Учебное пособие 800580

загрязнения» инфразвуком (от лат. infra – ниже, под) – звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом). А при учете конфигурации и показателей розы ветров определенной территории можно рассчитать их местоположение, модификацию и количество.

Вжарком климате целесообразно применение генераторов энергии – солнечных батарей. Но нужно учитывать тот факт, что для обеспечения их работы используется полупроводниковый кремний, при производстве которого нужен метод водородного восстановления из трихлорсилана, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

Часто для повышения КПД используется комбинация и грамотное расположение различных источников выработки энергии.

Вусловиях климата с большим количеством осадков актуальным становится размещение систем сбора и очистки дождевых вод, которые решают проблемы энергозатрат для водоснабжения.

Рассмотрение экологического фактора требует учета нагрузки высотного здания и высотных комплексов на сложившийся баланс экологии. Предлагаемые проектные решения должны иметь минимизированное отрицательное влияние на экологическую составляющую территории и самого объекта и являться дифференцированными с точки зрения подхода к выбору энергоэффективных средств.

Для учета экологического фактора в архитектурном проектировании высотных зданий необходимо:

предусматривать экологичные материалы, технологии;

рассматривать особенности ландшафта, флоры и фауны;

не допускать разрушения среды обитания редких видов животных, птиц, растений;

категорически не допускать вырубку зеленых насаждений без их замещения и восстановления.

При условии сокращения энергопотребления высотного здания и создания правильного баланса теплообмена ограждающих конструкций, значительно сокращаются выбросы парниковых газов в атмосферу.

Социально-экономический фактор внедрения энергоэффективных технологий в проектирование и строительство высотных зданий должен выражаться в создании и утверждении нормативно-правовых норм для зданий данного типа и повышении качества научно-технических показателей развития общества.

Важное направление – создание и внедрение систем сертификации высотных зданий и комплексов с учетом критерия энергоэффективности. Прогрессивные методики экологической оценки зданий в комбинации с информированностью общества – набор рейтинговых систем для проектирования, строительства, эксплуатации и обслуживания зеленых зданий, домов и районов

30

Leadership in Energy & Environmental Design (LEED) – программа сертификации зеленого строительства, разработанная некоммерческим советом по экологическому строительству США (USGBC); Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM) – добровольный рейтинг оценки зелёных зданий, разработанный в 1990 году британской организацией BRE Global для оценки экологической эффективности зданий.

Использование комплекса вышеперечисленных внешних факторов архитектурного проектирования для решения энергоэффективности высотных зданий и комплексов позволяет полноценно решать эту задачу и создавать современные, легко эксплуатируемые, безопасные и концептуальные объекты для жилья, работы, проведения досуга и комбинации этих видов деятельности современного общества.

Внутренние факторы архитектурных возможностей, оказывающие влияние на энергоэффективность высотных зданий:

архитектурно-художественные (архитектурная идея проекта; художественный образ здания; целесообразность, современная актуальность проектного решения; выбор материалов с долговечными, практичными, эстетическими эксплуатационными характеристиками, цветовое решение);

функционально-планировочные (рациональная организация основных групп помещений, организация технического блока здания, размещение коммуникаций, создание грамотной взаимосвязи здания с внешней средой);

конструктивные (оптимальность, современность, уникальность конструктивной системы здания);

инженерно-технические (размещение инженерных систем жизнеобеспечения здания).

Идея архитектурного проекта, применяемые в нем строительные и отделочные материалы, колористическое решение формулируются с учетом архи- тектурно-художественного фактора, соответствующего конкретному замыслу архитектора – автора проекта.

Архитектурные приемы и методы диктуют допустимость влияния остальных внутренних факторов, формирующих возможность осуществления принципов энергоэффективности высотного здания.

Большое значение имеют специальные архитектурно-художественные приемы для разработки и включения в проекты новых типов функциональных помещений для размещения и обслуживания элементов, генерирующих полезную энергию, для создания возможностей пассивного энергосбережения и учета формообразующего влияния – принципы аэродинамики, защита от высоких

31

температур, создание благоприятного естественного освещения внутренних пространств.

