ISBN 966-7343-29-5 К.305

УДК 531.0
ББК 22.311
  К.305

Оптимизация тепловых потерь при выборе проекта дома или коттеджа
Оптимизация отапливаемого пространства и общей геометрии дома

   Одним из вариантов экономии энергии, расходуемой на отопление индивидуального дома, является грамотный выбор общей геометрии коттеджа или отапливаемого дачного домика. Среди популярных элементов дизайна - всевозможные эркеры, башенки и дома неправильной формы в виде буквы Г, П или Т-образные. Они позволяют отклониться от простой прямоугольной формы, сделать архитектурный дизайн дома более привлекательным и оригинальным.

В коттеджном или дачном строительстве для разнообразия дизайна предлагается следующая схема отклонения от классического прямоугольника - план первого этажа выполняется как выступ в форме букв Г, Т, П или даже крестообразные в плане дома.

   Будущему владельцу проекта дома, расписывая достоинства подобной формы, говорят, что такая форма неправильная улучшает потребительские характеристики. Увеличивается площадь дома и т.п.

   На самом же деле потребительские качества конструкций данного типа ухудшаются - уменьшается площадь дома по сравнению с исходным прямоугольником.

   Если рассмотреть классический в плане дом прямоугольной формы и дом в форме буквы Г, вписанный в прямоугольник такой же формы, размеров и площади, можно заметить - дом Г-образной формы значительно уступает классическому прямоугольнику в потребительских характеристиках. Общая длина наружных стен и фундамента для рассматриваемых домов одинаковая, а общая площадь у дома Г-образной формы меньше (на схеме - зачеркнутый белый прямоугольник).

   Чем больше размеры и площадь фактически потерянной площади (белый зачеркнутый прямоугольник), тем менее экономичным по всем параметрам является проект. Поскольку площадь наружных стен у дома строго прямоугольной формы и у дома Г-образной формы абсолютно одинаковые - размер тепловых потерь через наружные стены при отоплении этих двух домов также одинаковый.

   На отопление Г-образного дома меньшей площади будет расходоваться практически столько тепла, сколько и на отопление помещений прямоугольного дома. Произведем соответствующие расчеты и рассмотрим примеры.

   Рассмотрим классический дом строгой прямоугольной формы, у которого противоположные стороны совпадают по длине и равны:

   AD = BC и AB = CD

   Рассмотрим такой дом Г-образной формы, у которого соответствующие стороны BC и CD совпадают по длине со сторонами прямоугольного дома. Чтобы достроить Г-образный дом до прямоугольника, мы продлили его стороны BP и DR до пересечения в точке A (обозначено пунктиром). Таким образом, мы вписали Г-образный дом в прямоугольник аналогичных размеров, у которого

   AD = BC и AB = CD

   Периметр стен прямоугольного дома рассчитывается по формуле:

   П прямоуг. = 2 х AB + 2 х BC

   Периметр стен Г-образного дома рассчитывается по формуле:

   П Г-обр. = AB + CD + DR + ER + BP + PE

   Перегруппируем слагаемые:

   П Г-обр. = AB + CD + (DR + PE) + (BP + ER)

   Учитывая, что для выреза прямоугольной формы выполняется:

   BP + ER = AB и DR + PE = BC

   можно получить длину периметра стен Г-образного дома:

   П Г-обр. = AB + CD + BC + AB = 2 х AB + 2 х BC = П прямоуг.

   Мы доказали, что длина всех наружных стен (периметр здания) в обоих рассмотренных случаях совершенно одинаковый. Для двух домов потребуется абсолютно одинаковый объем строительных материалов для возведения наружных стен и фундамента под ними, почти одинаковые расходы на возведение наружных стен и фундамента и одинаковое количество окон для освещения внутренних помещений обоих домов.

   Площадь прямоугольного дома рассчитывается по формуле:

   S прямоуг. = AB х BC

   Площадь Г-образного дома рассчитывается по формуле:

   S Г-обр. = AB х BC - PE х ER

   Очевидно, что чем больше размер бесполезного выреза у Г-образного дома (зачеркнутый белый прямоугольник), тем меньше полезная площадь дома по сравнению с правильным прямоугольником. При этом длина наружных стен у обоих домов одинаковая.

   Если дом Г-образной формы отапливаемый, то, как рассматривалось ранее, размер тепловых потерь дома в отопительный сезон зависит от площади наружных стен. Чем больше эта площадь теплопотерь - тем выше реальные расходы на поддержание температуры и отопление дома. Предположим, что высота стен обоих домов одинаковая и равна H.

   Поскольку периметр внешних стен у обоих домов совпадает, тепловые потери через наружные стены будут одинаковыми. Так как площадь Г-образного дома меньше, отопление каждого квадратного метра будет обходиться дороже.

   Эффективность геометрической конструкции дома в аспекте тепловых потерь можно оценивать отношением площади тепловых потерь дома (наружных стен, крыши и пола под фундаментом) к полезной площади дома, которую можно использовать под жилье. Чем ниже коэффициент E, тем экономичнее является общая геометрическая конструкция дома с точки зрения тепловых потерь в расчете на каждый квадратный метр площади дома.

   Эффективность E = Sтеплопотерь / Sдома

   Для прямоугольного дома показатель эффективности стен составит:

   Эффективность E прямоуг. = 2 х (AB + BC) x H / (AB х BC)

   Для Г-образного дома показатель эффективности стен составит:

   Эффективность E Г-обр. = 2 х (AB + BC) x H / (AB х BC - PE х ER)

   Очевидно, что для отапливаемого дома Г-образной формы коэффициент тепловых потерь через наружные стены будет значительно выше, чем у прямоугольного дома, причем с ростом размеров и площади "мертвого" выреза коэффициент E будут расти. А значит, будут расти и фактические удельные затраты владельца на отопление каждого квадратного метра - дом оказывается неэкономичным и неэффективным в эксплуатации.

