ЯК ОРІЄНТУВАТИ КІМНАТИ ПО СТОРОНАХ СВІТУ

Правильна сонцеорієнтація є ключовим фактором при проєктуванні будь-якої будівлі, особливо в умовах помірного клімату України, де спостерігаються значні сезонні коливання температури. Орієнтація кімнат відносно сторін світу дозволяє максимально використовувати природне сонячне світло для освітлення та обігріву в холодний період, а також мінімізувати перегрів у теплий. Сонячна радіація, що надходить через вікна, має прямий вплив на тепловий баланс приміщення. Наприклад, південні фасади отримують найбільшу кількість сонячної енергії протягом всього року, тоді як північні — найменшу. Східні фасади активно освітлюються та нагріваються вранці, а західні — в другій половині дня, що часто призводить до небажаного перегріву влітку. Відповідно до ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, необхідно враховувати сонячні надходження для розрахунку енергетичних показників будівлі. Наприклад, для житлових приміщень мінімальний коефіцієнт природної освітленості (КПО) повинен становити не менше 0.5% для бічного освітлення. Це означає, що вікна повинні бути достатньо великими та правильно розташованими, щоб забезпечити цей рівень освітлення. Неправильна орієнтація може вимагати збільшення площі вікон, що, у свою чергу, підвищує теплові втрати взимку або призводить до перегріву влітку, якщо не передбачено ефективних сонцезахисних пристроїв. Оптимальне розташування вікон та їхні технічні характеристики, такі як U-value (коефіцієнт теплопередачі) та SHGC (коефіцієнт сонячного теплонадходження), повинні бути ретельно розраховані для кожної орієнтації фасаду. Загальний принцип полягає в максимізації сонячного притоку взимку та мінімізації влітку, що є основою пасивного сонячного дизайну.

Це досягається завдяки правильному вибору віконних систем, які дозволяють контролювати надходження сонячної енергії. Наприклад, вікна на південних фасадах можуть мати вищий SHGC для зимового обігріву, але потребуватимуть зовнішніх сонцезахисних елементів (навісів, маркіз) для літнього захисту від перегріву. Північні вікна, навпаки, повинні мати мінімальний U-value для зменшення теплових втрат, оскільки вони не отримують значного сонячного притоку. Сучасні архітектурні проєкти враховують ці нюанси, використовуючи спеціалізоване програмне забезпечення для моделювання сонячних траєкторій та їхнього впливу на внутрішній мікроклімат. Це дозволяє оптимізувати розміри та розташування вікон, вибір їх типу та матеріалів, а також інтегрувати ефективні системи вентиляції, що забезпечує не лише комфорт, а й високу енергоефективність будівлі.

Південна орієнтація вважається найбільш вигідною для житлових приміщень, оскільки забезпечує максимальне природне освітлення та значний сонячний приріст тепла протягом усього року, особливо в холодні місяці. Це дозволяє істотно знизити витрати на опалення. Вітальні, дитячі кімнати та кухні, розташовані з південного боку, отримують найактивніше сонячне опромінення. Однак, існує ризик перегріву в літній період, що вимагає ретельного проєктування сонцезахисних елементів, таких як зовнішні жалюзі, маркізи, або архітектурні виступи (козирки, балкони), які затіняють вікна від високо розташованого літнього сонця, але пропускають низько розташоване зимове сонце.