Архитектурно-художественный фактор оказывает влияние:

на создание и соответствие художественного замысла;

целесообразность, актуальность, современность проектных реше-

ний;

выбор и применение долговечных, практичных, эстетически соответствующих строительных и отделочных материалов;

выбор колористического решения проекта (физические особенности различных цветов поглощать или отражать свет).

Для обеспечения функционально-планировочного фактора необходимо оптимизировать предполагаемые функциональные процессы, осуществляемые в здании и создавать дополнительные специфические функции, в которых уделялось бы большое внимание решению задач энергоэффективности.

Функционально-планировочный фактор оказывает влияние:

на удобство и компактность расположения основных, дополнительных и технических групп в составе помещений;

эффективность использования площади помещений;

эффективность организации генплана;

рациональность расположения вертикальных коммуникаций;

оптимальное использование возможностей вертикального транспорта;

обеспечение дневным естественным освещением определенной группы помещений.

Объемно-планировочное решение современных энергоэффективных высотных зданий требует соблюдения принципов функционально-планировочной организации, обеспечивающей функциональные связи проектируемого здания и оптимизацию энергообеспечения этого процесса.

Грамотное конструктивное решение высотного здания сокращает энергетические и материальные затраты, направленные на производство частей и элементов самих конструкций, а также на их сборку при возведении здания. Оптимальное взаимодействие архитектурных и инженерных предложений влияет на уникальность объекта, при этом учитываются его особенности выдерживать дополнительные физические нагрузки, возникающие из-за работы энергоактивного оборудования.

Долговечность эксплуатации и материальная экономия строительных материалов и конструкций – отличительный признак современного конструктив-

32

ного решения архитектурного проекта. В нем должны быть использованы актуальные достижения науки и техники в области конструктивных решений, направленные на снижение энергозатрат при их производстве, возведении и эксплуатации высотных зданий. Конструктивные решения современных высотных зданий являются одновременно специфическими и сложными. Например, вторичное использование металла значительно уменьшает энергозатраты на производство металлоконструкций, что в свою очередь удешевляет стоимость процесса строительства и уменьшает нагрузку строящегося здания на экологию. Грамотно подобранный ассортимент внешних ограждающих конструкций высотного здания значительно минимизирует энергозатраты при его эксплуатации и может решить проблему перегрева окружающих зданий и территории соседних кварталов.

Результатом аналитической работы специалистов, рассматривавших влияние инженерно-технического фактора, стало выявление следующих видов инженерных систем, обеспечивающих формирование объем- но-планировочного решения энергоэффективных высотных зданий:

инженерные системы открытого типа (системы, которые размещаются с внешней стороны здания, на крышах, фасадах, карнизах и других элементах ограждающих конструкций – солнечные батареи, ветрогенераторы, системы сбора дождевой воды и другие подобные системы);

инженерные системы закрытого типа (системы вентканалов, различные системы аккумулирования энергии, системы гелиотермальных лабиринтов и все традиционные инженерные системы современных зданий (отопление, вентиляция т.п.);

инженерные системы комбинированного типа (системы, которым одновременно присущи свойства как систем открытого, так и закрытого типа).

Расположение в структуре высотного здания необходимых инженерных систем и сетей – влияние инженерно-технического фактора, который диктует нормативы закладки в архитектурно-проектное решение специальной дополнительной группы вспомогательных помещений для размещения, взаимосвязи и обслуживания инженерно-технического оборудования, обеспечивающего жизнеобеспечение здания или комплекса зданий.

Энергообеспечение высотных зданий должно отвечать повышенным требованиям надежности и безопасности энергоснабжения. Применение как альтернативных источников обеспечения электроэнергии, так и традиционных и различных их оптимальных комбинаций – основа обеспечения энергоэффективности современных высотных зданий.