    Еще одним недостатком дома Г-образной формы с "мертвой" зоной является значительное усложнение конструкции крыши и увеличение ее площади - а значит, дополнительный рост затрат владельца. Для плана домов Т-образной, крестообразной формы и других состоящих из прямоугольных элементов планов домов рассуждения проводятся аналогично.

   То, что частные дома с неэффективными "мертвыми" зонами уступают по эксплуатационным качествам домам классической прямоугольной формы, заметили китайцы. Они выразили свои представления в оригинальной и непривычной для европейцев форме - в виде набора рекомендаций теории фэн-шуй. Среди массы спорных и сомнительных постулатов выделяется достаточно разумный подход анализа геометрии плана жилого дома.

   Теория фэн-шуй предлагает следующий алгоритм анализа недостатков общей геометрии плана дома. Нужно нарисовать на листе бумаги план своего дома (можно рисовать на компьютере и т.п.). Если план дома и сам дом имеют неправильную форму, рекомендуется продолжить стены и дорисовать его до прямоугольника или квадрата.

   По представлениям китайцев, если план всего дома имеет квадратную, прямоугольную или любую другую "правильную" симметричную форму, его "багуа" будет представлено идеально и полностью - значит, жизнь в таком доме принесет счастье. Если же форма дома неправильная, есть "мертвые зоны" - такие зоны называются "ущербными" - это, по мнению китайцев, может создать проблемы в различных областях жизни людей. По мнению поклонников теории фэн-шуй, жизнь приходит в упадок после возведения пристройки, из-за чего "багуа" дома нарушилось и возникли "ущербные" ("мертвые") зоны. Или все пошло "как по маслу" после того, как владельцы пристроили новое помещение на месте пропущенной ("мертвой") зоны.

   Положения теории фэн-шуй нельзя воспринимать всерьез, но строгий математический анализ показывает - народный опыт может базироваться на реальных основаниях. Дом прямоугольной, квадратной и другой "правильной" формы является оптимальным по совокупности параметров - как с точки зрения затрат на строительство, так и с точки зрения эксплуатации в холодном климате и расходов на отопление. На приведенных выше планах периметр (длина наружных стен) всех строений абсолютно одинаковый.

   Что делать европейцу, который хочет иметь дом сложной формы? Не имеет смысл отказываться от выигрышного дизайна. Достаточно построить дом с капитальными стенами правильной прямоугольной формы без "мертвой зоны", полноценно теплоизолировать все стены, а на облегченном фундаменте сделать "легкую" пристройку - частично или полностью остекленную веранду, летний сад или иную не капитальную конструкцию без отопления.

   Главный "секрет" - не экономить на капитальных стенах, примыкающих к легкой постройке, они должны иметь точно такую же конструкцию и толщину теплоизоляции, как и остальные внешние стены дома. Выходная дверь на такую пристройку должна быть изолирована от холода и двойной.

   Типичной ошибкой, которая ведет к повышению тепловых потерь дома и роста затрат на отопление, является не оправданное облегчение конструкций и теплоизоляции капитальных стен, примыкающие к легким и не отапливаемым зимой помещениям (верандам и т.п.). Если примыкающие к ним капитальные стены дома "облегчить", в прилегающих помещениях дома будет холоднее.

   Владелец должен лично проконтролировать, чтобы и в строительных планах, и при постройке дома конструкция и теплоизоляция всех наружных капитальных стен была абсолютно одинаковой вне зависимости от того, будет ли строиться дополнительная не отапливаемая пристройка к дому или нет. Он должен категорически настаивать на возведении полноценных конструкций. Только в этом случае расходы на отопление дома не возрастут.

   Ориентировав легкую постройку, примыкающую к капитальным стенам дома, на восточную, южную и западную сторону, можно получить прекрасное естественное солнечное освещение через сплошное остекление пристройки. Ориентировать легкую постройку подобного рода на север не рекомендуется, но если нет другого варианта - она должна быть минимальной.

   Владелец получит несомненный выигрыш - легкую постройку можно сделать практически любого дизайна и форм без ограничений полета фантазии и с любым остеклением, как неполным, так и сплошным панорамным - "от фундамента до крыши". Полноценно использовать такую конструкцию для проживания можно в теплое время года 6-9 месяцев в году. В холодное время года постройка выступит дополнительным "буфером" и поможет сэкономить тепло в доме при обязательном условии, что конструкция всех примыкающих к ней капитальных стен жилого отапливаемого дома не облегчалась.

   Оптимальная с точки зрения строительства и отопления прямоугольная конструкция будет визуально закрыта "летними помещениями". Если часть остекления выполнить с зеркальным светоотражающим покрытием, тогда под сложной конфигурацией внешних стеклянных конструкций никто не увидит эргономичный и экономичный "прямоугольник" отапливаемого дома.

   Если дом расположен на южном склоне - легкая каскадная пристройка с раздвижными окнами и жалюзи от пола до потолка защитит дом от излишней жары и инсоляции летом, одновременно сделав дизайн дома неповторимым. Затраты на некапитальную постройку намного ниже, чем на капитальную конструкцию. Аналогичным образом можно оформить и общий вход в дом.

   Еще одним неоспоримым преимуществом устройства не отапливаемых облегченных пристроек и использования сплошного остекления является постоянно растущая в мире мода на стеклянные и зеркальные фасады и техническая возможность эффектно остеклять большие массивы пространства. Банк готовых проектов коттеджей не успевает за современной модой и бурным развитием современных строительных технологий. Остекление и расчет летних не отапливаемых конструкций нужно поручать только тем фирмам, которые специализируются на дизайне и установке конструкций подобного рода.