Для південних фасадів критично важливим є вибір вікон із оптимальним поєднанням U-value та SHGC (коефіцієнта сонячного теплонадходження). За ДБН В.2.6-31:2021, для вікон житлових будівель в Україні рекомендований U-value знаходиться в діапазоні 0.8–1.1 Вт/(м²⋅К), а для пасивних будинків цей показник може бути ще нижчим. При цьому для південних вікон часто обирають склопакети з високим SHGC (наприклад, 0.4–0.6), щоб максимально використовувати безкоштовне сонячне тепло взимку. Проте, щоб уникнути перегріву, ці склопакети повинні бути комбіновані з ефективними системами затінення або мати спеціальне покриття, що регулює сонячне проникнення (наприклад, селективні склопакети з низьким g-value, що відсікають інфрачервоне випромінювання). Проєктування вузлів примикання вікон до стіни повинно гарантувати відсутність містків холоду та повітронепроникність на рівні n50 ≤ 0.6 год⁻¹ при тиску 50 Па, що є показником високої енергоефективності. Використання теплоізоляційних профілів, якісного герметика та стрічок для паро- і гідроізоляції є обов’язковим. BIM-моделювання дозволяє точно розрахувати траєкторії сонця, обсяг сонячного притоку та ефективність сонцезахисних елементів, допомагаючи архітекторам та інженерам оптимізувати рішення для досягнення максимального комфорту та мінімального споживання енергії.

Північна орієнтація фасаду характеризується відсутністю прямого сонячного світла, що забезпечує стабільне, розсіяне освітлення без відблисків і перегріву. Це ідеально підходить для майстерень, студій, офісів, бібліотек або приміщень, де потрібна постійна температура, наприклад, комор чи гардеробних. Однак, північні приміщення схильні до значних теплових втрат, особливо в зимовий період, оскільки вони не отримують сонячного притоку для компенсації. Тому для північних фасадів архітектурні рішення повинні бути спрямовані на максимальне збереження тепла та мінімізацію втрат.

Вибір вікон для північної сторони є критично важливим. Склопакети повинні мати якомога нижчий U-value (коефіцієнт теплопередачі), наприклад, 0.7–0.9 Вт/(м²⋅К), щоб мінімізувати теплові втрати. Рекомендується використання багатокамерних профілів, якісних енергозберігаючих склопакетів із подвійним або потрійним низькоемісійним покриттям та заповненням аргоном або криптоном. Крім того, важливо передбачити високий рівень теплоізоляції стін, що примикають до північної сторони. Наприклад, опір теплопередачі R (м²⋅К)/Вт для стін повинен відповідати регіональним нормам, часто перевищуючи 3.3 м²⋅К/Вт, згідно з ДБН В.2.6-31:2021 для України. Проєктування вузлів примикання вікон є особливо важливим для північних фасадів, оскільки будь-які містки холоду будуть відчутнішими через постійний перепад температур. Використання спеціальних утеплюючих стрічок, монтажних пінополіуретанових герметиків та паро-гідроізоляційних мембран допомагає досягти необхідної повітронепроникності та запобігти утворенню конденсату. Моделювання за допомогою BIM інструментів дозволяє виявити потенційні слабкі місця у тепловому контурі та оптимізувати конструктивні рішення, забезпечуючи комфорт та енергоефективність навіть без прямого сонячного освітлення.

Східна орієнтація приміщень характеризується приємним ранковим сонячним світлом, яке сприяє бадьорому пробудженню та забезпечує м’яке освітлення без перегріву протягом більшої частини дня. Це робить її ідеальною для спалень, дитячих кімнат, сніданків на кухні та робочих кабінетів, де потрібна концентрація уваги без денних відблисків. Перевага східної орієнтації полягає в тому, що сонце вранці не настільки інтенсивне, щоб викликати значний перегрів, а до середини дня воно вже переміщується, дозволяючи приміщенню охолонути.

