меньше средств и усилий на свое обслуживание, а также потреблять гораздо меньше энергии на поддержание жизнеобеспечения зимой, а летом создаст ее излишки. Конкретные данные по этим показателям зависят от места его географической дислокации.
И главное, такое жилище создаст отличные возможности своим хозяевам для игры в прятки, а также в чехарду, что на самом деле и являлось скрытым предметом наших исследований.
Постскриптум.
А вот так его видит Солнце:
Примечание
Статья создавалась таким образом, чтобы вызвать как лайковые, так и дизлайковые эмоции, но в то же время познавательная, хотя и со спорными вкраплениями.