   Таким образом, мы установили, что любые выступающие конструкции очень негативно сказываются на функциональных характеристиках дома. Но если будущий владелец желает иметь такие популярные элементы дизайна дома, как эркер или угловую башню и не готов пожертвовать ими ради общей функциональности, нужно искать компромиссное решение.

   Чтобы не жертвовать популярными элементами дизайна и получить наилучший результат, необходимо просто оптимизировать их конструкцию.

   Чрезмерно мелкий по глубине или слишком выступающий эркер круглой либо трапецеидальной формы является неоптимальным ни по площади, ни по расходу стройматериалов, ни по потерям тепла. От устройства эркера не оптимальной конструкции нужно отказываться - оптимизация эркера очень простая.

   Чтобы сделать эркер качественным, получить максимальный выигрыш площади при минимальных затратах на строительство и отопление, максимальный трехсторонний обзор через оконные проемы эркера и выигрыш освещения помещения, нужно выбирать оптимальную геометрию.

   Любой эркер с точки зрения геометрии получается путем сложения исходного прямоугольника и шестиугольника или круга. Из всех возможных шестиугольников самым оптимальным является равносторонний шестиугольник, который всеми вершинами вписывается в круг (по аналогии с квадратом, который наиболее оптимален из всех четырехугольников).

   У равностороннего (так называемого "правильного") шестиугольника наибольшая площадь при наименьшем периметре (сумме длин всех сторон). Именно правильный шестиугольник является наиболее оптимальной фигурой, которая позволяет получить максимально возможную площадь при минимально возможных затратах на строительные материалы и отопление эркера.

   У правильного шестиугольника, изображенного на схеме, все стороны равны, а все углы составляют по 120o. Эркер можно делать любого размера при условии сохранения оптимальных пропорций сторон и углов. Именно такие углы наклона обеспечивают наиболее равномерный обзор со всех окон эркера:

   AD = CD = CB = R - длины внешних стен эркера равны.

   Фундаментальным свойством, которым обладает любой правильный шестиугольник, является то, что радиус описанной вокруг него окружности (как на схеме) равен длине любой из его сторон:

   AD = AO = BO = CO =DO = R - радиус окружности и длина стороны.

   Поэтому произвести разметку "правильного" эркера на местности перед закладкой фундамента чрезвычайно просто - нужно отметить на веревке длину одной из сторон эркера, закрепить конец веревки в центральной точке О, которая находится на мысленном продолжении стены здания, и провести полукруг от стены до стены дома. Мы получим дугу и точки A и D. Затем закрепляем конец веревки в точке А и проводим еще одну небольшую дугу, пересекающую полукруг эркера в точке B. Закрепив конец веревки в точке D и повторив процедуру, мы получим точку C. Соединив полученные точки, мы получим очень точную разметку эркера на месте.

   Длина трех сторон правильного эркера на 50% больше длины стены, которая могла быть на места этого эркера. То есть на две части длины простой стены приходится три части длины стены эркера. Периметр эркера:

   P эркер = AD + CD + CB = 3 x R - длина трех сторон эркера

   Глубина эркера правильной формы рассчитывается по формуле:

   H эркер = AD x sin 60o = 0,87 x R, где R - радиус окружности и сторона.

   Площадь эркера рассчитывается по следующей формуле:

   S эркер = 0,5 х (AB + CD) x H

   S эркер = 0,5 х 3 x R2 x sin 60o = 1,3 x R2 - для правильного эркера.

   Площадь правильного эркера составляет половину площади правильного шестиугольника, а периметр эркера - соответственно половину периметра правильного шестиугольника. При постройке эркера самым важным является максимальное сохранение пропорций и правильность начальной разметки.

   Общий периметр стен дома, рассчитанных без учета эркера, нужно уменьшить на два радиуса эркера (или две длины стены эркера), учитывая таким образом уменьшение длины стены, и прибавить длину стен эркера:

   P дом с эркером = P дом без эркера + P эркера - 2 х R

   P дом с эркером = P дом без эркера + R = P дом без эркера + AB

   Площадь, которую добавит "правильный" эркер к зданию, составит:

   S эркера = 1,3 x R2

   S дом с эркером = S дом без эркера + 1,3 x R2

   Любые отклонения от приведенной схемы, использующей половину правильного шестиугольника, влекут снижение оптимальности конструкции. Если эркер сделать чрезмерно мелким (малая глубина), мы не получим ни выигрыша площади, ни увеличение угла обзора из окон эркера.

   Если эркер сделать еще более выступающим и увеличить его глубину, мы добьемся непропорционального увеличения охлаждаемой поверхности и неоправданное увеличение затрат на отопление выступающей конструкции (см. изложение в начале данной главы). Любое отклонение от приведенных значений углов в 120o уменьшит процент эффективной площади эркера.

   Мы доказали, что использование методов оптимизации геометрии эркера позволяет не только оптимизировать эксплуатационные показатели, но и упростить процесс начальной разметки при строительстве. Соблюдение углов в 120o - гарантия визуальной строгости и соразмерности пропорций эркера.

   Если эркер делается в форме дуги, нужно использовать половину круга, как показано на схеме. Аналогичными рассуждениями можно показать, что строгая половина круга обеспечит оптимальное соотношение площади эркера и площади его внешних стен при сохранении наилучшего угла обзора. Для полукруглого эркера рекомендуется делать круговое панорамное остекление.

   Форму крыши для эркера можно делать по желанию заказчика - либо устанавливать отдельную крышу по каскадному принципу, либо продолжить пологий скат крыши, которая заходит на эркер. В любом из этих вариантов крыша эркера утепляется на общем основании в обязательном порядке.