Различные архитектурно-планировочные приемы позволяют учитывать и выявлять влияние инженерных систем всех трех типов на творческий архитек-

33

Приемы оптимизации микроклимата энергоэффективных высотных зданий:

форма здания должна обеспечивать минимальные показатели теплопотерь в холодный период и минимальные цифры теплопоступлений в теплый период года;

элементами наружных ограждающих конструкций для понижения показателей теплопоступлений с проникновением солнечной радиации в теплый период года должны стать солнцезащитные устройства;

для преимущественного естественного освещения в здании необходимо использовать светопрозрачные наружные ограждающие конструкции;

необходимо применять высокоэффективную теплоизоляцию и использовать светопрозрачные ограждающие конструкции с повышенными показателями теплозащитных характеристик;

создание естественной вентиляции путем применения двойных вентилируемых фасадов;

использовать процесс утилизации тепла удаляемого из здания воздуха для подогрева приточного воздуха;

технология охлаждающих потолков применяется вместо традиционной системы кондиционирования воздуха в здании;

создание возможностей использования грунтовых вод низкой температуры в качестве источника холодоснабжения для систем здания;

использование в системе водяного отопления насосов с автоматически регулируемой скоростью вращения для снижения затрат энергии и получения комфортной температуры воздуха;

применение системы автоматизации и управления зданием (Building Management System, BMS) для энергосбережения и поддержания оптимальных параметров микроклимата.

Инновационными примерами создания оптимальных условий микроклимата внутри высотных зданий, связанными с их особыми архитектурными и объемно-планировочными решениями, могут стать реализованные проекты архитектора Нормана Фостера (англ. Norman Robert Foster, Baron Foster of

Thames Bank).

Здание Коммерцбанк-Тауэр (англ. Commerzbank Tower) (фото 3) во Франкфурте-на-Майне (Германия) было построено в мае 1997 года. Оно стало самым высоким зданием в Европе (высота – 259 метров, высота с антенной – 300 метров) и занимает 24 место в мире по высоте.

Коммерцбанк-Тауэр представляет собой проект первого в мире экологичного высотного здания, в котором кардинально переработана концепция проектирования и строительства подобных объектов.

36

Фото 3. Здание Коммерцбанк-Тауэр (англ. Commerzbank Tower) [3]. Арх. Норман Фостер (англ. Norman Foster).

Построено в 1997году, г. Франфурт-на-Майне, Германия

Отличительные особенности Коммерцбанк-Тауэр, улучшающие его микроклимат:

−архитектурно-планировочная концепция. По периметру всего здания спирально расположены девять зимних садов, занимающие по высоте 4 этажа – «зеленые легкие», раскрывающие вид на растительность. Растения в этом случае стали больше, чем элементы интерьеров. Три сада расположены с восточной стороны здания (азиатский вид растительности), три – с южной стороны (средиземноморский вид растительности), ещё три – с западной (североамериканский вид растительности). Пространства зимних садов, использующиеся для общения и отдыха, обеспечены оптимальным количеством дневного света и несут функцию обеспечения работы специфической системы естественной вентиляции. Треугольная форма плана позволила расположить лифтовые, лестничные узлы и служебные помещения по углам здания, что позволило грамотно разместить группы офисов и зимних садов;

−ограждающие конструкции здания и солнцезащитные устройства.

Решетчатые балки, расположенные на колоннах в трех углах здания, являются несущими по отношению каждого этажа и зимнего сада – это создало дополнительную конструктивную жесткость и позволило отказаться от несущих колонн внутри здания. Светопрозрачные ограждения офисных помещений выполнены из двух слоев, при этом первый слой – внешняя оболочка с щелевыми отвер-

37

стиями для проникновения наружного воздуха, уменьшающая конвективный тепловой поток, направленный наружу.

