ОПТИМАЛЬНА ОРІЄНТАЦІЯ БУДИНКУ ЗА СТОРОНАМИ СВІТУ

Основою для вибору орієнтації будинку є принципи сонячної архітектури, які ґрунтуються на використанні сонячної енергії для опалення та освітлення, а також захисту від небажаного перегріву. В Україні, відповідно до ДБН В.2.2-15:2019 ‘Житлові будинки. Основні положення’, кліматичні умови поділяються на зони з різними показниками тривалості опалювального періоду та середньомісячними температурами. Наприклад, для центральних регіонів України (Київська область) середньорічна сонячна інсоляція на горизонтальну поверхню становить близько 1100 кВт*год/м², з піком у літні місяці. Важливо враховувати, що інтенсивність сонячного випромінювання на вертикальні поверхні суттєво різниться залежно від орієнтації: південні фасади отримують максимум взимку, західні – влітку після обіду, східні – вранці. Північні фасади, як правило, отримують мінімум прямого сонячного світла, але максимально розсіяне освітлення. При проєктуванні необхідно максимально відкривати південні фасади для зимового сонячного теплонадходження (passive solar gain) та мінімізувати площу вікон на північних, а також контролювати інсоляцію на східних і західних фасадах, щоб уникнути літнього перегріву. Оптимальне розташування будинку на ділянці та його архітектурно-планувальні рішення, такі як розмір та тип вікон, виносні елементи (козирки, балкони), повинні інтегруватися в єдину концепцію. Це дозволить суттєво знизити залежність від активних інженерних систем та досягти високих показників енергоефективності, що відповідає стандартам ZEB (Zero Energy Building).

Правильна орієнтація будинку має вирішальне значення для оптимізації теплового балансу та, відповідно, для проєктування систем опалення. Південні фасади, що отримують найбільше сонячного випромінювання в зимовий період, можуть забезпечити до 20-30% потреб в опаленні за рахунок пасивного сонячного теплонадходження. Це знижує необхідну розрахункову теплову потужність системи опалення, що відображається у зменшенні витрат на обладнання та експлуатацію. Відповідно до ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій повинен враховувати орієнтацію фасаду, його площу, а також коефіцієнти теплопередачі (U-value) матеріалів та вікон. Наприклад, вікна з низьким коефіцієнтом U (до 0.8 Вт/(м²·К)) на південній стороні з високим коефіцієнтом сонячного теплонадходження (g-value > 0.5) будуть ефективно пропускати сонячне тепло. На протилежному боці, на північному фасаді, слід використовувати вікна з максимально низьким U-value та g-value, щоб мінімізувати тепловтрати. Такий комплексний підхід до тенденції дизайну вікон та орієнтації дозволяє зменшити пікові навантаження на систему опалення, що дозволяє обрати тепловий насос меншої потужності або котел меншого об’єму, знижуючи капітальні та експлуатаційні витрати. Ігнорування цих принципів призводить до непропорційних витрат на опалення та створення некомфортного мікроклімату в приміщеннях.

Орієнтація будинку також суттєво впливає на рівень природного освітлення та потребу в штучному світлі, що є важливим фактором енергоспоживання. Північні вікна забезпечують рівномірне, розсіяне світло без прямих сонячних променів, ідеально підходяще для майстерень, кабінетів або студій, де потрібне постійне освітлення без відблисків. Східні вікна дарують м’яке ранкове сонце, що ідеально для спалень та кухонь. Західні вікна можуть призвести до перегріву в другій половині дня, особливо влітку, вимагаючи додаткового затінення. Правильне планування природного освітлення дозволяє зменшити споживання електроенергії на освітлення до 30-50%. Крім того, орієнтація впливає на потребу в системах вентиляції та кондиціонування. Південні та західні фасади, особливо з великою площею скління, можуть генерувати значні теплонадходження, що вимагає ефективної системи системи вентиляції та охолодження. Для таких зон доцільно використовувати системи примусової вентиляції з рекуперацією тепла або системи кондиціонування з високим COP. Розрахунок повітрообміну відповідно до ДБН В.2.5-67:2013 ‘Опалення, вентиляція та кондиціонування’ повинен враховувати потенційний перегрів від сонячної інсоляції. Наприклад, для приміщень з великим південним склінням може знадобитися збільшення об’єму припливного охолоджуваного повітря, або застосування динамічних систем затінення для зменшення навантаження. Продумана орієнтація здатна знизити потужність охолоджувального обладнання та експлуатаційні витрати.

