Учебное пособие 800580

Размещение среди плотной исторической застройки в сердце старого Лондона продиктовало специфику участка здания и соответственно его формообразование.

Основание башни размером 49 м меняет свои параметры на уровне 17-го этажа и увеличивается до 57 м, но к уровню 39-го этажа постепенно сужается и становится по размеру 26 м – такой прием позволил избежать излишней громоздкости.

Применение жесткости двойной диагональной решетки ограждающих конструкций дало возможность сделать здание тонким, и поэтому, отбрасываемая им тень стала незначительной для окружающей исторической застройки прилегающих территорий. Формообразование обеспечивает прозрачность здания и повышает показатели проникновения естественного солнечного света в нижние уровни. В средней зоне здания расположены максимальные по площади офисные пространства, потому что сужение кверху Башни Мэри-Экс увеличивает количество потоков солнечного света в этой части.

Отличительные особенности Мэри-Экс, улучшающие его микроклимат:

−система естественной вентиляции здания. По законам аэродинамики форма здания способствует её окружению потоками ветра, воздушные массы не стремятся вниз и не нарушают комфортное движение пешеходов. Созданная естественным движением воздуха разница давлений позволяет работать естественной системе вентиляции.

В здании размещены «экологические офисы» – пространства, сопоставимые с масштабами здания и объемами зеленых насаждений, садами. Наружное покрытие ограждающих конструкций выполнено из панелей двойного остекления с низкой излучательной способностью. При этом внутреннее остекление отстоит от наружного на 1,4 м. Воздушные камеры этих оболочек разделяет система механических солнцезащитных козырьков. Современная система энергетического управления учитывает положение солнца и посезонно меняет угол наклона светозащитных козырьков, оптимизируя показатели естественного освещения. Световая шахта с красивыми видовыми балконами также способствует распределению естественного света. Формообразование здания позволило использовать преимущественно естественную вентиляцию, позволяя механической системе искусственного кондиционирования быть выключенной в течение 40% рабочего времени;

−использование естественного освещения. Стеклянная верхушка здания в форме полусферы является своеобразной линзой. Для его изготовления понадобилось гнутое стекло, в остальных панелях к рамам крепятся плоские листовые элементы. Окна, создающие диагональную сетку и шесть треугольных отверстий, выступающих за края каждого уровня этажа, – ключевые моменты интерьерного решения. Эти элементы позволяют повышать количество поступающего дневного света, обеспечивать оптимальное количество свежего воздуха и улучшать качество использования внутренних пространств. Каждое офисное пространство является относительно прямоугольным при постоянной

40

ширине 16,5 м и глубине 6 – 15 м и рассчитано на работу 30 сотрудников. Треугольные отверстия соединены между собой по вертикали и разделены противопожарными отсеками, тем самым по периметру башни образованы миниатриумные пространства. Эффект винтовой лестницы из этих отверстий достигается их сдвигом на 50 на каждом этаже. Снаружи на здании это видно по цветовым полосам, спирально обрисовывающим здание с нижнего уровня до верхнего. Световые шахты, открывающие вид вниз до самой улицы, выглядят более темными на фасаде, и на уровнях со 2 по 15 этаж являются балконами или особыми местами отдыха сотрудников здания.

Сити-холл (англ. City Hal,l здание, служащее резиденцией Администрации Большого Лондона – Здание мэрии) (фото 5) является относительно «невысоким» высотным зданием (10 этажей при верхней отметке около 45 м), но его полезно рассмотреть с точки зрения энергоэффективности.

Фото 5. Разрез, поэтажные планы и схемы Сити-холл [5]

Здание имеет сложное формообразование, напоминающее яйцо, с диаметром нижней части меньшим, чем в его самой широкой средней части. Верхняя часть здания наклонена в южную сторону на 170. Выбор формы продиктован соображениями уменьшения теплопотерь через внешнюю оболочку здания и для оптимизации энергетического влияния наружного климата на здание.