Для східних фасадів вибір віконних систем є менш критичним з точки зору перегріву порівняно з південними або західними, проте важливо забезпечити оптимальний баланс теплоізоляції та пропускання світла. Рекомендований U-value для склопакетів відповідає загальним вимогам ДБН В.2.6-31:2021, тобто 0.8–1.1 Вт/(м²⋅К). SHGC (коефіцієнт сонячного теплонадходження) може бути середнім, наприклад, 0.35–0.5. Важливо, щоб вікна пропускали достатньо світла (LT – коефіцієнт світлопропускання), що часто є пріоритетом для ранкового освітлення, щоб мінімізувати потребу у штучному освітленні. Для спалень може бути корисним встановлення сонцезахисних штор або жалюзі для регулювання освітленості вранці. Проєктування вузлів примикання вікон на східному фасаді має бути виконано з такою ж ретельністю, як і для інших сторін світу, для запобігання теплових містків і забезпечення повітронепроникності. Сучасні технології, такі як використання CLT панелей у конструкції стін, дозволяють створити високоізольовані та герметичні оболонки будівлі, що мінімізує вплив зовнішніх температурних коливань та забезпечує стабільний внутрішній мікроклімат. BIM-моделювання допомагає візуалізувати ранкове сонце і його вплив на приміщення, що дозволяє архітекторам точно налаштувати дизайн.

Західна орієнтація приміщень характеризується інтенсивним вечірнім сонцем, яке може бути приємним у прохолодну погоду, але часто призводить до значного перегріву влітку, особливо у другій половині дня. Цей ефект посилюється тим, що повітря та поверхні будівлі вже нагріті протягом дня. Вітальні, їдальні та кімнати відпочинку, що виходять на захід, можуть отримувати багато світла ввечері, але вимагають особливих рішень для контролю надходження тепла. Боротьба з літнім перегрівом є головним завданням для західних фасадів.

Для західних вікон критично важливим є низький SHGC (коефіцієнт сонячного теплонадходження), наприклад, 0.25–0.35, у поєднанні з низьким U-value (0.8–1.1 Вт/(м²⋅К)). Рекомендується використання склопакетів із селективним покриттям, що ефективно відсікає інфрачервоне випромінювання, але пропускає видиме світло. Також доцільно застосовувати зовнішні сонцезахисні елементи, такі як вертикальні жалюзі, розсувні панелі, перголи або озеленення (наприклад, листяні дерева, які влітку затіняють, а взимку пропускають сонце). Це дозволяє значно зменшити сонячний притік і запобігти перегріву приміщень. Відповідно до ДБН В.2.6-31:2021, для забезпечення комфортного температурного режиму влітку слід враховувати інсоляцію та використовувати відповідні заходи. Проєктування вузлів примикання вікон потребує особливої уваги, оскільки високі температурні коливання можуть створювати додаткові навантаження на матеріали та ущільнювачі. Важливо забезпечити герметичність (n50) та мінімізацію містків холоду. Дизайн інтер’єру таких приміщень також може включати світлі відтінки, що відбивають тепло, та вентиляційні отвори для природного охолодження. Інтеграція ефективної системи вентиляції з рекуперацією тепла також допоможе підтримувати оптимальний мікроклімат, забезпечуючи свіже повітря без значних втрат енергії.

Вибір віконних систем — це не просто питання естетики, а критичний аспект енергоефективності та комфорту будівлі. Профіль і склопакет є основними компонентами, які визначають теплотехнічні характеристики вікна, що вимірюються U-value (коефіцієнт теплопередачі) та R-value (опір теплопередачі), які є обернено пропорційними. Чим нижчий U-value, тим краща теплоізоляція. Сучасні вимоги ДБН В.2.6-31:2021 для України передбачають U-value для вікон житлових будинків у діапазоні 0.8–1.1 Вт/(м²⋅К), а для пасивних будівель цей показник може бути навіть нижчим, наприклад, 0.7 Вт/(м²⋅К).

