Особенности формирования внутреннего микроклимата высотных биоклиматических зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ARCHITECTURE / <<е®иУШШШ=^ШШа1>#2Щ1»,2Ш9

ARCHITECTURE

УДК 721

Кривенко О.В.

Кандидат технических наук, доцент кафедры архитектурных конструкций, Киевский Национальный Университет Строительства и Архитектуры

DOI: 10.24411/2520-6990-2019-11102

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕГО МИКРОКЛИМАТА ВЫСОТНЫХ

БИОКЛИМАТИЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

Krivenko O. V.

PhD, associate professor, Department of Architectural Constructions Kyiv National University of Construction and Architecture

FEATURES OF FORMATION OF INTERNAL MICROCLIMATE OF THE BIOCLIMATIC HIGH-

RISE BUILDINGS

Аннотация.

В статье представлен анализ исследований и современных стандартов по обеспечению внутренней комфортной среды в помещениях зданий. Предложена стратегия поиска возможных проектных решений, связанных с улучшением и оптимизацией комфортной внутренней среды и микроклимата в помещениях с учетом особенностей высотного биоклиматического здания.

Abstract.

The article presents an analysis of research and modern standards for ensuring an internal comfortable environment in the premises of buildings. A search strategy for possible design solutions related to the improvement and optimization of a comfortable indoor environment and microclimate in rooms, taking into account the features of a bioclimatic high-rise building, is proposed.

Ключевые слова: внутренний микроклимат, биоклиматические высотные здания, энергоэффективность, климатические условия.

Key words: internal microclimate, bioclimatic high-rise buildings, energy efficiency, climatic conditions.

1. Вступление.

В среднем, современные люди проводят около 80-90% своей жизни внутри зданий. Соответственно в помещениях зданий должна быть обеспечена здоровая и комфортная среда для человека [1, стр. 37].

В основе проектирования биоклиматических зданий лежит принцип максимальной адаптации здания к окружающей природной среде. Такой подход позволяет получить архитектуру, соответствующую качествам природной экосистемы [2, стр.155]. При этом решением является достижение баланса между комфортом и эффективностью при обеспечении требований и стандартов внутреннего климата в помещениях, восприятием внешних климатических воздействий и нагрузок на здание.

2. Предварительный анализ исследований.

Известно, что проектирование оптимального

внутреннего климата в здании - это обеспечение на расчетный период эксплуатации здания требуемых параметров внутренней среды с учетом заданного функционального предназначения [1, стр. 39]. Такие требования обычно устанавливаются соответствующими государственными нормативными документами и задаются следующими основными параметрами:

• температура воздуха в помещении С^;

• относительная влажность воздуха ( %);

• допустимый уровень шума (дБ);

• минимальная продолжительность инсоляции

в помещениях (час.); • коэффициент природной освещенности (%).

Современные международные стандарты так называемых «зеленых зданий» (green building) касаются энергетической и экономической эффективности и разрабатываются как системы добровольных рейтинговых сертификаций - BREEAM (BRE Environmental Assessment Method), LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) [3,4]. Недавно введенный международный стандарт сертификации WELL, является первым в мире стандартом, который фокусирует внимание на здоровье людей, находящихся в здании. Стандарт WELL основан на тщательном анализе существующих исследований влияния внутренних условий в помещениях на состояние человека и уже применяется в 55 странах мира [5]. Критерии включают набор измеряемых физических параметров для создания благоприятной для человека среды внутри помещений зданий. Если обобщить, можно выделить следующие основные критерии:

• визуального комфорта (достаточное количество дневного света, вид из окна для отдыха глаз, управляемость систем освещения, автоматическое затенение и регулирования яркости освещения, прямой доступ к освещению и т.д.);

• комфортного температурного режима (естественная тепловая адаптация, индивидуальный температурный комфорт, температурный комфорт от теплового излучения и т.д.);

«C@yL@qyiym-J®yrMaL»#28I12),2©19 / ARCHITECTURE

• комфортного акустического режима (звукоизоляция, маскировка звуков, обустройство поверхностей для регулирования звуков, звуковые барьеры, время реверберации и т.д.);

• качество внутреннего воздуха (эффективность вентиляции, доступ к окнам,

фильтрация воздуха, контроль появления микробов и плесени, сокращение использования токсичных материалов, управление влажностью, проветривание, инфильтрация, разделение источников запахов и прочее).

Международные стандарты BREEAM, LEED, WELL не заменяют собой требования государственных нормативных документов, но дополняют их современными требованиями к критериям оценки качества зданий [6, стр.21]. Для высотной биоклиматической застройки нормативные положения и принципы, заложенные в «зеленом» строительстве являются основополагающими, но требуют более сложных решений по их обеспечению. Это связано с некоторыми отличиями высотных зданий по восприятию и распределению нагрузок и воздействий, обеспечению комфортных условий жизни с возрастающей высотой здания.

3. Основная часть исследования.