Отличительные особенности Сити-холл, улучшающие его микроклимат:

41

− форма, размеры и ориентация здания. Особенная необычная форма является особенностью этого объекта. Она определена параметрами энергетического воздействия наружного климата на ограждающую оболочку здания, что позволяет выигрышным способом использовать положительное и максимально снизить отрицательное влияние наружных факторов среды на энергетический баланс здания.

Методики цифрового компьютерного моделирования позволили оптимально определить форму и размеры здания, его ориентацию по сторонам света. Построенные математические модели спрогнозировали показатели нагрузок на системы климатизации в теплый и холодный периоды года с учетом теплопотерь и теплопоступлений через ограждающие конструкции. Эти расчеты дали возможность правильного выбора формообразования, ориентации, размеров здания, площадь и местоположение светопрозрачных конструкций внешней оболочки (фото 6). Все эти меры позволили уменьшить затраты на охлаждение внутреннего микроклимата. Инновационным решением, идущим вразрез с инженерными традициями, стало применение в системе кондиционирования в качестве холодоснабжающего элемента грунтовых вод с низкой температурой;

Фото 6. Схема монтажа светопрозрачных конструкций фасада Сити-холл (северная сторона, остекление атриума) [6]:

1 – силикон; 2 – поворотный фиксатор; 3 – элемент двойного остекления; 4 – алюминиевый профиль; 5 – уплотнение; 6 – стальная тавровая балка; 7 – остекление; 8 – стальная тавровая балка;

9 – диагональный каркас из стальных труб

42

−теплозащита и естественное освещение. Значительные площади светопрозрачных наружных ограждающих конструкций дают возможность использования в полной мере преимуществ естественного освещения – повышение комфортной внутренней среды и понижение затрат на электрическую энергию, необходимую для функционирования искусственного освещения.

Неслучайный наклон здания в южном направлении и применение деталей элементов фасада в роли солнцезащитных устройств дали возможность снизить теплопоступления от солнечной радиации в теплой период года и свести к минимуму дискомфортное воздействие прямого солнечного освещения.

Так же в здании применяются солнцезащитные шторы-жалюзи, находящиеся внутри элементов двойного фасада. Северная сторона также снабжена значительным количеством светопрозрачных ограждающих конструкций для использования преимуществ естественного освещения. Высокоэффективная теплоизоляция и применение светопрозрачных ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными свойствами обеспечивают сокращение теплопотерь в холодный период года. В выставочном зале «Visitor Centre» в светлое время суток используется естественное освещение, полученное путем отражения дневного света от потолочных элементов в форме концентрических эллипсов, изготовленных из нержавеющей стали, отполированной до зеркального блеска;

−система климатизации. Инженерные предложения неотделимы от архитектурных в проекте здания мэрии. Именно такое объединение новаторства и инноваций позволило снизить энергопотребление, повысить экологичность и качество микроклимата.

В сооружении применена «интегрированная» энергосберегающая система климатизации – комбинация естественной и механической систем вентиляции. Офисы, которые расположены по периметру здания, проветриваются естественным образом с применением щелевых вентиляционных отверстий, размещенных под окнами.

Открытая планировка с просторными внутренними пространствами помещений тоже обеспечивает естественное проветривание – при открытии вентиляционных отверстий системы отопления и механической вентиляции останавливают свое функционирование, что дает возможность минимизировать показатели потерь энергии.

Концепция «двойного вентилируемого фасада» – прогрессивная разработка для здания мэрии. Стеклопакет, заполненный инертным газом, – структура внутренней оболочки двойного фасада. У наружной оболочки важная ветрозащитная задача для снижения конвекции теплового потока между поверхностями окон и наружными воздушными массами. Между этими двумя слоями в воздушной прослойке находятся солнцезащитные устройства штор-жалюзи. С внешней стороны остекления находятся отверстия ниже, чем расположены вентиляционные щелевые отверстия. Когда происходит процесс естественной вентиляции, наружный поток воздуха попадает в промежуток между слоями, на-

43

гревается под влиянием солнечной радиации и затем направляется внутрь здания. Далее приточный воздух через щелевые конструкции в нижней части окна, открываемые вручную сотрудниками офисов, подается в помещения. Удаление внутреннего воздуха проходит через щелевые конструкции в верней части помещений.