Вибір профілю залежить від матеріалу: ПВХ, дерево або алюміній. ПВХ-профілі з багатокамерною структурою (5-7 камер) забезпечують високу теплоізоляцію. Дерев’яні профілі (клеєний брус) також мають відмінні теплоізоляційні властивості. Алюмінієві профілі зазвичай використовуються для великих скляних площ, але вимагають терморозривів для запобігання місткам холоду. Склопакет є найбільш значущим елементом. Його теплотехнічні показники визначаються кількістю камер (2-3 камери), наявністю низькоемісійних покриттів (Low-E), що відбивають тепло, та заповненням камер інертними газами (аргон, криптон), які зменшують теплопередачу. Коефіцієнт сонячного теплонадходження (SHGC) також є важливим: високий SHGC (0.4-0.6) пропускає більше сонячного тепла, що корисно для південних вікон взимку; низький SHGC (0.2-0.35) блокує сонячне тепло, що ідеально для західних вікон влітку для запобігання перегріву. Коефіцієнт світлопропускання (LT) показує, скільки видимого світла проходить через скло. Оптимальний вибір цих параметрів дозволяє адаптувати вікна до конкретної орієнтації та кліматичних умов, забезпечуючи максимальний комфорт і мінімальні витрати на енергію. BIM-моделювання дозволяє інтегрувати ці параметри у віртуальну модель будівлі та точно розрахувати її енергетичну ефективність.

Вузли примикання вікон до стіни є одними з найвразливіших місць у тепловому контурі будівлі. Неправильне їхнє проєктування та монтаж призводять до утворення містків холоду, що викликає значні теплові втрати, конденсат, розвиток плісняви та зниження загальної повітронепроникності оболонки будівлі. Ефективне вирішення цих вузлів є критичним для досягнення високих стандартів енергоефективності, визначених ДБН В.2.6-31:2021, які вимагають мінімізації лінійних теплових мостів.

Сучасний підхід до проєктування вузлів примикання базується на принципі ‘герметичного контуру’ та безперервної теплоізоляції. Основні компоненти:

• Теплоізоляція у зоні примикання: Встановлення додаткових теплоізоляційних елементів (наприклад, XPS або мінеральної вати) по периметру віконного отвору, що частково перекривають раму вікна, допомагає зменшити лінійні теплові мости.
• Тришаровий монтаж: Це система, що складається з трьох шарів: зовнішнього (паропроникний, гідроізоляційний), середнього (основний тепло- та звукоізоляційний шар, наприклад, монтажна піна з низьким коефіцієнтом теплопровідності) та внутрішнього (паронепроникний, герметичний). Цей метод забезпечує ефективний захист від вологи ззовні, виведення вологи зсередини та надійну теплоізоляцію.
• Використання спеціалізованих матеріалів: Застосування попередньо стиснутих ущільнювальних стрічок (ПСУЛ) ззовні, внутрішніх пароізоляційних стрічок, якісний герметик та монтажна піна з низькою λ (коефіцієнтом теплопровідності).
• Точне позиціонування вікна: Оптимальне розташування вікна в площині стіни, як правило, у зовнішній третині або в шарі теплоізоляції, дозволяє максимально інтегрувати його в тепловий контур.

BIM-моделювання відіграє ключову роль у візуалізації та аналізі цих вузлів, дозволяючи інженерам розрахувати температурні поля та теплові потоки, виявити потенційні містки холоду та оптимізувати їхнє конструктивне рішення ще на етапі проєктування. Це є запорукою довговічності, енергоефективності та відсутності конденсату в зоні вікон.

У сучасній архітектурній практиці інтеграція принципів сонцеорієнтації на етапі проєктування є невід’ємною частиною створення енергоефективних та комфортних будівель. Технологія BIM (Building Information Modeling) революціонізувала цей процес, надаючи архітекторам та інженерам потужний інструментарій для аналізу та оптимізації. BIM дозволяє створити цифрову модель будівлі, що містить не лише геометричні, а й усі технічні дані про кожен елемент, включаючи матеріали стін, тип віконних профілів, склопакетів, їх U-value, SHGC та інші параметри.

