Строительные концепции зданий XXI века в области теплоснабжения и климатизации

Ю. А. Табунщиков, президент НП «АВОК», профессор, член-корреспондент РААСН

Энергопотребление зданий, которое не было определяющим показателем в прошлом, стало доминирующим критерием качества проекта. С течением времени изменялся и расширялся объект изучения: эффективность использования энергии в здании.

Если в самом начале строительства энергоэффективных зданий, вплоть до начала 1990-х годов, основной интерес представляло изучение мероприятий по экономии энергии, то уже в середине 1990-х годов приоритет отдается тем энергосберегающим решениям, которые одновременно способствуют повышению качества микроклимата.

Впрочем, качество микроклимата в этот период уверенно выходит на первый план, по сравнению с энергосбережением. В мировом строительстве появилось большое количество зданий, микрорайонов и даже архитектурно-строительных зон, которые были запроектированы и построены на основе различных концепций энергетически эффективных и экологически чистых технологий. Эти концепции определялись собственными наименованиями. Наибольшую известность получили следующие из них:

• энергоэффективное здание (energy efficient building);

• здание с низким энергопотреблением (low energy building);

• здание с ультранизким энергопотреблением (ultralow energy building);

• здание с нулевым использованием энергии (zero energy building);

• пассивное здание (passive building);

• биоклиматическая архитектура (bioclimatic architecture);

• здоровое здание (healthy building);

• «умное» здание (smart building);

• интеллектуальное здание (intelligent building);

• здание высоких технологий (high-tech building);

• экологически нейтральное здание;

• sustainable building;

• advanced building.

Перечисленные выше концепции энергетически эффективных и экологически чистых зданий реализованы в большом числе строительных объектов, в застройках районов городов и сельских мест, но до настоящего времени не имеют научных основ, позволяющих наилучшим образом осуществить их проектирование.

В литературе встречаются попытки дать определения каждой из этих концепций. Трудность заключается в том, что в одном и том же строительном объекте, как правило, можно обнаружить реализацию одновременно нескольких различных концепций. Здесь, основываясь на литературном материале, мы попытаемся дать собственное определение перечисленных выше концепций энергетически эффективных и экологически чистых зданий.

Рисунок 1. Экологически нейтральные здания Культурного центра в Новой Каледонии, архитектор Renzo Piano

Энергоэффективное здание

– здание, в котором эффективное использование энергоресурсов достигается за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения и не изменяют привычного образа жизни. К энергоэффективным зданиям могут быть отнесены здания с низким энергопотреблением и здания с нулевым энергопотреблением.

Рисунок 2. Энергоэффективное здание «Commerzbank», Франкфурт-на-Майне, Германия

Пассивное здание

– здание, в котором преду-смотрены специальные мероприятия по применению нетрадиционных (возобновляемых) источников энергии, оказывающих существенное влияние на снижение потребления энергии от традиционных источников.

Вольфганг Файст – автор идеи «passive house». Работал в IWU (Institut Wohnen und Umwelt), г. Дармштадт (Германия), с 1985 по 1996 год. В этот период при его участии и практическом сопровождении был разработан и в 1993 году построен первый в мире пассивный дом.

Принципы пассивного дома: использование нетрадиционных источников энергии (солнца, грунта и т. д.), суперизоляция ограждающих конструкций, утилизация тепла вытяжного воздуха и канализационных стоков, энергопотребление не более 15 Вт/м² общей площади.

Рисунок 3. Здание высоких технологий – Мэрия в Лондоне, архитектор Norman Foster

Биоклиматическая архитектура

– одно из направлений архитектуры в стиле hi-tech с ярко выраженным использованием остекленных пространств. Биоклиматическая архитектура – явление в строительстве сравнительно молодое. Главный принцип биоклиматической архитектуры – гармония с природой, желание приблизить человеческое жилище к природе. Экодизайнер Уильям МакДоно пишет: «Я хочу сделать так, чтобы птица, залетев в офис, даже не заметила, что она уже не вне здания, а внутри него».

Рисунок 4. Многоэтажное жилое здание с низким энергопотреблением в Берлине, архитекторы Assmann, Solomon и Scheidt

Здоровое здание

– здание, в котором приоритетность при выборе энергосберегающих технологий имеют технические решения, одновременно способствующие улучшению микроклимата помещений и защите окружающей среды, построенные с применением экологически чистых строительных материалов.

Интеллектуальное здание

– здание, в котором, с точки зрения теплоснабжения и климатизации, на основе применения компьютерных технологий оптимизированы потоки тепла и массы в помещениях и ограждающих конструкциях.

К категории интеллектуальных зданий могут быть отнесены умные здания.

Рисунок 5. Sustainable building в Лондоне, архитектор Bill Dunster

Здание высоких технологий

– здание, в котором экономия энергии, качество микроклимата и экологическая безопасность достигаются за счет использования технических решений, основанных на сильных ноу-хау, на правилах сильного мышления.

Рисунок 6. Здание биоклиматической архитектуры Helikon Building в Лондоне, архитектор Sheppard Robson

Sustainable building

– здание, которое находится в экологическом равновесии с человеком и окружающей средой. Концепция «sustainable buildings» представлена в таблице.

Буквальный перевод «sustainable buildings» означает «поддерживающие здания», но по своему смыслу это выражение означает «жизнеудерживающие здания», «жизнесохраняющие здания», т. е. здания, которые находятся в равновесии с природой и человеком. «Sustainable buildings» – это обширная дисциплина, рожденная как альтернатива стремлению человека покорить природу, что, к несчастью, осуществлялось путем ее разрушения и истощения и желанием создать искусственную среду своего обитания.