Понижение первоначальных показателей солнечной радиации происходит на наружном слое и в воздушной прослойке. Итоговое уменьшение влияния солнечной радиации осуществляется с применением солнцезащитных устройств. При неблагоприятных метеоусловиях (периоды жаркой или холодной погоды) щелевые конструкции вентиляционной системы перекрываются, и проветривание офисов производится с применением механической системы. Воздушная прослойка двойного фасада с высокими теплоизоляционными характеристиками в холодное время создает статичный воздушный слой.

Приточно-вытяжная механическая система вентиляции действует по принципу вытесняющей вентиляции. Организованный таким образом воздухообмен здания, в сравнении с традиционными схемами работы вентиляции, обеспечивает высокие показатели качества воздуха, и уменьшают энергетические затраты. Отсутствие сквозняков, низкая скорость воздушных потоков внутри помещений, равномерное распределение температуры воздуха, бесшумность, низкие эксплуатационные затраты, компактность – преимущественные факторы теплового комфорта, полученные работой такой схемы вентиляции.

В вертикальный вентканал, расположенный в центре здания, направляется поток приточного воздуха и далее разделяется по горизонтальным воздуховодам, находящимися под конструкциями фальшпола. Раздача воздуха проводится сквозь воздухораспределительные решетки в полу. Из верхнего уровня помещений осуществляется отведение воздуха – он собирается по горизонтальным воздуховодам, расположенным выше уровня конструкций подвесного потолка, и направляется в вертикальный сборный вентканал в центральной части здания (там же расположен и вертикальный канал приточного воздуха).

Для понижения температуры воздуха в офисных пространствах в теплое время года используется система охлаждающих потоков – вода низкой температуры как источник холодоснабжения (t 0C – 12 -14) циркулирует по пустотелым балкам потолочных конструкций. Таким образом, охлаждаются металлические части и они охлаждают внутренний воздух, который под воздействием законов гравитации опускается в нижнюю часть помещений, а теплый нагретый людьми, компьютерным и осветительным оборудованием воздух наоборот опять поднимается вверх. Без воздействия сквозняков в помещении получается оптимально постоянная температура воздуха по всей высоте внутреннего пространства.

Чтобы получить доставку грунтовых вод под здание, до водоносного горизонта пробурены две подземные скважины глубиной 125 м. Это решение также способствует уменьшению затрат на потребление электроэнергии. После завершения полного цикла циркуляции по конструкциям охлаждающего потол-

44

ка поток грунтовых вод направляется в центральный сборный резервуар и далее отправляется в реку Темзу. Некоторая часть отработанной после охлаждения воды используется канализационной системой здания и для полива зеленых насаждений, что существенно снижает потребление нетехнической водопроводной воды. В теплое время года удаляемый воздух низких температур направляется для подготовительного охлаждения приточного воздуха.

Отказу от традиционных холодильных установок способствовали: комбинация устройств утилизации тепла-холода, применение грунтовых вод для источников холодоснабжения, форма здания, его ориентация по сторонам света и использование солнцезащитных систем. Используемый в Сити-холл комбинированный тип отопления – схема воздушного отопления + вентиляция и система водяного отопления (конвекторы, установленные в зале заседаний и в офисах по внешнему периметру в конструкциях фальшпола, а также напольное па- нельно-лучистое отопление в фойе). Конвекторы предотвращают образование конденсата в холодных светопрозрачных наружных ограждающих конструкциях, снижают уровень образования сквозняков и делают свободным пространство в помещениях.