Основні переваги BIM у сонцеорієнтованому дизайні:

• Аналіз інсоляції та затінення: Програмне забезпечення BIM дозволяє точно моделювати рух сонця протягом дня та року для конкретного географічного розташування будівлі. Це дозволяє визначити рівень сонячного опромінення кожної поверхні та приміщення, виявити зони перегріву або недостатнього освітлення. Архітектори можуть експериментувати з різними орієнтаціями будівлі, розміром і розташуванням вікон, а також дизайном сонцезахисних елементів (козирки, навіси, жалюзі), щоб оптимізувати сонячний притік і запобігти перегріву.
• Енергетичний аналіз: BIM-моделі можуть бути використані для проведення інтегрованого енергетичного аналізу. Завдяки цьому можна розрахувати очікуване енергоспоживання будівлі на опалення, охолодження та освітлення з урахуванням сонячних надходжень та теплових втрат. Це дає можливість оцінити ефективність різних рішень та обрати оптимальні матеріали та конструкції, що відповідають нормативам ДБН В.2.6-31:2021.
• Оптимізація природного освітлення: Симуляція природного освітлення дозволяє оцінити рівень КПО (коефіцієнта природної освітленості) у різних частинах приміщень, забезпечуючи відповідність гігієнічним нормам та мінімізуючи потребу у штучному освітленні.
• Координація та виявлення конфліктів: Інтегрований характер BIM дозволяє координувати роботу різних фахівців (архітекторів, конструкторів, інженерів ОВК), забезпечуючи, що всі рішення щодо орієнтації, віконних систем та вентиляції працюють злагоджено.

Завдяки BIM-моделюванню, проєктування будівель із врахуванням сонцеорієнтації стає точнішим, ефективнішим та дозволяє створити справді високоякісні та енергоефективні архітектурні об’єкти в умовах України.

Для демонстрації критичного впливу орієнтації на теплотехнічні показники та енергоспоживання, проведемо порівняльний бенчмарк на прикладі типового житлового будинку в Київській області, який відповідає мінімальним вимогам ДБН В.2.6-31:2021. Розглянемо два сценарії: оптимальна орієнтація та suboptimal. За базову модель візьмемо будинок з U-value стін 0.2 Вт/(м²⋅К) (R=5.0 м²⋅К/Вт), U-value вікон 1.0 Вт/(м²⋅К) (R=1.0 м²⋅К/Вт) та середнім SHGC вікон 0.4.

Сценарій 1: Оптимальна орієнтація.

• Південний фасад: великі вікна, що отримують максимальний сонячний приріст взимку. Склопакети з SHGC 0.5.
• Північний фасад: мінімальна площа вікон, з U-value 0.9 Вт/(м²⋅К) для зменшення теплових втрат.
• Східний/Західний фасади: вікна середньої площі, з SHGC 0.35 та ефективними зовнішніми сонцезахисними елементами на заході.

Результати моделювання (з використанням програмного забезпечення для енергетичного аудиту): Очікуване річне споживання енергії на опалення становить близько 60-70 кВт⋅год/м², а на охолодження – 15-20 кВт⋅год/м². Загальна енергоефективність відповідає класу B або A. Температурний комфорт підтримується з мінімальним використанням активних систем.

Сценарій 2: Suboptimal орієнтація.

• Південний фасад: вікна малої площі, що обмежує зимовий сонячний приріст.
• Північний фасад: великі вікна, що призводить до надмірних теплових втрат.
• Західний фасад: великі вікна без належного сонцезахисту, що викликає значний перегрів влітку. Склопакети з SHGC 0.4.

Результати моделювання: Очікуване річне споживання енергії на опалення зростає до 90-110 кВт⋅год/м² через більші втрати та менший сонячний приріст. Споживання на охолодження збільшується до 40-50 кВт⋅год/м² через літній перегрів. Загальна енергоефективність знижується до класу C або D. Внутрішній комфорт коливається, вимагаючи постійного втручання систем ОВК.

Цей бенчмарк чітко ілюструє, що правильно обрана орієнтація будівлі та кімнат, у поєднанні з оптимізованим вибором віконних систем та деталей примикання, може зменшити річне енергоспоживання на опалення та охолодження на 30-50%. Це не лише значна економія коштів протягом життєвого циклу будівлі, але й суттєвий внесок у досягнення цілей щодо зниження викидів CO₂ та забезпечення стійкого розвитку.