   Эркер выполняется на юго-восточной, южной или юго-западной стене здания, чтобы обеспечить максимальное естественное солнечное освещение и использовать все преимущества данной архитектурной формы. В домах и индивидуальном строительстве нужно избегать эркеры с северной стороны.

   Основным отличием конструкции эркера и башни является то, что эркер строится вдоль одной стены здания, а башня - непосредственно на углу здания, то есть на пересечении двух стен.

   Если эркер продлить вверх и установить на него индивидуальную крышу наподобие башенки, с визуальной точки зрения эркер превратится в башенку, но по сути конструкции продолжит оставаться полукруглым или шестигранным эркером - в этом случае применяются принципы строительства и оптимизации конструкции для эркера, а не башни. Внешне такой эркер станет похожим на очень оригинальную башню.

   Угловые башни и башенки в современных коттеджах скорее служат напоминанием о средневековье и данью традиции, нежели выполняют функциональную роль. В отличие от старых замков, которые в случае осады превращались в крепости, башни в современных коттеджах не отделяются стеной от внутренних помещений дома и являются их непосредственным продолжением (наподобие эркера).

   Все башни в современных жилых коттеджах не имеют внутренних стен, отделяющих их от жилых помещений. Таким образом, они украшают здание снаружи и позволяют использовать полезные площади внутри. Однако, хотя общие принципы постройки башен и эркеров сходны, башни имеют свои особенности оптимизации конструкции из-за углового расположения.

   Большинство угловых башен и башенок, которые сильно осложняют эксплуатацию коттеджей, сегодня выполняются с серьезными нарушениями геометрических пропорций и по геометрии конструкции не являются оптимальными. Одной из наиболее типичных ошибок является чрезмерное удаление центра башни от стен дома, при котором башня будет чрезмерно холодной и нефункциональной, либо чрезмерное заглубление башни внутрь, при котором она становится не заметна и визуально теряется.

   В том случае, когда центр башни выходит за пределы стен здания, эксплуатация такой конструкции причиняет много проблем - резко возрастает внешняя площадь тепловых потерь, пространство внутри становится давящим или просто нефункциональным.

   В месте контакта округлой стены чрезмерно выступающей наружу башни и капитальной стены дома в отопительный сезон может сформироваться крайне неблагоприятный режим и микроклимат.

   Реальным решением проблемы является размещение центра круглой башни строго на углу (на пересечении продолжения линий стен) или даже внутри помещения, но не снаружи.

   Если планируется построить угловую башню, имеющую много граней, необходимо остановиться на использовании правильного восьмиугольника.

   Шестиугольник может быть недостаточным, так как с определенных ракурсов шестиугольник визуально воспринимается как четырехугольник.

   Если количество стен и углов многоугольника превышает восемь, они могут слиться между собой. Многоугольник с нечетным количеством сторон (например, 7 или 9) не удобен в строительстве на этапе предварительной разметки фундамента.

   На этапе разметки фундамента правильный восьмиугольник также очень удобен, он имеет внутренние углы по 135o и внешние углы по 45o. Поэтому для многоугольной башни оптимально базовое использование правильной фигуры: 8 сторон и 8 углов (как основы строительной схемы).

   Чтобы получить оптимальную конструкцию и благоприятный режим вдоль стен, исключить их отсыревание и излишнее охлаждение, а также обеспечить хороший обзор и естественное освещение всех помещений, выступающая часть многоугольной башни должна состоять из 5 граней, как показано на схеме.

   Две наиболее выступающие стены башни параллельны стенам дома. Башня, приведенная на схеме, имеет очень гармоничную, эргономичную и чрезвычайно устойчивую - а значит и наиболее оптимальную по совокупности параметров конструкцию из всех возможных угловых многосторонних башен для коттеджа.

   Окна устанавливают по панорамному принципу на 4 из 5 стен башни, что обеспечит максимально эффективный обзор и освещение башни. Окна не устанавливают только на наименее освещенной стороне башни, которая непосредственно прилегает к одной из стен коттеджа и хуже всего освещена. Если башня ориентирована на юг, можно устанавливать полное панорамное остекление на всех 5 стенах башни - самый оптимальный режим освещения.

   Для того, чтобы оптимизировать и улучшить расположение круглой угловой башни и расположить ее центр, можно воспользоваться принципами визуальных пропорций. Либо разместить центр башни строго на углу здания так, чтобы стены башни и стены дома сходились под прямым углом 90o, как показано на схеме, либо использовать принцип "золотого сечения".

   Если основной угол обзора коттеджа и угловой башни большой и башня равномерно просматривается со всех сторон извне (например, дом стоит на пригорке или на перекрестке дорог), то наиболее оптимальным является размещение центра башни на углу здания в месте схождения продолжений стен. Такая башня максимально допустимо выступает за пределы коттеджа, сохраняя нормальные эксплуатационные характеристики. Стены башни и стены дома сходятся при этом под прямым углом 90o.

   Если коттедж расположен вдоль дороги или на склоне холма, то угловая башня просматривается в основном с одной стороны (направление доминирующего обзора обозначено жирной стрелкой). В этом случае наиболее оптимальным с точки зрения визуальных пропорций будет использование "утопленного" в дом центра башни и принципа "золотого сечения".

   Со стороны доминирующего обзора центр башни должен заходить в дом на одну треть радиуса башни или на 33% размера радиуса. С той стороны, с которой башня осматривается реже, башня "утапливается" сильнее, ее центр должен заходить в дом на две трети радиуса башни или на 66% радиуса. Центр башни размещен в пределах дома асимметрично, в пропорции "золотого сечения", ориентируясь на доминирующее направление обзора дома извне.