Вода высокой температуры применяется для подогрева приточного воздуха в центральной приточной установке. Для её подготовки и приготовления работают два газовых бойлера. Использование насосных установок с регулируемой скоростью вращения, позволяют увеличить/ уменьшить расход теплоносителя в зависимости от времени года и суток, занятости помещений, и дают возможность снизить расход энергии, направленной на циркуляцию теплоносителя;

− система автоматизации и управления зданием. Разработанная для Сити-холл система автоматизации и управления зданием (BMS, Building Management System), служит для поддержания и контроля, оптимально нормируемых комфортных параметров микроклимата в помещениях. Данная система является запрограммированной на эффективное применение инженерного оборудования и сбережение энергозатрат при необходимых качественных показателях внутреннего микроклимата (например, понижение температуры воздуха в зале заседаний и в залах собраний происходит только тогда, когда возникает необходимость в эксплуатации этих помещений). Автоматически контролируются уровень воздухообмена и показатели температуры поступаемого приточного воздуха для обеспечения необходимого микроклимата в обслуживаемых помещениях.

Контрольные вопросы

1.Что такое микроклимат помещения? Сформулируйте параметры микроклимата помещений.

2.Какие существуют приемы и средства оптимизации микроклимата энергоэффективных высотных зданий?

3.Назовите и опишите примеры высотных зданий с инновационными решениями оптимизации микроклимата.

45

4. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ АРХИТЕКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

4.1. КИНЕТИЧЕСКАЯ (ДИНАМИЧЕСКАЯ) АРХИТЕКТУРА

Спроектировано жизнью, сформировано временем. Дэвид Фишер (David Fisher) [12]

Динамические здания (англ. Dynamic buildings) – новый виток развития архитектуры как искусства, новейшая философия инженерной мысли, изменяющая взгляд на облик современных мегаполисов. Здания в движении (англ. Buildings in motion) – это открытый вызов обычному мировосприятию архитектуры, основанной на общепонятных законах силы тяжести.

Кинетическая (динамическая) архитектура высотных зданий – новое зрелищное концептуальное направление в архитектурном проектировании. В таком направлении проектирования заметна особая связь искусства и инженерии

– синтез искусств и точной науки. Только с развитием механики, электроники, робототехники и IT-технологий проекты динамической архитектуры стали возможны для реализации. Такие проекты всегда поражают оригинальностью и смелостью применяемых при их возведении и эксплуатации инноваций.

Кинетическая (динамическая) архитектура – современное направление архитектуры, в котором здание сконструировано таким образом, что его части могут двигаться относительно друг друга, не нарушая общую целостность объема. Это архитектура, в которых управляемо движутся на центральной оси динамичные элементы фасада независимо от других частей, создавая эффект вращающегося здания.

Динамическая архитектура – это взаимодействие трехмерности восприятия реального объекта с четвертым измерением пространства

– временем.

Проект «Вращающегося небоскреба» (англ. Dynamic Tower) для г. Дубая (ОАЭ) (фото 7) создан знаменитым итальянским архитектором Дэвидом Фишером (англ. David Fisher), руководителем Infinity design во Флоренции. Творчество этого архитектора основывается на двух постулатах – сборных элементах при их производственном изготовлении и динамическом направлении современной архитектуры. Проектом «Вращающийся небоскреб» предполагалась высота здания 420 м при количестве 80 этажей. В нем были предусмотрены частные квартиры, отель, торговые центры.

Поэтажные элементы здания должны менять свое местоположение в горизонтальной плоскости – вращаться с определенной управляемо заданной скоростью вокруг центрального стержня-оси небоскреба. По инженерным предпо-

46

ложениям солнечные панели (фотогальванические панели), расположенные на крыше здания, и ветровые турбины между всеми этажами должны вырабатывать электроэнергию, равную 1 200 000 кВт/ч, абсолютно достаточную для вращения. Акустический шум от работы ветровых турбин нивелируется современным дизайном и формой их винтов, изготовленных из углеродного волокна. Именно такие моменты стали принципами экологичности данного проекта – использование солнечной и ветровой энергии при строительстве и эксплуатации зданий.

