№3(59)
Сентябрь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 26 - Приложение 2009

Архитектура


 Тележникова Евгения Алексеевна

Магистрант УралГАХА. Научный руководитель: кандидат архитектуры, доцент Винницкий М.В.

ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ


УДК: 721
ББК: 38.723

Проблема нехватки свободных площадей – это проблема всех крупнейших городов мира, а том числе Екатеринбурга. Всё увеличивающиеся потребности в офисных, жилых, общественных, торгово-выставочных площадях, рост числа автомобилей приводят к максимальной концентрации зданий на минимальных площадях, что вызывает рост этих объектов в высоту. Максимальное использование площадей, многофункциональность объектов, доступность – вот основные критерии, к которым в настоящее время стремятся архитекторы. Но, к сожалению, отсутствие серьезного опыта, некачественные строительные материалы и низкоквалифицированные рабочие, а также высокая стоимость проектирования и строительства высотных зданий не позволяют воплотить проекты в действительность. Еще одна проблема – повышение стоимости энергии. В зарубежных проектах это почти основной показатель при проектировании, потому что стоимость энергии очень высока, а ее запасы уменьшаются из года в год. В нашей стране эта проблема пока не стоит так остро, но в крупнейших городах, таких как Москва и Санкт-Петербург, уже ощущаются колоссальные затраты при эксплуатации крупнейших строительных объектов. Сегодня, когда существует устойчивая тенденция приближения стоимости энергоносителей в России к мировой, эффективность использования энергии еще не достигла современного уровня развития науки и техники.

С одной стороны, проектирование и строительство высотных зданий поможет решить проблему нехватки площадей. С другой стороны, повышение энергоэффективности таких проектов поможет в дальнейшем решить многие проблемы современных мегаполисов без ущерба для города.

Чрезвычайно важна самая главная идея для архитектуры и строительства XXI века – природа не пассивный фон нашей деятельности: в результате человеческой деятельности может быть создана новая природная среда, обладающая более высокими комфортными показателями для градостроительства и являющаяся в то же время энергетическим источником для систем климатизации зданий.

«Энергоэффективные здания», как новое направление в экспериментальном строительстве, появились после мирового энергетического кризиса 1974 года. Проанализировав имеющие материалы, можно выделить основные аспекты, на которые нужно обращать внимание при проектировании, строительстве и эксплуатации энергоэффективных высотных зданий. Это форма, конструктивная система здания, использование возобновляемых источников энергии, современное инженерное оборудование и ограждающие конструкции, применение «интеллектуальных» систем автоматического управления зданием. На эти аспекты влияет множество различных условий, среди которых архитектор должен выделять главные и второстепенные для каждого проектируемого объекта.

Форма здания. На форму здания влияют:

  • Местоположение в существующей застройке.
  • Ориентация, относительно сторон света.
  • Климатические особенности (температура воздуха с самые холодные и самые жаркие дни, солнечная активность, преобладающие ветра, сила ветра, количество осадков, туманность, влажность воздуха и т.п.).

С другой стороны, форма здания может влиять на такие параметры как:

  • Естественная освещенность помещений.

     

  • Улучшение (или ухудшение) естественной вентиляции здания.
  • Повышение (или понижение) теплоэффективности здания.

Эти параметры должны быть проанализированы в каждом конкретном случае и спроецированы на объект с помощью компьютерного моделирования или натурных опытов на объемной модели.

Конструктивная система. Конструктивная система напрямую зависит от формы здания и его этажности. Чем сложнее форма и чем выше здание, тем сложнее и устойчивее должна быть конструктивная система. В данный момент конструктивные системы высотных зданий хорошо известны и классифицированы.

