Градостроительные принципы формирования архитектурных решений энергоэффективных зданий

С. Н. Смирнова

ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ 

ФОРМИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ

Учебное пособие 

Йошкар-Ола

2023

- 2 -

УДК 728.1
ББК  38.711

С 50

Рецензенты:

проректор по воспитательной работе ПГТУ, 

доктор технических наук, профессор В. Г. Котлов;
главный архитектор ООО «АиСТ» И. М. Нестерова

Печатается по решению

редакционно-издательского совета ПГТУ

Смирнова, С. Н.

С 50
Градостроительные принципы формирования архитектурных ре-

шений энергоэффективных зданий: учебное пособие / С. Н. Смирнова. – 
Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический 
университет, 2023. – 88 с.
ISBN 978-5-8158-2356-3

Отличительной особенностью дисциплины «Экологичное и энергоэф-

фективное проектирование» является комплексный подход к проектированию: 
от оценки и учета климатических особенностей района строительства 
до применения инновационных разработок в области энергоснабжения 
здания. В данном учебном пособии рассмотрен первый этап реализации 
методики архитектурного проектирования экологичных и энергоэффективных 
зданий, основанной на градостроительных принципах формирования 
архитектурных решений экологичных и энергоэффективных зданий.
Приведены рекомендации к выполнению практических и расчетно-графической 
работ (раздел «Экспериментальное моделирование»).

Для студентов направлений подготовки 07.03.01 «Архитектура», 

08.03.01 «Строительство» очной формы обучения.

УДК 728.1
ББК 38.711

ISBN 978-5-8158-2356-3
© Смирнова С. Н., 2023
© Поволжский государственный
технологический университет, 2023

- 3 -

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................5

1. УЧЕТ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ 
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗДАНИЙ..........................................................6

1.1. Учет климата и энергосбережения в  традиционном 
мировом народном строительстве .......................................................6

1.2. Архитектура современности и климат .....................................25

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ 
АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ 
ЗДАНИЙ. ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ.................................41

2.1. Теоретическая модель ЭЖЗ.......................................................41

2.2. Принцип выбора местоположения ЭЖЗ малой и средней 
этажности с учетом климатических особенностей. .........................44

2.3. Принцип выбора местоположения здания с учетом  
ландшафта............................................................................................62

2.4. Принцип выбора местоположения ЭЖЗ малой и средней 
этажности с учетом существующей застройки в районе 
предполагаемого строительства.........................................................64

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ...............................66

3.1. Парклет – минимальная единица экосреды в городе..............66

3.2. Климатически обусловленная форма .......................................71

3.3. Площадь солнечных часов ........................................................81

3.4. Расчетно-графическая работа по оценке климатических 
условий.................................................................................................81

Список литературы......................................................................................84

- 4 -

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лучшая архитектура исходит из синтеза всех эле-

ментов, из которых по отдельности состоит здание: от 
его связи с городским пейзажем или очертаний его конструкций; 
службы (инженерные системы), которые позволяют 
ему работать; экология здания; используемые 
материалы; характер пространств; использование света 
и тени; символика формы… Успешная, устойчивая архитектура 
решает все эти задачи и многое другое.

Н. Фостер [2]

Мировой многовековой народный опыт строительства базируется на 

максимальном учете всех параметров климата. Решения по учету сурового 
климата можно увидеть в архитектуре традиционных сибирских и 
северных изб, эскимосского иглу, яранги, чума и т.д. Но и в жарком, 
влажном климате будут наблюдаться свои традиции в строительстве жилых 
домов, только благодаря которым строения в разных климатических 
условиях будут жизнеспособны.

Таким образом, актуальность климатической целесообразности зда-

ний играет определяющую роль уже на стадии начального эскизного проектирования 
зданий.

Проблема учета влияния климата на проектирование зданий и за-

стройки населенных мест нашла широкое отражение в трудах Дж. Аронина, 
В. С. Беляева, А. М. Берегового, Б. М. Давидсона, В. К. Лицке-
вича, Т. А. Маркуса, А. П. Михеева, Э. Н. Морриса, Н. В. Оболенского, 
Л. Н. Орловой, Л. Н. Петряниной, Э. И. Реттера, Ф. Л. Серебровского, 
Л. П. Хохловой и многих других.

