CC BY
50
Научно-производственные здания с близким к нулевому энергетическим балансом
Л.Б.Кологривова
Спад российского промышленного производства в 1990-х годах, ухудшение экологической обстановки в городах, а также слабая финансовая поддержка создания промышленных предприятий со стороны архитектурной науки усилили тенденцию к выводу промышленности из городской застройки. Следует отметить, что во многих случаях на месте прежней заводской застройки городской территории остались производственные здания, обладающие достаточным планировочным и конструктивным ресурсом для дальнейшей их эксплуатации. Большинство их относится к приборному направлению отраслей точного машиностроения с незначительным грузооборотом в связи с независимостью от железных дорог и сырьевой базы. Однако в стремлении получить быструю выгоду от сдачи в аренду потенциальных торговых или офисных площадей новые владельцы заводской земли предпочитали сносить все промышленные предприятия подряд, независимо от степени их износа. В тех же случаях, когда производственные здания перепрофилировались, имел место примитивный подход к их использованию без учета имевшегося объемно-планировочного потенциала и соблюдения экологических требований «зеленых» стандартов, в частности энерго- и ресурсоминимизации.
Традиционные неэффективные энергетические модели продолжали реализовываться и в строительстве, и при эксплуатации зданий, в частности производственных, в то время как даже в холодном климате Скандинавии осуществлялись тысячи проектов зданий, не требующих энергии традиционных источников для обогрева и охлаждения.
Солнце, геотермальные источники, инженерные системы накопления и распределения альтернативной энергии возобновляемых источников могут обеспечить теплом не только жилые, но и производственные здания. Расходы на инновационные мероприятия при использовании экологичных возобновляемых источников энергии достаточно велики, но должны быстро окупиться, если учесть затраты на борьбу с последствиями изменения климата, а также воздействия углеводородного топлива на здоровье людей [1].
Значимыми для энерго- и ресурсосбережения зданий являются их объемно-планировочное решение и ограждающие конструкции (глухие и светопрозрачные). «Пассивное» здание, приближающееся к нулевому балансу, возможно только за счет объемно-планировочного решения и суперизоляции ограждающих конструкций, при этом энергия, полученная от возобновляемых источников, способна поставить его в разряд «активных» и даже «экологически устойчивых».
В мире построено множество «пассивных» и «активных» жилых и общественных зданий с приближающимся к нулевому энергетическим балансом. Большая их часть находится в Европе и Америке. Целевые государственные программы предписывают приведение всех объектов регулярной застройки к условному уровню «пассивного» здания (до 30 кВт-ч/м3 в год). По отношению к производственным зданиям таких программ пока нет.
Стандарты строительства «пассивных» и «активных» зданий позволяют существенно сократить энергопотребление. В то же время такие здания могут значительно сократить выбросы парниковых газов, а это уже приоритет зданий «экологически устойчивых», или «зеленых», как их называют в ряде технически развитых стран.
«Зеленые» стандарты реализуют качественно новый подход к проектированию и строительству зданий как объектов высокой энергетической и экологической эффективности. Более 50 стран учредили свои национальные отделения, объединенные Всемирным советом по «зеленому» строительству.
В основе экологической устойчивости научно-производственных и других зданий, в первую очередь, должна быть экономия ресурсов - энергетических, трудовых, материальных, финансовых, временных и пр., то есть экономия земли, ее адекватное использование, экономия времени, средств и материалов при строительстве и последующем техническом перевооружении или реконструкции производственных зданий в условиях многократного изменения технологий и конкуренции, а также экономия энергоресурсов, в частности при эксплуатации производственных зданий.
Ресурсо- и энергоминимизация в архитектурном формировании зданий является только частью большой проблемы экологической их устойчивости, комплекс требований которой должен учитываться и при разработке зданий научно-производственного назначения. Основное отличие экологически устойчивых зданий заключается в использовании возобновляемых источников в качестве основных и в выполнении комплекса других экологических требований.
