Выбор при проектировании рациональной формы зданий

При прочих равных условиях наименьшие потери и поступления теплоты через наружные ограждения присущи зданиям круглым и квадратным в плане, цилиндрической, кубической или сферической формы. Такие здания при одной и той же площади обладают меньшей поверхностью наружных стен, чем здания в форме параллелепипеда с прямоугольным планом.

В 40-х годах Н.С. Ермолаев [Проблемы теплоснабжения и отопления многоэтажных зданий. – М.: Госстройиздат, 1949. -200с.] указал метод проектирования зданий с «условно минимальными теплопотерями», и их высоту, м, выразил формулой:

а размер стороны основания, м, формулой

V_Н – наружный объем здания, м³;

K_ПР – приведенный коэффициент теплопередачи, Вт/(м² °С) , горизонтальных наружных ограждений

k_ПР = (a*k_ПЛ + в*k_ПТ) / k_Э

а, в – поправочные множители на расчетную разность температур соответственно для верхнего перекрытия и пола;

k_Э— приведенный коэффициент теплопередачи вертикальных ограждений

k_Э = k_С + р_ОСТ (k_O – k_С)

k_С, k_О, k_ПЛ, k_ПТ – коэффициент теплопередачи соответственно стен, окон, пола и потолка;

р_ОСТ – коэффициент остекления.

Н.С. Ермолаев учитывал, что в то время строительство зданий с условно минимальными теплопотерями было возможно «лишь в частных случаях» [Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественный и жилых зданиях. – М: Стройиздат, 1982. – 312с].

Уменьшение потерь и поступлений теплоты через наружные стены квадратных и круглых в плане зданий по сравнению с прямоугольными в первом приближении можно оценить, пользуясь графиком изменения относительных периметров. Прямоугольному в плане зданию, стороны которого относятся друг к другу как 10:1, соответствуют равные по площади квадратное и круглое здания, периметры которых меньше на 43 и 50%.

Относительная величина периметров квадрата и круга, равновеликих по площади (S = const) прямоугольнику

1 – Р = Р_КВ / Р; 2 – Р = Р_КР / Р

По мнению ряда специалистов, в ближайшие годы все больше будет проявляться тенденция к проектированию и строительству общественных зданий пирамидальной, цилиндрической, сферической и каплеобразной форм, позволяющих получать экономию строительных материалов на ограждения и уменьшать расходы теплоты и холода на системы кондиционирования, вентиляции и отопления.

В промышленном строительстве по технологическим соображениям широко применяется блокирование производств в крупномасштабных зданиях. Так, в главном корпусе Волжского автомобильного завода размерами в плане 2×0,5 км осуществляются различные процессы производства автомобилей. В этом корпусе, естественно, наибольшие потери и поступления теплоты происходят через покрытие.