В основу настоящего учебного пособия положена многолетняя работа 

автора, в полной мере изложенная в диссертационном исследовании на 
соискание ученой степени кандидата архитектуры по специальности 
18.00.02 (05.23.21) «Принципы формирования архитектурных решений 
энергоэффективных жилых зданий» [3, 4].

В традиционном жилище энергосберегающие приемы были отрабо-

таны на протяжении нескольких тысячелетий. Климат явился решающим 
фактором при определении их конструкции, формы и используемого материала. 
Для проектирования энергоэффективной архитектуры на современном 
этапе полезно изучение этого опыта.

- 5 -

ВВЕДЕНИЕ

Кем должен быть архитектор и почему?

Он неустанный наблюдатель. Он всегда энергично и 
действенно исследует природу. Он видит, что по законам 
природы все ее формы взаимозависимы и возникают 
одна из другой. Через каждый его проект в здание 
должна входить частица природы.

Фрэнк Ллойд Райт (1867-1959 г.г.) [1]

Только после скрупулезного изучения местности, городской среды, 

климатической и экологической обстановки Норман Фостер приступает 
к разработке дизайна. «Хотя мы начинаем с идеи создания выразительного 
объекта и осуществления его с помощью высоких технологий, главное – 
это его интеграция с природой», – подтверждает сам «зелёный архитектор» (
рис. 1). 

«Форма следует за климатом», – вторит Фостеру индийский архитек-

тор Чарльз Корреа.

«Хорошая архитектура должна быть тесно связана с воздухом – как с 

наружным, находящимся непосредственно над поверхностью земли, так 
и с воздухом верхних слоев атмосферы, играющим важную роль в создании 
климата», – еще раз подтверждает американский исследователь, автор 
книги «Климат и архитектура» Джеффри Эллис Аронин.

По словам Френка Ллойда Райта, архитектор превращается в 

«неустанного наблюдателя». В связи с этим чрезвычайно важно обладать 
всесторонними знаниями в области строительных конструкций, инноваций 
в сфере теплоснабжения и инженерного обеспечения зданий, знать
климатические особенности региона, влияние формы и объемно-планировочного 
решения здания на потребности в энергетических ресурсах. 

Кажется, ничего нового. В современных реалиях жизни и вытекаю-

щих отсюда требованиях к проектированию архитектор (др.-греч. «главный 
строитель»: архи – главный, старший; тéктонас – строитель) по 
праву должен взять на себя ответственность, возложенную на него еще с 
того момента, как он выбрал профессию архитектора – по сути главного 
строителя, призванного решить еще в первом приближении, может быть,
на стадии уже клаузурного наброска, всё нарастающие экологические и 
экономические проблемы. А это, в первую очередь, проектировать здания, 
потребляющие минимум энергии.

Архитекторы в своей профессиональной работе должны также быть 

сведущи в социологии, скульптуре, механике, живописи, плотничных и 
столярных работах, электротехнике, общественной гигиене и оздоровительных 
мероприятиях, географии, водопроводно-канализационных 

- 6 -

работах, озеленении, гражданском строительстве, планировке городов, 
нормах проектирования, рисунке, физике, сметном деле, в климатологии 
и микроклиматологии и многих других науках.

Фактически архитектор должен быть климатологом в гораздо боль-

шей степени, чем знатоком какой-либо из вышеперечисленных наук. Тем 
не менее очень редко можно услышать об этой очень важной роли архитектора [
1].

Скетчи Н. Фостера, демонстрирующие его подход к проектированию

Режим доступа: https://losko.ru/norman-foster/

Итак, первый шаг архитектора – это оценить климатические условия 

строительства объекта: отрицательные попытаться нейтрализовать, а положительные 
использовать для улучшения энергообеспечения здания и 
поддержания комфортного микроклимата.