Теплозащитное остекление с коэффициентом теплопередачи приблизительно 1,4-1,6 Вт/(м2 . К) позволяет существенно понижать энергозатраты на отопление здания. В холодное время года в ночные часы пространство между внешней и внутренней оболочками фасада герметизируется, и тем самым создаётся воздушная теплоизоляционная прослойка. Герметичные двойные стеклопакеты несущих стен по периметру офисов и в зимних садах заполнены инертным газом, они отражают инфракрасное излучение и таким образом сокращают энергозатраты на охлаждение здания. Солнцезащитные устройства, установленные между стеклопакетом и внешней светопрозрачной оболочкой здания, ограничивают поступление в него солнечной радиации;

−аэродинамика и система естественной вентиляции здания. В центральной части здания расположился атриум от отметки уровня земли до верхнего этажа, имеющий треугольную форму. Именно он является основным каналом для естественной вентиляции для смежных с ним офисных пространств. Коммерцбанк-Тауэр разделен по вертикали на 4 двенадцатиэтажных модуля- «деревни». В каждый модуль включены 3 четырехэтажных зимних сада, которые в свою очередь объединены центральным атриумом здания. Такое объединение гарантирует повышение показателей эффективности естественной вентиляции. В каждом модуле-«деревне» работает контроль над независимыми системами климатизации. Горизонтальное деление атриума через каждые 12 уровней позволяет выравнивать давление и специальную защиту от распространения дыма. Открываемыми окнами оснащены по периметру сады, атриум и сами офисные помещения, поэтому при обычных погодных условиях проветривание офисов производится в основном методом естественной вентиляции – под воздействием гравитационных сил и напора ветра (при проектировании была правильно выбрана ориентация здания относительно розы ветров – 1/3 здания обращена к наветренной стороне, 2/3 – к подветренной). Для сложных погодных условий в здании установлены системы механической вентиляции и устроены охлаждаемые перекрытия с замоноличенными в них трубопроводами. Такое инновационное решение позволяет сократить энергопотребление на 30 %. При средней скорости ветра во Франкфурте-на-Майне 4 м/с и определенных геометрических показателях здания Коммерцбанк-Тауэра аэродинамические разработки позволили воздушным потокам, образованными ветровым напором, способствовать эффективности естественной вентиляции в течение года при открытом положении соответствующих элементов оконных блоков. Утилизация тепла удаляемого воздуха позволяет обеспечивать экономию энергии при работе механического вида вентиляции;

−использование естественного освещения. Использование дневного света стало приорититетным в данном проектном решении. Этот прием позволяет значительно снижать эксплуатационные затраты и, что очень важно, улучшает психологический комфорт условий труда. Прозрачность ограждаю-

38

щих конструкций и офисные перегородки, выполненные из стекла, обеспечивают высоким уровнем освещенности дневным светом офисные рабочие пространства. Каждый уровень здания является открытым и составляет часть зимнего сада – это позволило всем офисам иметь виды на город, или на атриум, или на сад, создавая «природный эффект» воспринимаемого;

−особенности конструкции. По геометрии здание Коммерцбанк-Тауэр

–равносторонний треугольник шириной 60 м со скругленными углами. Его форма разделена на три секции, объединенные центральным атриумом. Сталь – основной конструкционный материал этого здания, который позволил не размещать колонны внутри зимних садов и сделать их пространство открытым и свободным для улучшения показателей естественной освещенности.

Небоскреб Мэри-Экс (англ. 30 St Mary Axe) – 41-этажная 180-метровая башня (фото 4), выполненная с применением стеклянных ограждающих покрытий, сигарообразная по форме – расширяется к средним уровням и сужается к верхним.

Фото 4. Башня Мэри-Экс, 30 или Сент-Мэри Экс 30 (англ. 30 St Mary Axe) [4].

Арх. Норман Фостер (англ. Norman Foster).

Построена в 2001-2004 годах, г. Лондон, Великобритания.

В 2004 году проект получил премию Джеймса Стирлинга от Королевского института британских архитекторов, а в 2003 году – премию

Emporis Skyscraper Award за лучший в мире небоскрёб

39