   Мы не рекомендуем превышать указанные значения по каждому из параметров, так как это негативно скажется на визуальных характеристиках угловой башни. Существенные отклонения от двух приведенных оптимальных конфигураций расположения башни не рекомендуются - они не позволят получить ожидаемый выигрыш, но заметно ухудшат визуальные характеристики дома с башней и значительно осложнят процесс проведения разметки.

   Чрезмерно острые и высокие крыши угловых башен не рекомендуется теплоизолировать - это увеличивает площадь потерь тепла здания. Чтобы минимизировать тепловые потери зимой и воздействие жары летом, утепляют перекрытия и делают "холодный" чердак.

   Чтобы улучшить эксплуатационные характеристики крыши, облегчить ее монтаж, исключив налипание мокрого снега и оледенение, а также срыв крыши башни штормовыми порывами ветра, угол наклона скатов выбирают равным 60o. В проекции крыша образует равносторонний ("правильный") треугольник. Это также улучшает ее визуальное восприятие.

   

   Чтобы произвести правильную разметку круглой башни радиуса R, стоящей на углу здания, нужно разметить стены до угла включительно, поместить в полученный угол конец веревки, закрепить его и при помощи веревки длины R провести большую дугу от одной стены до другой.

   AO = BO = R - заданный радиус башни.

   Разметка круглой башни, стоящей на углу, не представляет сложностей и не требует проведения математических расчетов и вычислений. Ее периметр равен 3/4 периметра круга.

   Периметр стен круглой башни радиуса R вычисляется по формуле:

   P башня = 0,75 x (2 x pi x R) = 4,64 x R, где pi = 3,1416 - постоянная.

   Общий периметр стен дома, рассчитанных без учета угловой башни, нужно уменьшить на два радиуса башни, учитывая уменьшение длины двух соседних угловых стен, и прибавить периметр стен угловой башни:

   P дом с башней = P дом без башни + P башня - 2 х R

   P дом с башней = P дома без башни + 2,64 x R

   Площадь, которую добавит круглая угловая башня к зданию, составит:

   S башня = 0,75 х pi x R2 = 2,35 x R2

   S дом с башней = S дом без башни + 2,35 x R2

   Таким образом, мы провели общий математический расчет параметров дома с круглой угловой башней, центр которой совпадает с гипотетическим углом дома. Разметка такой башни не представляет затруднений. К недостаткам круглой башни рассмотренной конструкции относится достаточно большой расход строительного материала и заметное увеличение площади наружных стен, что повышает уровень теплопотерь дома.

   Чтобы правильно разметить и рассчитать угловую башню на основе правильного восьмиугольника с 5 внешними гранями и круглую башню, размещенную по принципу "золотого сечения", потребуются математические расчеты. С точки зрения расхода строительных материалов и экономии тепла зимой в отопительный период эти две конструкции башен более экономичны.

   

   Произведем расчет угловой башни на основе восьмиугольника с 5 внешними (видимыми и устанавливаемыми) гранями.

   Обозначим R радиус окружности, описанной вокруг правильного восьмиугольника. Числовое значение радиуса R задается в проекте. Центр окружности обозначим буквой О. Тогда

   AO = BO = R - заданный радиус

   Угол AOB = 360o / 8 = 45o

   Рассчитаем размер стороны башни:

   AB2 = AO2 + BO2 - 2 x AO x BO x cos 45o = 2 х R2 х (1 - cos 45o)

   AB = 0,765 x R - размер одной из сторон угловой башни.

   Периметр внешних стен башни вычисляется по формуле:

   P башня = 5 x (0,765 x R) = 3,83 x R

   Чтобы башня имела оптимальное расположение, центр О окружности, описанной вокруг башни, должен отступать от каждой из стен здания на расстояние половины длины одной из сторон правильного восьмиугольника:

   CD = OD = AB / 2 = 0,383 x R - размер отступа центра О.

   Необходимо рассчитать величину CD по приведенной выше формуле, отступить это расстояние от разметки каждой из двух угловых стен внутрь и отметить центр окружности O. При помощи веревки длины R нужно разметить полную окружность с центром в О, в которую будут вписаны элементы башни. Можно заметить, что величина отступа близка к "золотому сечению".

   Далее из точки пересечения окружности и разметки стены A при помощи веревки длины AB = 0,765 x R отмечаем точку B. Из точки B аналогично размечаем следующий угол башни G и т.д.

   При правильном выполнении разметки мы дойдем до второй стены дома, и на ней должна оказаться последняя точка разметки. Все 5 полученных отрезков одинаковые по длине. Две из 5 сторон башни должны находиться строго параллельно стенам дома. Стены башни примыкают к стенам дома под углом 45o - этим тоже можно воспользоваться при построении разметки.

   Площадь, которую добавит рассматриваемая башня к зданию, составит:

   S башня = 2 x AB x DF + 3 x DF 2 / 2 - добавляемая площадь

   где DF = AB x sin 45o и AB2 = 2 х R2 х (1 - cos 45o)

   Вычислим значение добавляемой площади S башня :

   S башня = 2 x AB2 x sin 45o + 3 x AB2 x sin2 45o / 2

   S башня = AB2 x (2 x sin 45o + 3 x sin2 45o / 2)

   S башня = 2 х R2 х (1 - cos 45o) x (2 x sin 45o + 3 x sin2 45o / 2)

   Учтем известные значения тригонометрических функций:

   sin 45o = cos 45o = 2 -1/2 = 0,707106...

   Подставив эти значения в формулу площади S башня , получим:

   S башня = R2 х (5 х 2 1/2 / 4 - 1 / 2) = 1,27 х R2

   Длина каждой стороны башни вычисляется по формуле:

   AB = 0,765 x R

   Периметр внешних стен башни вычисляется по формуле:

   P башня = 3,83 x R

   Размер отступов центра О окружности радиуса R от внешних стен дома CD и OD, необходимый для разметки башни, составляет 0,383 x R.