Эта дисциплина включает в себя изучение возможности использования экологически чистых возобновляемых источников энергии, оптимального использования затребованной энергии, сохранения водных ресурсов, применения строительных материалов повторного использования, улучшения качества среды обитания человека.

Однако изучение отдельных аспектов этой проблемы оказывается недостаточным: необходимо в комплексе изучить здание и окружающую среду, их экологическое и энергетическое состояние как единого целого. Очевидно, что это является главной целью теории и практики строительства sustainable buildings.

Хочется предположить, что в результате этого изучения будут выявлены некоторые «предельные состояния», нарушать которые строительная отрасль не должна ни при каких условиях. Эти «предельные состояния» будут включать в себя выделение газов, приводящих к «парниковому эффекту», потребление и загрязнение водных ресурсов, строительный и бытовой мусор и т. д. Данные показатели были определяющими при оценке экологической и энергетической эффективности проектов жилого района.

Приведенные выше определения строительных концепций энергоэффективных экологически чистых зданий XXI века ни в коем случае не следует считать завершенными и не подлежащими критическому переосмысливанию.

Эти определения отражают личное понимание автором рассматриваемых строительных концепций, сформулированных на основе знакомства с обширным литературным материалом, участия в специальных конференциях, посещения многих объектов и на основе наград, получаемых зданиями в различных категориях.

Рисунок 7. Пример биоархитектуры – офисное здание «Torre Agbar» в Барселоне, архитектор Jean Nouvel

В основе концепции проектирования современных зданий лежит идея того, что качество окружающей нас среды оказывает непосредственное влияние на качество нашей жизни как дома, так и на рабочем месте или в местах общего пользования, составляющих основу наших городов.

Такое выделение социальных аспектов является признанием того, что архитектура и строительство развиваются на основе потребностей людей – духовных и материальных. На этом, однако, не прекратилось расширение объекта изучения.

Чрезвычайно важно – может быть, это самая главная идея для архитектуры и строительства XXI века – понимание того, что природа не пассивный фон нашей деятельности: в результате 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.

Хотелось бы ответить на два следующих вопроса.

Первый: почему в мировом экспериментальном строительстве имеет место столь широкая номенклатура зданий на основе различных концепций энергетически эффективных и экологически чистых технологий?

Второй вопрос: почему эти здания не стали новым стилем в мировой архитектуре и строительстве?

По нашему мнению, ответ на первый вопрос заключается в том, что строительство современных многоэтажных и многофункциональных зданий является молодой отраслью. Такой же молодой, как самолетостроение и даже вычислительная техника. Однако самолетостроение и вычислительная техника во второй половине XX века проявились как ультрапрогрессивные отрасли. Строительство претерпело, по сравнению с ними, не столь значительные изменения. Энергосбережение явилось мощным импульсом к изучению проблемы микроклимата и климатизации здания. По математической терминологии энергосбережение на первом этапе своего изучения являлось «целевой функцией» при проектировании здания.

По мере изучения проблемы энергосбережения место целевой функции стали занимать такие проблемы, как, например, использование солнечной радиации в тепловом балансе здания – биоклиматическая архитектура, качество микроклимата – здоровые здания, сохранение окружающей среды – sustainable building, а энергосбережение по той же математической терминологии вошло в ранг ограничений решаемой задачи.

Относительно ответа на второй вопрос.

Главная причина, на наш взгляд, состоит в том, что обыватели еще очень далеки от понимания чрезвычайной важности проблемы качества среды обитания, а специалисты недостаточно изучили эту проблему. С другой стороны, стоимость энергии продолжает оставаться удивительно низкой, и мы еще не умеем оценивать и включать в стоимость энергии ущерб, наносимый будущим поколениям ее неэкономным расточительным использованием, и вред окружающей среде в результате ее загрязнения.

Но есть ли сегодня обстоятельства, стимулирующие строительство энергоэффективных и экологически чистых зданий?

По нашему мнению, есть, как минимум, два таких обстоятельства.

Первое – потребительские качества здания играют все большую роль в конкурентности рыночной продажи жилых и общественных зданий (о потребительских качествах зданий см. журнал «АВОК», 2004, № 4, с. 6–10).

Второе – в результате инфляции и роста стоимости жилья и общественных помещений инвесторы приходят к выводу о нецелесообразности продажи площадей, а о целесообразности сдачи в аренду с созданием собственных управляющих компаний по эксплуатации этих зданий. В результате появляется лицо, заинтересованное в снижении эксплуатационных затрат и, следовательно, во внедрении энергосберегающих технологий при строительстве зданий.

В заключение хотелось бы отметить, что творческий союз архитектора и инженера создает энергоэффективные и экологически чистые здания, которые представляют собой произведение искусства. К таким зданиям относятся экологически нейтральные здания Культурного центра в Новой Каледонии, архитектор Renzo Piano (рис. 1 [1]); энергоэффективное здание «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне (рис. 2 [2]); здание высоких технологий – Мэрия в Лондоне, архитектор Norman Foster (рис. 3 [3]); жилое многоэтажное здание с низким энергопотреблением в Берлине, Assmann, Solomon & Scheidt (рис. 4 [1]); sustainable building в Лондоне, архитектор Bill Dunster (рис. 5 [1]); здание биоклиматической архитектуры Helikon Building в Лондоне, архитектор Sheppard Robson (рис. 6 [1]); пример биоархитектуры – офисное здание «Torre Agbar» в Барселоне, архитектор Jean Nouvel (рис. 7).