Показателем экологического подхода в строительстве стал комплекс экологических требований, обязательных и в отношении научно-производственных зданий. Среди них:
• ресурсо- и энергоминимизация при строительстве, эксплуатации, техническом перевооружении и реконструкции зданий;
• комфортные условия внешней и внутренней среды для жизнедеятельности человека в гармонии с окружающей средой;
• высокий архитектурно-художественный потенциал внешнего облика и внутреннего пространства здания.
Объекты научно-производственного назначения, претендующие на экологическую устойчивость, должны быть экологически совместимы и занимать минимальную территорию. Отсюда желательность их размещения в компактных многоэтажных зданиях с возможностью вертикального их развития при расширении. Для межотраслевого использования и интеграции с исследовательскими и административными помещениями научно-производственные здания должны иметь универсальные схемы объемно-планировочных и конструктивных решений, а для многократного изменения технологий, зависящих от колебаний рыночной конъюнктуры, - гибкие архитектурно-строительные и инженерно-технические решения.
Быстрых результатов в проектировании, строительстве и реконструкции научно-производственных зданий в инновационных центрах можно достичь путем создания унифицированных комплексов со специально выделенными участками под аренду для размещения различных объектов. При покидании инновационного центра они освобождают место для нового объекта, специфика которого не противоречит экологическим требованиям. Это обеспечивает гибкость во взаимодействии со средой.
В данном контексте следует напомнить о научно-исследовательских и проектно-экспериментальных разработках перспективных решений производств приборного направления отраслей точного машиностроения под руководством ОАО «ЦНИИпромзданий» совместно с ведущими отраслевыми институтами. Среди их результатов - здания с гибкими архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями (рис. 1), метод проектирования которых был удостоен золотой и серебряных медалей ВДНХ в 1991 году. Внедрение достижений научных исследований в проекты производственных корпусов началось с 1990-х годов на объектах отраслевых институтов в крупных городах РСФСР. Совершенствование производства с целью распространения разработок на все подотрасли точного машиностроения за счет комплексной унификации технологических, инженерно-технических и архитектурно-строительных решений производственных зданий [3] прогнозировалось на начало 2000-х годов. Разрабатываемое сегодня в ОАО «ЦНИИпромзданий» экологически устойчивое здание научно-производственного назначения - технический отель обладает комплексом энергосберегающих объемно-планировочных и конструктивных решений и использует энергию солнца при интеграции фотоэлектрических модулей со светопрозрачным и глухим ограждением, а также с солнцезащитными устройствами, что превращает ограждающие конструкции в возобновляемый источник энергии (рис. 2). В наружном ограждении блока офисов и учебных аудиторий, ориентированных на юг, юго-восток и юго-запад, выполнена регулируемая солн-цезащита из металлических ламелей, на которые нанесены
фотоэлектрические модули. В наружном ограждении блоков лабораторий и производственных помещений, также ориентированных на юг, юго-восток и юго-запад, используются полупрозрачные тонкопленочные фотоэлектрические модули, нанесенные на наружное стекло стеклопакета. Остекление до 2 м от пола остается прозрачным. Все глухие плоскости
Рис. 1. Комплекс производственных зданий из унифицированных функциональных блоков в отрасли точного машиностроения
Рис. 2. Научно-производственное здание (технический отель) с комплексом энерго- и ресурсосберегающих объемно-планировочных и конструктивных решений
Рис. 3. Научно-производственное здание. Вариант решения наружного ограждения
46
4 2014
здания по возможности покрыты кремниевыми фотоэлектрическими модулями (рис. 3).
Пример дальнейшего совершенствования строительных технологий для создания экологически устойчивых зданий с положительным энергетическим балансом дают разработанные и построенные фирмой «Schüco» (Energu Building, Германия) общественные здания для холодного и умеренного климата [2].