Фото 7. Проект «Вращающегося небоскреба» (англ. Dynamic Tower) [7]. Арх. David Fisher.

Планировавшаяся дата постройки - 2010 год, г. Дубай, ОАЭ

Предполагаемая инфраструктура «Вращающейся башни» (Dynamic Tower) в Дубае: 1-20 этаж – офисные пространства различного вида компаний, 20-35 этаж – помещения шестизвездочного отеля, 35-70 этажи – квартиры с максимальной площадью до 1200 м2, 70-80 этажи – роскошные виллы.

Проект вращающегося здания в Москве Дэвида Фишера – концепт динамической башни высотой 300-400 м (60-70 этажей) (фото 8). Предполагалось, что первые уровни здания вращаться не должны и там разместятся офисные и коммерческие пространства. На следующих уже вращающихся вокруг оси-стержня здания этажах расположатся квартиры повышенного уровня комфорта.

Примечательно, что вращение этажей будет независимым друг от друга – именно это создаст эффект постоянно меняющего свою форму небоскреба. Полный круг предположительно должен был совершаться за 2-3 часа в зависи-

47

мости от заданной скорости. Как и исторически сложилось для небоскребов, все коммуникации (системы электроснабжения, водообеспечения, отопления, канализация и водоотведения) расположатся в центральном неподвижном ство- ле-стержне, тем самым создавая рациональное подведение на вращающиеся этажи с квартирами и обеспечивая бесперебойную доставку и удаление ресурсов. Сначала предполагалось возведение центрального неподвижного стержня небоскреба, и затем дальнейшее посекционное нанизывание на него собранных на заводе-изготовителе отдельных вращающихся элементов с уже готовым собранным наполнением – коммуникации и мебельные группы. Такой метод сборки современных зданий ускоряет процесс строительства на 30 %.

Фото 8. Концепт динамической башни [8]. Арх. David Fisher.

г. Москва, Россия

При всей уникальности подобных зданий, в свою очередь, их создатель архитектор Д. Фишер утверждает: «Вы только подумайте, сколько самолетов ежедневно поднимается в воздух. Здоровая, тяжеленная железяка – и летает. По сравнению с этим вертящиеся небоскребы – просто забавная игрушка» [13].

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте понятие «кинетическая (динамическая) архитектура».

2.Назовите примеры концептуальных проектов динамической архитектуры.

48

4.2. «БУМАЖНАЯ АРХИТЕКТУРА» ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

«Бумажная архитектура» – теоретическая деятельность архи-

текторов, состоящая в проектировании архитектурных форм без цели их последующей материализации.

Во все времена творческой деятельности создавались проекты, осуществление которых было невозможно из-за их сложности в техническом исполнении, несоразмерности материальных и трудовых затрат, сомасштабности возводимых объектов. Такой вид проектной деятельности в зодчестве со временем получил определение «бумажная архитектура».

Проекты «бумажной архитектуры» выражают безграничность неосуществимых фантазий авторов и являются опытным творческим пространством поиска стилистики, формообразования, типологии зданий и сооружений. Это очень специфический род архитектурной проектной практики коснулся и проектирования высотных зданий.

Примерами проектов небоскребов в «бумажной архитектуре» могут стать следующие объекты:

− конкурсный проект Ивана Ильича Леонидова (1902-1959) Дома Наркомтяжпрома (Народный Комиссариат Тяжелой Промышленности) на Красной площади в г. Москве (СССР), созданный в 1934-1936 гг. (фото 9).

Фото 9. Конкурсный проект Дома Наркомтяжпрома на Красной площади в г. Москве, СССР [9].

Арх. И. И. Леонидов.

Проект создан в 1934-1936 гг.

49