- 7 -

1

1.1. Учет климата и энергосбережения 

в традиционном мировом 
народном строительстве

Мировой многовековой народный опыт строительства жилых зданий 

базируется на максимальном учете всех параметров климата. И неслучайно 
при упоминании о каком-то месте земного шара в памяти человека 
возникают удивительные архитектурные образы. Может быть, это шатры 
Аравии, оставшиеся в наследство человечеству еще со времен Авраама, 
японская мачия, юрты кочевников степей Монголии, Казахстана или 
даже грузинские сакли, впечатляющие своей монументальностью… 

Только на одной территории севера России можно встретить уникаль-

нейшие типы жилища человека: чум ненцев, эвенков, якутов; чукотскую
ярангу; иглу эскимосов и североевропейскую избу. Всех их объединяют 
учет климатических факторов при планировке дома и размещении на 
местности, включение построек в природный ландшафт, образование
замкнутых и защищенных структур, компактность объема, рациональность 
конструктивной схемы, использование местных природных материалов, 
расположение помещений по принципу теплового зонирования, 
устройство буферных зон во внутреннем объеме дома. 

В современной архитектурной практике Федеральный закон РФ 

№ 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» 
не допускает ввод в эксплуатацию зданий, построенных, реконструированных, 
прошедших капитальный ремонт и не соответствующих 
требованиям энергетической эффективности и требованиям 

УЧЕТ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ 

УСЛОВИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 

ЗДАНИЙ

- 8 -

оснащенности их приборами учета используемых энергетических ресурсов (
ст. 11, п. 6) [5]. 

Мировой энергетический кризис 70-х годов привел, в частности, к по-

явлению нового научно-экспериментального направления в строительстве, 
связанного с понятием «здание с эффективным использованием 
энергии». Первое такое здание было построено в 1974 году в г. Манчестере (
штат Нью-Хэмпшир, США).

Традиционные же типы жилища, как оказалось, являются эталоном 

энергоэффективности. Интересен хотя бы тот факт, что в традиционном 
жилище народов севера – чуме – используемые в качестве покрышек 
наружные оленьи шкуры обязательно располагают мехом наружу, а внутренние – 
внутрь. Кочевники, кроме того, постригают мех и оставляют ни
больше ни меньше как всего лишь треть его длины. Кажется неразумным? 
Но их действия выверены до мелочей, иначе на длинном волосе 
может образоваться ледяная корка, которая ухудшит влажностный и тепловой 
режим помещения. И таких особенностей немало …

Теория формирования архитектурных решений энергоэффективных 

зданий, как известно, подразумевает реализацию при проектировании 
следующих групп принципов: градостроительных, архитектурно-планировочных, 
конструктивных и принципов использования нетрадиционных 
возобновляемых источников энергии [3, 4]. 

В группе градостроительных принципов решаются выбор местополо-

жения здания с учетом климатических особенностей, ландшафта, существующей 
застройки в районе предполагаемого строительства. Ответом 
народного северного жилища здесь служат ориентация построек на солнечную 
сторону, включение построек в природный ландшафт (приречно-
овражный тип расселения), создание замкнутой структуры поселений, 
ориентация застройки, способствующая защите от ветров и снега и удобству 
сообщений с положительными и отрицательными свойствами окружающего 
ландшафта.

Немаловажную роль в повышении энергоэффективности жилища 

приобетает тепловое зонирование – организация на пути следования теплового 
потока из внутренней зоны (теплового ядра) к наружной поверхности 
ряда зон с постепенным понижением требуемой в них температуры. 
Особое внимание в этом случае уделяется наличию буферных зон –
вспомогательных неотапливаемых пространств, снижающих теплопоступления 
и теплопотери, как правило, за счет теплоизолирующей воздушной 
прослойки.

Попытаемся рассмотреть традиционное жилище народов Севера Рос-

сии – чум, ярангу, иглу, северорусскую избу.

- 9 -

Чум – переносное жилище народов северо-восточной Европы (саами, 

ненцы) и Сибири (эвенки, манси, северные якуты, ороки, мганасаны, тувинцы-
тоджинцы и др.). Конический остов жилища состоит из 30–50 
наклонных шестов. Зимой чум накрывается шкурами оленя, изюбра или 
лося, сшитыми в полотнища, летом – вываренной берестой или корой, 
иногда парусиной или мешковиной. Вход завешивается шкурами, летом – 
грубой тканью. В центре чума находится очаг, по обе стороны от 
входа располагаются места для спанья: на пол кладут бересту, циновки 
из ивовых прутьев и сухой травы, сверху – оленьи шкуры (см. табл. 1.1).