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. В последние годы как в научно-технической литературе, так и в популярных изданиях, появляются многочисленные публикации о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии (НВИЭ). Эти источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников по сути бесплатная. Отрицательные качества – это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. В целом использование НВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. Различные виды НВИЭ находятся на разных стадиях освоения. Источники, используемые при проектировании энергоэффективных высотных зданий:

  • Использование энергии солнца (солнечные коллекторы или буферные зоны для накопления солнечного тепла – позволят снизить затраты на теплоснабжение здания; естественное освещение – позволит снизить потребление электроэнергии).
  • Использование энергии ветра (естественная вентиляция здания – позволит снизить потребление электроэнергии; установки для накапливания тепловой энергии от механического воздействия на эту установку ветра на большой высоте и т.п.)
  • Использование энергии воды (например, использование низкотемпературных грунтовых вод в качестве источника холодоснабжения – позволяет снизить нагрузки на кондиционирование; использование грунтовых вод в качестве технической воды в здании – позволяет снизить нагрузки на водоснабжение и т.п.).
  • Использование энергии земли (использование тепла земли для снижения затрат энергии на теплоснабжение и охлаждение, использование основания здания для накопления тепла или холода и т.п.).

Использование нетрадиционных источников энергии для высоток позволит заметно повысить их энергоэффективность, так как количество потребляемой ими энергии гораздо выше в сравнении с другими зданиями. Конечно, использование таких источников ведет за собой дополнительные затраты на исследования и анализ полученных данных, поэтому одним из главных показателей применения возобновляемых источников должна быть экономическая целесообразность.

Современное инженерное оборудование. Современное инженерное оборудование позволяет также значительно сократить расходы потребляемой зданием энергии. Современные системы водоснабжения, отопления, кондиционирования и вентиляции помогают создать комфортные для человека условия обитания даже на высоте 300 метров от уровня земли. Основные способы повышения энергоэффективности высотного здания за счет инженерных систем:

  • Применение охлаждаемых потолков и панельно-лучистого отопления для снижения затрат энергии на охлаждение и отопление, а также для улучшения комфорта.

     

  • Пониженная до минимально необходимого уровня производительность системы кондиционирования воздуха за счет снижения теплопоступлений в помещения в теплое время года и использования естественной вентиляции.
  • Утилизация тепла удаляемого воздуха для подогрева приточного воздуха.
  • Применение в системе водяного отопления насосов с автоматически регулируемой скоростью вращения для снижения затрат энергии и получения комфортной температуры воздуха в обслуживаемых помещениях.

Современными инженерными системами в России занимается ассоциация АВОК. Под руководством специалистов этой организации были выполнены основные проекты высотных зданий Москвы. Специалисты этой организации постоянно участвуют в научно-практических конференциях, проводят опыты, изучают и анализируют уже имеющийся опыт проектирования инженерных систем, в том числе зарубежный, выпускают книги и разрабатывают новые схемы повышения энергоэффективности этих систем для российского климата.

Современные ограждающие конструкции. В Европе, как и в других странах мира, очень большое внимание уделяется ограждающим конструкциям зданий, они влияют не только на эстетическое восприятие здания, но и на его энергоэффективность. В высотных зданиях к ограждающим конструкциям предъявляются повышенные требования по их эстетическим, техническим и физическим характеристикам. Наиболее распространенная конструкция в энергоэффективных высотных зданиях – двойные вентилируемые фасады:

  • Двойной вентилируемый проходной фасад с регулируемыми наружными ограждениями и воздушными клапанами, который обеспечивает уменьшение и регулирование разности давления по обе стороны ограждения при большой скорости ветра и в условиях высотного здания; снижение расхода теплоты на отопление в холодное время года не только за счет улучшенных теплотехнических качеств ограждения, но и путем регулирований воздушных клапанов; снижение расхода холода в системе кондиционирования воздуха путем проветриваний двойного фасада наружным воздухом.
  • Использование пространства между внешней и внутренней оболочками фасада как статичной воздушной прослойки, обладающей хорошими теплоизоляционными свойствами.
  • Снижение затрат энергии на охлаждение здания достигается путем использования герметичных двойных стеклопакетов, заполненных инертным газом и отражающих инфракрасное излучение.
  • Использование элементов наружных ограждающих конструкций в качестве солнцезащитных устройств для снижения теплопоступлений с солнечной радиацией в теплый период года.
  • Широкое применение светопрозрачных наружных ограждающих конструкций для использования в здании преимущественно естественного освещения.
  • Выбор высокоэффективной теплоизоляции и использование светопрозрачных ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными характеристиками (сопротивление теплопередаче светопрозрачных элементов наружных ограждающих конструкций составляет 0,83 м2•°C/Вт, непрозрачных ограждающих конструкций – 5,0 м2•°C/Вт).