Здания, оснащенные высокоэффективными ограждающими конструкциями, используют гелиосистемы в «пассивном» и «активном» режиме. Они экономят, получают и используют энергию для эффективного охлаждения летом и вентиляции с малыми потерями тепла зимой в автоматическом режиме. «Умная» система автоматизации позволяет изменять параметры ограждающих конструкций здания в зависимости от погодных условий. Тонкопленочная технология солнечных модулей, встроенных в фасады и крыши зданий, гарантирует рациональное производство электроэнергии не только на южных, но и на восточных и западных фасадах. С помощью высокоэффективных ограждающих конструкций и встроенных фотоэлектрических модулей здания производят энергии больше, чем потребляют для работы системы автоматизации, вентиляции, охлаждения и светодиодного освещения. Отопление зданий решается за счет адаптивной фасадной системы и тепловых насосов.
В связи с тем, что для достижения экологической эффективности ограждающих конструкций большое значение имеют процессы их производства, монтажа и демонтажа, в решениях фирмы «Schüco» фасады и окна унифицированы при проектировании на основе модульной системы. Это принципиально соответствует разработкам ОАО «ЦНИИпром-зданий» по проектированию зданий с гибкими архитектурно-строительными решениями. Для таких зданий, подлежащих в настоящее время реконструкции, в соответствии с экологическими требованиями по энергосбережению подходят комплексные системы «Schüco», в частности с фасадными модулями для больших непрозрачных поверхностей.
Выводы
1. В соответствии с тенденцией развитых государств к интеграции экономики в единое мировое пространство промышленность в России должна стать приоритетным сектором экономики. Этого требует необходимость создания условий для сохранения и развития промышленного потенциала городов, для роста экономики и укрепления национальной безопасности страны.
2. Производственные здания приборного направления отрасли точного машиностроения, разработанные и построенные в конце 1980-х - начале 1990-х годов, имеют достаточный ресурс объемно-планировочных и конструктивных параметров, рассчитанный на размещение периодически изменяющихся производственных технологических процессов, а также сегодняшних инновационных технологий.
3. Для получения нулевого энергетического баланса научно-производственных зданий необходимы архитектурно-строительные и инженерно-технические решения, обусловливающие сохранение, производство и использование необходимой энергии. С этой целью при реконструкции зданий приборного направления отрасли точного машиностроения, как и новом их строительстве, рекомендуется использовать разработки ОАО «ЦНИИпромзданий» с гибкими решениями и энерго- и ресурсосберегающие проекты зданий нового типа, а также унифицированные фасадные системы и разработки фирмы «Schüco» (Energy Building).
4. Меры по экономии энергии и ресурсов наряду с разработкой безопасных возобновляемых источников, оптимизация способов реализации управления и передачи поступающей энергии обеспечат в перспективе получение дополнительной энергии для решения стратегической задачи формирования экологически устойчивого научно-производственного здания с нулевым энергетическим балансом.
Литература
1. WWF. Ecofus, OMA-AMO the Energy Report (100 % Re-nonwable Energy by 2050). Проект Интернешнл 29. Энергия. 2011. С. 18 - 62.
2. Schüco. Системы для экономии и производства энергии // Energy. 2012. № 3.
3. КологривоваЛ.Б. Экологичная энергетика в архитектуре современного производственного здания // Академический вестник. УралНИИпроект РААСН. 2013. № 2. С. 73-75.
Literatura
2. Schüco. Sistemy dlya ekonomii i proizvodstva energii // Energy. 2012. №3.
3. Kologrivova L.B. Ekologichnaya energetika v arhitekture sovremennogo proizvodstvennogo zdaniya // Academicheskij vestnik. UralNIIрroekt RAASN. 2013. № 2. S. 73-75.
The Industrial Buildings with Close to Zero Energetic
Balance. By L.B.Kologrivova
The article looks at buildings as complexes of energy and resource effective space planning and structural decisions, and also a combination of solar technical components creating a renewable energy source. The solutions are acceptable for new construction and reconstruction of buildings under the technical re-equipment of production.
Ключевые слова: экологическая устойчивость здания, энерго- и ресурсоминимизация, нетрадиционный возобновляемый источник энергии.
Key words: environmental sustainability of the building, energy and resource minimization, nonconventional renewable energy source.