Таблица 1.1. Характеристика традиционной архитектуры северного жилища – чума

Вид жилища
Схема теплового зонирования

ЧУМ

Борисов А.А. Чум ненцев в Малых Кар-
макулах. Новая Земля. 1896. Холст на 
картоне, масло

Условные обозначения:

буферные зоны

Спальный полог, опускающийся на ночь, делит пространство чума на 

«комнатки» – «чум в чуме». Дополнительная буферная зона создается 
«спальным мешком», внутри которого температура воздуха колеблется 
от +13 °С до +20 °С. Создание череды буферных зон обеспечивает комфортную 
температуру в месте постоянного пребывания человека при 
температуре окружающей среды -30 °С.

Северные традиции в архитектуре и строительстве складывались ве-

ками. Яранга – переносное жилище некоторых кочевых народов (чукчей, 
коряков, эвенов, юкагиров) северо-востока Сибири. Каркас собирают из 
лёгких деревянных шестов в форме слегка наклонённой внутрь стенки и 
конуса или купола над ней. Сверху каркас покрывают оленьими или моржовыми 
шкурами. В среднем на ярангу обычного размера требуется потратить 
около 50 шкур. 

Яранга состоит из двух половин: чоттагина и полога. Чоттагин пред-

ставляет собой подобие сеней. Это холодная часть жилища. Полог –
теплый шатер, сшитый из оленьих шкур, отапливается и освещается

- 10 -

жировой лампой. Он служит спальным помещением. 
В ярангах двери закрываются только 
в пургу. В чоттагине стоят ящики с одеждой, 
выделанными шкурами, отрезами тканей. Рядом 
стоят бочки с квашениями. Над очагом висит 
котел. Полог освещается каменными жирниками (
горит, например, полоска меха, опущенная 
в жир и пропитанная им). Температура 
воздуха в пологе ночью близка к нулю. Максимум 
ее приходится на вечер, когда вносят котел 
или чайник, и достигает +20…+25 °С (см.
табл. 1.2) [6].  В этом заключается следование
концепции «двойной оболочки». Двойная оболочка 

наружных 
конструкций 
позволяет 

нагретому воздуху циркулировать по воздушным прослойкам, расположенным 
в ограждающих конструкциях. Тем самым нагретый воздух 
охватывает все здание и хорошо его изолирует (рис. 1.1).

Таблица 1.2. Характеристика традиционной архитектуры северного жилища – яранги

Вид жилища
Схема теплового зонирования

ЯРАНГА

Чукотская яранга, 1913 г.
Условные обозначения:

буферные зоны

Для климатологического анализа особый интерес представляет жи-

лище эскимосов – иглу, построенное из самого простого и доступного в 
местных условиях строительного материала – снега и льда. Форма иглу 
идеальна для суровых условий, так как обеспечивает минимум поверхности 
на единицу объёма. С точки зрения аэродинамики она оказывает небольшое 
сопротивление ветру, а отсюда и меньшие потери тепла. Внутренние 
поверхности купола и пола, обычно покрываемые мехами и шкурами,

Рисунок 1.1. Яранга. 

Внешний вид

- 11 -

увеличивали теплоизоляцию и обеспечивали относительно высокую температуру 
поверхности. Небольшие отверстия в середине купола, которые 
открывались в сторону, противоположную господствующему направлению 
ветра, обеспечивали ограниченную вентиляцию [7].

Иглу – куполообразная постройка из уплотнённых ветром снежных 

или ледяных блоков. Вход через отверстие в полу, к которому ведет длинный 
коридор, прорытый в снегу ниже уровня пола. Если снег неглубокий, 
вход делают в стене, а перед ним строят коридор из снежных блоков. 
Большая часть пространства внутри занята лежанкой из снега, покрытой 
шкурами. Иногда и стены покрывают изнутри шкурами. Свет проникает 
через толщу стен, иногда через окна из озерного льда или тюленьих кишок. 
Отапливается и освещается жирниками – плошками с жиром, светильниками. 
Для защиты входа от ветра к хижине, сооруженной на тонком 
снежном покрове, пристраивают тамбур или с наветренной стороны 
складывают стенки. Тамбур лучше защищает от ветра и снежных заносов; 
тамбур можно использовать также как кладовую или укрытие для 
собак (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Характеристика традиционной архитектуры северного жилища – иглу

Вид жилища

ИГЛУ

Внутренний и внешний вид эскимосского 
иглу (Большая советская энциклопедия)


Схема теплового зонирования

Условные обозначения:

буферные зоны