В наших климатических условиях использование полностью остекленных (даже двойных) вентилируемых фасадов не приведет к повышению энергоэффективности здания, скорее наоборот, поэтому необходимо искать другие, более эффективные схемы ограждающих конструкций.

«Интеллектуальные» системы автоматического управления зданием. «Интеллектуальное здание» — понятие многомерное. Это и «здание», и «комплекс систем», и «технология» и т. д. Определим интеллектуальное здание как современную технологию автоматизированных комплексных систем инженерного оборудования здания с определенной степенью их интеграции на основе структурированных кабельных систем и стандартов открытых систем [9]. Под стандартным пониманием «интеллектуального здания» подразумевается устойчивая совокупность характерных особенностей, присущих ему:

  • предоставление определенного набора услуг обитателям здания;
  • наличие способности оптимально реагировать на изменения в происходящих в здании процессах;
  • сочетание «децентрализованных» (распределенных) принципов построения систем с централизацией функции мониторинга;
  • структурированный подход к построению инженерных систем здания;
  • возможность внесения изменений с минимальными затратами.

«Интеллектуальное здание» — это не столько внешние эффекты, сколько незаметная для окружающих эффективная работа инженерного оборудования, создающая идеальные условия жизнедеятельности обитателей здания. Эффективность работы достигается четким взаимодействием отдельных систем, их интеграцией. В «интеллектуальном здании» оптимизированы основные элементы «среды обитания» (структура, системы, службы, управление) и взаимоотношения между ними. Эксперты считают, что применение комплексных интегрированных систем экономит не менее 15% затрат владельца на установку за счет устранения избыточных связей в инфраструктуре. Меньше затрат требуется и на обучение персонала объекта управлению комплексом. Владелец получает возможность управлять всеми системами объекта с одной рабочей станции [9].

Перечисленные выше аспекты проектирования воплотить в одном здании невозможно, но этого и не требуется. Основная задача архитекторов – выявить основные показатели, которые будут выгодны экономически и сделают здание энергоэффективным. Для этого архитектор должен работать в команде с другими специалистами, проводить опыты, исследования, анализировать полученные материалы и выбирать такие способы повышения энергоэффективности (или их совокупность), которые будут отвечать заданным параметрам (эстетическим, экологическим, энергоэффективным и т.п.).

Технологии энергосбережения привносят в архитектуру новые формы, технологические элементы. Задача архитектора – эстетически и композиционно осмыслить эти формы. Силуэт, пластика фасадов получают новые композиционно-художественные решения, появляются новые материалы. Решение этих задач требует от архитектора знания современных технологий энергосбережения. Изучение данного вопроса даст архитектору методику и алгоритм проектирования технологических структур в архитектуре современного здания.

 


Библиография

  1. Бродач М.М. Время новых зданий и возможностей / М.М.Бродач //АВОК – 2005.– № 6
  2. Бродач М.М. Теплоэнергетическая оптимизация ориентации и размеров здания / М.М.Бродач // Тепловой режим и долговечность зданий: сб. науч. тр. НИИСФ – М., 1987.
  3. Колубков А.Н. Высотные жилые комплексы / А.Н.Колубков //АВОК – 2005. – № 4
  4. Колубков А.Н., Шилкин Н.В. Инженерные решения высотного жилого комплекса / А.Н.Колубков // АВОК – 2004. – № 5.
  5. Лаврус В.С. Источники энергии / В.С.Лаврус Киев: НиТ, 1997.
  6. Малявина Е.Г. Расчет воздушного режима многоэтажных зданий с различной температурой воздуха в помещениях / Е.Г.Малявина, С.В.Бирюков // АВОК – 2008. – № 2.
  7. Непорожний П.С. Энергетические ресурсы мира / П.С.Непорожний, В.И.Попко. – М.: Энергоатомиздат, 1995.
  8. Огородников И.А. На пути к устойчивому развитию: экодом: сб. ст. / И.А.Огородников, А.А.Огородников. – М.: Социально-экологический союз, 1998.
  9. Табунщиков Ю.А. Энергоэффективные здания / Ю.А.Табунщиков, М.М.Бродач, Н.В.Шилкин. – М., 2003.

 


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-70832 от 30.08.2017 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017