Оптимальна орієнтація приміщень є ключовим аспектом комфорту та енергоефективності. Ось практичні рекомендації для умов України:

• Вітальня та їдальня: Ідеально орієнтувати на Південь або Південний Схід. Це забезпечить максимальне сонячне освітлення протягом дня, особливо взимку, створюючи затишну та теплу атмосферу. Великі вікна на цій стороні дозволять максимізувати пасивний сонячний обігрів.
• Спальні: Рекомендується орієнтувати на Схід або Південний Схід. Це дозволить прокидатися з природним ранковим світлом, уникаючи надмірного перегріву ввечері, що сприяє кращому сну. Північна орієнтація також прийнятна, якщо немає бажання прокидатися від ранкового сонця.
• Кухня: Орієнтація на Схід або Північний Схід є оптимальною. Ранкове сонце додасть бадьорості, а в обідній час та ввечері приміщення не буде перегріватися, що особливо актуально під час приготування їжі.
• Кабінет, майстерня, дитяча кімната: Північна або Північно-Східна орієнтація забезпечить стабільне, розсіяне світло без прямих сонячних променів, що ідеально для роботи, навчання або творчості, де важлива відсутність відблисків.
• Технічні приміщення (гардеробні, комори, гаражі, санвузли): Можуть бути орієнтовані на Північ або Північний Захід, де потреба у природному освітленні мінімальна. Це дозволяє використовувати ‘найменш привабливі’ з погляду інсоляції сторони ділянки.

При проєктуванні домокомплектів важливо враховувати ці принципи вже на етапі розробки типових рішень, адаптуючи їх під конкретну ділянку та кліматичну зону.

Вибір орієнтації будинку має прямий вплив на його сукупну вартість володіння (Total Cost of Ownership, TCO) протягом усього життєвого циклу. Початкові інвестиції у проєктування та будівництво можуть здатися невеликими порівняно з експлуатаційними витратами, але саме орієнтація формує левову частку цих витрат. Ефективна орієнтація дозволяє: зменшити витрати на опалення взимку за рахунок пасивного сонячного теплонадходження; знизити витрати на кондиціонування влітку завдяки мінімізації перегріву на західних і східних фасадах; зменшити споживання електроенергії на штучне освітлення завдяки максимальному використанню природного світла. За розрахунками експертів, правильно орієнтований будинок може мати на 15-25% менші енерговитрати порівняно з аналогічним будинком з неоптимальною орієнтацією. Ця економія накопичується протягом десятиліть, суттєво перевищуючи потенційні додаткові витрати на проєктування. Наприклад, для будинку площею 150 м² в Київській області, економія на опаленні та охолодженні може сягати 1000-2000 USD на рік, залежно від ефективності огороджувальних конструкцій та інженерних систем. Таким чином, інвестиції в детальний аналіз ділянки та професійне архітектурне проєктування з урахуванням орієнтації будинку окупаються багаторазово за рахунок зниження TCO.

Не завжди ідеальна орієнтація будинку можлива через особливості ділянки, міське планування чи особисті вподобання. Однак існують інженерні та архітектурні рішення, які дозволяють компенсувати недоліки. Для фасадів, що схильні до перегріву (захід, схід), можна використовувати зовнішні сонцезахисні системи: регульовані жалюзі, маркізи, перголи, які блокують прямі сонячні промені, але пропускають розсіяне світло. Також ефективними є енергоефективні склопакети з низькоемісійними покриттями та селективними фільтрами, що зменшують коефіцієнт сонячного теплонадходження (g-value) до 0.3-0.4. Для північних фасадів, де мінімальна інсоляція, слід використовувати стіни з підвищеною теплоізоляцією (U-value до 0.15 Вт/(м²·К)) та вікна з максимальним коефіцієнтом теплопередачі, щоб мінімізувати тепловтрати. Використання теплових насосів з функцією реверсивного циклу (опалення/охолодження) та систем примусової вентиляції з рекуперацією тепла дозволяє ефективно керувати мікрокліматом незалежно від орієнтації. Навіть на ділянках зі складним рельєфом, де правильна орієнтація основного фундаменту може бути обмежена, досвідчені архітектори та інженери можуть запропонувати рішення, що оптимізують енергетичні характеристики будівлі.

Сучасне проєктування житлових та комерційних будівель неможливе без використання передових технологій, таких як BIM (Building Information Modeling). BIM-моделювання дозволяє інтегрувати всі архітектурні, конструктивні та інженерні дані в єдину тривимірну модель. Цей підхід є критично важливим для аналізу сонячної інсоляції та її впливу на будівлю. Спеціалізоване програмне забезпечення, інтегроване з BIM-платформами (наприклад, Autodesk Revit з плагінами для енергетичного аналізу), дає можливість розрахувати кількість сонячної радіації, що потрапляє на кожен фасад та вікно протягом року, з урахуванням географічного положення ділянки, висоти сонця та тіні від сусідніх об’єктів. Це дозволяє архітекторам та інженерам точно спрогнозувати теплонадходження та тепловтрати, оптимізувати розміщення вікон, спроєктувати ефективні сонцезахисні елементи та навіть розрахувати потенціал для встановлення сонячних батарей. Такий детальний аналіз дозволяє ще на етапі концептуального проєктування прийняти обґрунтовані рішення щодо орієнтації, які максимізують енергоефективність та комфорт, мінімізуючи при цьому TCO. Використання цих інструментів є стандартом для об’єктів, що претендують на сертифікацію за міжнародними стандартами, такими як BREEAM або LEED.