   Общий периметр стен дома, рассчитанных без учета угловой башни, нужно уменьшить на два значения AC, учитывая таким образом уменьшение длины двух соседних угловых стен, и прибавить периметр стен угловой башни. Вычислим значение уменьшения стен дома - длину AC:

   AC = AB + AB x sin 45o = 1,707 x AB

   AC = 1,707 x 0,765 x R = 1,306 x R

   Вычислим общий периметр стен дома с угловой башней:

   P дом с башней = P дом без башни + P башня - 2 х AC

   P дом с башней = P дома без башни + 2,612 x R

   Площадь, которую добавит круглая угловая башня к зданию, составит:

   S башня = 1,27 х R2

   S дом с башней = S дом без башни + 1,27 х R2

   Все расчеты и вычисления были выполнены с округлением до второго знака после запятой. Этой точности вполне достаточно для объективной оценки объемов необходимых строительных материалов и дополнительной площади башни. Все строительные расчеты производятся с разумным округлением.

   Таким образом, можно видеть, что вычисление оптимальной конструкции и начальной разметки угловой башни, имеющей в качестве основы правильный восьмиугольник, требует проведения математических расчетов и выкладок и на практике представляется округляемыми величинами.

   

   Чтобы разметить круглую угловую башню, используя принцип сдвига внутрь дома и пропорцию "золотого сечения", достаточно выбрать радиус окружности R. От одной стены отступаем внутрь одну треть радиуса башни, от второй стены - две трети радиуса башни. Проводим полную окружность.

   При разметке круглой башни по принципу "золотого сечения" важно не перепутать стены. От "главной" стены (ее лучше отметить флажками), расположенной со стороны доминирующего обзора коттеджа (обозначено стрелками), отступаем внутрь дома на одну треть радиуса R.

   AO = BO = R - радиус башни

   DO = 0,33 x R - меньший отступ

   GO = 0,66 x R - больший отступ.

   Невзирая на простоту разметки башни, вычисление изменения площади и периметра здания потребует математических выкладок. Воспользовавшись фиксированными пропорциями между AO, BO, DO и GO и обратными тригонометрическими функциями, найдем значение углов:

   Угол DAO = arcsin 0,33 = 19,5o

   Угол GBO = arcsin 0,66 = 41,5o

   Величина "полезного" развернутого угла AOB = 209o

   Периметр внешней стороны башни вычисляется по формуле:

   P башня = 209o x pi x R / 180o = 3,65 x R

   Дополнительная площадь башни вычисляется по формуле:

   S башня = 209o x pi x R2 / 360o - S AOD - S BOG - S OGCD

   S AOD + S BOG + S OGCD = 0,5 x R2 x cos (41,5o - 19,5o) + 2 x R2 / 9

   S башня = 1,138 x R2

   Общий периметр стен дома, рассчитанных без учета угловой башни, нужно уменьшить на значения AC и BC, этим учитывая уменьшение длины двух соседних угловых стен, и прибавить периметр стен угловой башни. Вычислим значение, на которое уменьшаются стены дома - величины AC и BC:

   AC = R x cos 19,5o + 0,666 x R = 1,609 x R

   BC = R x cos 41,5o + 0,333 x R = 1,082 x R

   Вычислим общий периметр стен дома с угловой башней:

   P дом с башней = P дом без башни + P башня - AC - ВС

   P дом с башней = P дома без башни + 0,96 x R

   С точностью до округления можно заметить, что периметр всего здания увеличился приблизительно на размер радиуса R круглой башни. Этот интересный результат дает использование принципа "золотого сечения" при размещении центра окружности, формирующей внешнюю стену башни.

   Площадь, которую добавит круглая угловая башня к зданию, составит:

   S башня = 1,138 x R2

   S дом с башней = S дом без башни + 1,138 x R2

   Очевидно, что "утопленная" круглая башня такого типа обеспечивает самый экономичный вариант постройки угловой башни. Если "утопить" башню еще больше, она визуально сольется со стенами дома и перестанет выполнять свои архитектурные функции.

   Если доминирующий обзор коттеджа с башней ограничен определенным направлением и углом обзора порядка 120o-150o, целесообразно сделать наиболее экономичный "утопленный" вариант башни "золотого сечения".

   С точки зрения оптимизации освещения башни рекомендуется строить на юго-восточном, южном или юго-западном углах здания и устанавливать хорошее панорамное остекление с целью максимального использования естественного солнечного света. Башни не рекомендуется устанавливать на углах, ориентированных преимущественно в северном направлении. Не рекомендуется устанавливать башни на углах зданий, если они визуально загорожены от широкого обзора - лучше построить эркер и оформить его дизайн "как башню".

   Таким образом, были рассмотрены формы "выступов" в виде эркеров и башен и способы их оптимизации, изучены особенности Г-, Т- и крестообразных домов различной конфигурации и показано, что от подобных неэффективных конструкций по возможности нужно отказываться либо максимально уменьшать выступы и приближать конфигурацию к прямоугольнику в плане, удаляя из плана капитального дома так называемые "мертвые зоны".

   

   Нерассмотренным остался еще один класс домов индивидуальной застройки, которые имеют П-, P-образную и иную сложную конфигурацию, образующие миниатюрные внутренние дворики и замкнутые с 3 или 4 сторон пространства внутри дома. Общий периметр (сумма длин наружных стен дома) стен домов этого типа превышает периметр прямоугольника, который может быть описан вокруг дома (без учета башен и эркеров).

   То, что хорошо для дворцов, замков, крепостей и многоквартирных домов и может быть функционально оправдано, оказывается непригодным для малых архитектурных форм индивидуальных домов, расположенных в климатической зоне с холодным климатом и не высоким положением солнца над горизонтом.

    В странах с жарким климатом и в оазисах пустынь внутренние дворики популярны и оправданы с функциональной точки зрения - они позволяют сохранить прохладу, создать фонтаны и бассейны, посадить миниатюрные сады, защитив их от губительного влияния пустыни. Они помогают выжить тем, кто живет в суровом пустынном климате.

   В условиях средней климатической зоны, относительно жаркого лета, невысокого положения Солнца над горизонтом и отопительного сезона 5-7 месяцев в году П-, P-образная и иная сложная форма вообще не оправдана.

   В высшей математике существуют противоречащее здравой логике нормального человека семейство так называемых кривых Пеано. Они не имеют самопересечений, но целиком заполняют весь предоставленный им объем, площадь и т.п. Они были придуманы специально, чтобы доказать - в особых случаях кривая может иметь ненулевую площадь. Если предоставить кривой Пеано заполнить квадрат, например размером 10 х 10 метров, она его заполнит полностью (кроме множества меры ноль) и будет иметь площадь, равную 100 кв.м. Все "нормальные" кривые не имеют площади, а имеют только длину.

   Если кривой Пеано разрешить допускать "в виде исключения" некоторые самопересечения, она заполнит предоставленное ей пространство полностью и пройдет абсолютно через все точки предоставленного ей множества (квадрата и т.п. "поля деятельности"). Вот такое интересное и оригинальное семейство кривых.

   Семейство кривых Пеано не может служить основой для подражания при постройке индивидуального коттеджа. В плане внешние стены дома не должны содержать элементы кривых семейства Пеано или быть на них похожими.

   Внешние стены в плане не должны напоминать стенки протяженного и запутанного лабиринта. Стены лабиринта (внешние стены дома) с точки зрения математики рассматриваются как подмножество "патологического" семейства кривых Пеано. Известно, что на ограниченном пространстве можно построить очень запутанный и чрезвычайно протяженный лабиринт - его стены как раз и будет относиться к подмножеству "патологических" кривых Пеано.

   Рассмотрим пример дома-лабиринта индивидуальной постройки, которой можно вписать в прямоугольник. Чтобы рассчитать периметр стен данной конструкции, нужно к периметру прямоугольника, в который вписан дом, прибавить периметр внешних стен дома, относящихся к зонам A, B, C и D.

   Зоны A, B, C и D резко увеличивают расход строительных материалов и формируют микроклимат внутри этих зон. Наибольшей степенью изоляции от внешней среды обладает замкнутый внутренний дворик D. Более подвержен влиянию почти замкнутый внутренний дворик A, куда можно попасть через "лабиринт" (зоны B и C). Из всех внутренних зон дома максимально подвержена влиянию внешней среды зона B, полностью открытая с одной стороны.

   При расчете эффективности тепловых потерь внутренних стен дома сложной конфигурации (из семейства кривых Пеано) применяют понижающие коэффициенты. В зонах A, C и D для всех стен внутри этой зоны понижающие коэффициенты приблизительно одинаковые. В частично открытой зоне B для разных стен понижающие коэффициенты могут заметно различаться.

   В зонах A, B, C и D формируется особый микроклимат за счет частичной или даже полной замкнутости. Безусловно, в отопительный период тепловые потери во внутренних зонах A, B, C и D снижены по сравнению с обычными внешними стенами дома, но они присутствуют, остаются большими и не обеспечивают ни реальную, ни удельную экономию тепла. Оценочный расчет тепловых потерь (или коэффициентов нагревания) зависит от большого числа параметров и на практике допускает только грубую статистическую оценку.

   Описанный тип архитектуры абсолютно недопустим в индивидуальном строительстве средней полосы СНГ при возведении частных жилых домов и отапливаемых коттеджей для 1-2 семей. Вместо строительства разветвленных и запутанных лабиринтов в частном секторе или коттеджном городке, нужно спроектировать максимально компактную и эффективную двух- или трехэтажную постройку с мансардой, эркером или башней и дополнительной "легкой" пристройкой - летним садом. Это позволит максимально реализовать высокие амбиции владельца при сохранении высоких потребительских качеств и эксплуатационных характеристик здания.

   

   © 2008-2017. . Вы можете перепечатывать и использовать данные материалы любым способом без разрешения при условии обязательного указания фамилии автора. Ссылка на сайт не обязательна - материал носит научно-познавательный характер. Использование материалов без указания фамилии автора запрещено. Использование материалов без фамилии автора и источника в дипломах, курсовых, научных статьях и иных подобных работах запрещено.

   Вы можете бесплатно скачать реферат "Оптимизация отапливаемого пространства и общей геометрии дома" (текст этой статьи для печати, rar-распаковывающийся архив). Иллюстрации в кривых: скачать. Не разрешено не указывать источник и фамилию автора при использовании настоящих текстов и материалов студентами в качестве студенческих рефератов и докладов. На сайтах, предлагающих рефераты, допустима только прямая ссылка на настоящую веб-страницу с текстом материала и запрещена прямая ссылка на файл формата .doc, .pdf или копирование файла реферата на посторонний веб-сайт ("прямая выкачка" запрещена). Запрещено взымать деньги, услуги и т.п. за использование материалов настоящего веб-сайта.

 

   

   Удостоверение N 553 / 1987 г. Автор настоящих статей и материалов с 01.09.1985(1977) г. по 22.05.1987 г. прошла дополнительное профессиональное обучение по программе "Машиностроительное черчение" с получением дополнительной профессиональной специальности "Черчение" (спец. аттестация - "отлично"). УПК Киевского района (учебно-производственный комбинат), г. Харьков. Министерство образования УССР (Украина, СНГ).

 

     

   Защита авторских прав на цикл статей - наш сертификат. Для увеличения сертификата кликните изображение мышью. Оказываем помощь в регистрации Ваших авторских прав на литературное произведение, цикл фотографий, информацию научного и иного характера и другое. Авторам - авторские права, оказываем помощь в регистрации и защите Ваших авторских прав в Украине (СНГ), новые услуги Клиентам с 2015-2016 года. Копировать запрещено.

 

     

     

        
       Для увеличения анкеты кликните изображение мышью

       Эксклюзив. Рекомендуем составить комплексную анкету на Ваше литературное произведение, научную работу в форме литературного произведения, диссертации, книги, брошюры, циклы статей, публикации в средствах массовой информации и сети Интернет по материалам Вашего издания. ФИО, название, издательские коды ISBN (если есть), СМИ, анонс и выходные данные издания, цель издания, публикации, владельцы авторских прав, контактные лица и другая информация. Помощь в защитах диссертаций и научных работ и отчетах об авторских правах. Стоимость анализа литературного произведения (книги, статей, диссертации, цикла фото, программы ЭВМ и др.) с составлением анкеты на русском или украинском языке (при факте предоставления произведения в бумажной или электронной форме) — от 640,00 и 720,00 грн. и выше (в зависимости от сложности проверки).

     


     

    Ответственность за нарушение авторских прав строительных норм в Украине (СНГ)

     

       Кодекс Украины об административных правонарушениях

       Статья 96. Нарушение требований законодательства, строительных норм, государственных стандартов и правил во время строительства

       Необеспечение заказчиком осуществления авторского надзора в случаях, когда такой надзор является обязательным согласно требованиям законодательства, -

      влечет за собой наложение штрафа от четырехсот до пятисот необлагаемых минимумов доходов граждан.

       Неподача или несвоевременное представление заказчиком информации о передаче права на строительство объекта другому заказчику, изменение генерального подрядчика или подрядчика, лиц, ответственных при проведении авторского и технического надзора, ответственных исполнителей работ, а также информации о начале выполнения подготовительных или строительных работ и о введении в эксплуатацию законченного строительством объекта в случаях, когда представление такой информации является обязательным, -

      влечет за собой наложение штрафа от семидесяти до ста необлагаемых минимумов доходов граждан.

     

       Статья 96-1. Нарушение законодательства во время планировки и застройки территорий

       6. Осуществление авторского надзора с нарушением требований законодательства -

      влечет за собой наложение штрафа на главного архитектора проекта (архитектора) от четырехсот до пятисот необлагаемых минимумов доходов граждан.

       7. Осуществление технического надзора с нарушением требований законодательства -

      влечет за собой наложение штрафа на лицо, которое осуществляет технический надзор, от четырехсот до пятисот необлагаемых минимумов доходов граждан.

       Действия, предусмотренные частями 6 или 7 этой статьи, совершенные лицом, которое на протяжении года было подвержено административному взысканию за такие же нарушения,

      влекут за собой наложение штрафа на главного архитектора проекта (архитектора), на лицо, которое осуществляет технический надзор, от пятисот до шестисот необлагаемых минимумов доходов граждан.

     


       Научные статьи и материалы научного автора К.305 (Украина, г. Харьков) можно официально заказать в Харьковской универсальной научной библиотеке по адресу: ул. Кооперативная, 13, Харьков, UA-61003, Украина (акт. кода К.305 2009-2016 гг., Харьков, Украина, паспорт гражданки Украины ММ670618, родилась 18 сентября 1970 года и постоянно безвыездно проживает в городе Харькове, Украина, в 1994 году окончила ММФ ХНУ им. В.Н. Каразина, диплом КЗ N 002101, аттестат Р N 586275 об окончании сш N 9 г. Харькова 1987 года).

       В 2009-2017 году у харьковского украинского научного автора К.305 вышли следующие издания:
       УДК 531.0 ББК 22.311 K.305 "Специальные функции математической физики", часть 1 "Функции Бесселя и цилиндрические функции в элементарном изложении с программами вычислений", 2009 г., г. Харьков
       УДК 531.0 ББК 22.311 K.305 "Специальные функции математической физики", часть 3 "Моделирование аномальных и экстраординарных природных и техногенных процессов", 2009 г., г. Харьков
       УДК 549:291,33 ББК 86.41:26.31 К.305 "Всё о камнях и минералах. Магические и лечебные свойства камней", 2009 г., г. Харьков
       Приложение 1 к УДК 549:291,33 ББК 86.41:26.31 К.305 "Контактная и неконтактная литотерапия", 2009-2017 год, г. Харьков (с авторским видеорядом 2010 г. для компьютера)
       Приложение 2 к УДК 549:291,33 ББК 86.41:26.31 К.305 "Магнитотерапия и лечение магнитами", 2009-2017 год, г. Харьков (с авторским видеорядом 2010 г. для компьютера)
       ISBN 966-7343-29-5(4) К.305, 1994-1998, г. Харьков. Восстановленное в 2010 г. автором К.305 издание автора К.305 "Рекуррентные отношения для решений дифференциальных уравнений второго порядка" (защита авторских прав дипломной работы ММФ 1994 года автора К.305, официально выполненное лично автором в 2010 г. - изъятие незаконно внедренного в 1999 году несанкционированного постороннего нелегитимного "левого" кода ББК)
       Другие научные и популяризаторские материалы харьковского научного автора К.305 (Украина) за период 2009-2017 года и ранее можно заказывать в Харьковской универсальной научной библиотеке по адресу: ул. Кооперативная, 13, Харьков, UA-61003, Украина.