При разработке стратегии поиска возможных проектных решений высотных биоклиматических зданий, связанных с улучшением и оптимизацией комфортной внутренней среды и микроклимата в помещениях, важно учитывать следующие особенности высотного здания:

• изменение наружных климатических параметров по высоте здания (температура наружного воздуха снижается на 1°С через каждые 150 м высоты, атмосферное давление снижается на 1 гПа каждые 8 метров высоты, а скорость ветра возрастает с высотой);

• преобладающая изоляция внутреннего пространства от внешней среды;

• сложные решения по инженерно - техническому обеспечению высотного здания (водоснабжение, водоотведение, энергоснабжение, теплоснабжение, вентиляция, вертикальные комму-

никации);

• изменение функционального назначения по высоте здания;

• удаленность жителей от поверхности земли и природной среды, преимущественно вертикальная коммуникация.

Изменение наружных климатических параметров по высоте здания непосредственно влияет на формирование внутреннего микроклимата помещений. Например, традиционное проветривание помещений в высотных зданиях через открытые окна усложнено из-за высокого давления наружного воздуха.

Следует отметить, что для обеспечения комфортных условий в помещениях высотной застройки преобладает применение искусственных средств, регулирующих параметры внутреннего климата (кондиционирование, отопление, вентиляция и др.). Это связано как с рассмотренными выше особенностями формирования высотных зданий, так и с технологическими преимуществами - развитой базой технических и инженерных решений, с опытом их использования и технического обслуживания. Недостатками применения искусственных средств, регулирующих параметры внутреннего климата, являются: зависимость от энергоресурсов и рост их потребления, высокая стоимость обслуживания здания, низкая экологич-ность таких решений.

Для биоклиматической архитектуры важным является переход на естественные способы обеспечения комфортных параметров внутреннего климата. Такой подход требует ресурсов для поиска и внедрения инновационных решений, но дает возможность в дальнейшем уменьшить энергозависимость, увеличить экологичность и приблизить высотные здания к уровню природных экосистем. Для поиска таких инновационных решений следует учитывать опыт традиционной архитектуры для заданной местности, исследования природных аналогов, применение новейших экологических технологий, материалов.

ЛЯСИГГЕСТШЕ /

Рис. 1 Логико - информационная схема моделирования факторов внутреннего климатического комфорта в высотном биоклиматическом здании.

Современная тенденция к пространственной концентрации городской среды реализуется в интегральной стратегии устойчивых, «здоровых» городов с основной идеей «компактного города», с развивающейся по вертикали плотной застройкой. Обеспечить требования высокого качества жизни и создания комфортной биоклиматической среды в плотной высотной застройке предлагается за счет интеграции в нее различных функциональных зон. Поэтому современные небоскребы - это преимущественно многофункциональные сооружения, в которых сосредотачивается одновременно несколько функций, развитых по вертикали, что позволяет людям проживать, работать и отдыхать на разных уровнях высотного здания. Анализируя опыт проектирования высотных многофункциональных зданий, можно определить следующую схему расположения функциональных зон:

• первый уровень - общественные помещения для отдыха, развлечения, торговли;

• второй уровень - офисные помещения;

• третий уровень - гостиницы;

• четвертый уровень - жилье;

• пятый уровень - помещения инженерного обслуживания или смотровые площадки.

Каждые 10 - 15 этажей предусматриваются технические зоны - на всю площадь здания высотой в один или более этажей. Функциональное назначение технических зон: для обслуживания и размещения инженерных систем высотного здания; для оптимизации работы вертикального транспорта (зоны пересадки в лифты, обслуживающие разные уровни здания).

Указанная выше схема зонирования высотных зданий имеет свою логику, которая в первую очередь связана с распределением количества лю-

<<шушетим~^®и©мак>>#281!2)),2©1]9 / ARCHITECTURE

дей по высоте здания - их уменьшением к верху здания. Такой подход оптимизирует распределение ресурсов по высоте здания: уменьшает нагрузку на инженерные системы (водоснабжение, водо-отведение, энергоснабжение), на вертикальный транспорт (лифты, подъемники), системы эвакуации и противопожарной защиты.

Эксплуатационные аспекты при создании здоровой среды на разных функциональных уровнях высотных многофункциональных зданий изменяются в соответствии с обеспечением различных требований к помещениям. Например, колебания внутренних климатических параметров в среднем составляют:

• для температуры внутреннего воздуха -от 5 °С (гараж - стоянка), 20 °С (жилые комнаты, офисные, торговые помещения) до 25 ° С (ванна, бассейн);

• для влажности воздуха - от 50% (общественные, административные, торговые, офисные помещения) до 55% (жилые здания и гостиницы);

• кратность воздушного обмена в зависимости от функционального назначения и класса энергоэффективности - от 0,8 до 2,0 час. -1.

С учетом рассмотренных выше аспектов на рис. 1 представлена логико-информационная схема моделирования по определению направления и последовательности решения задач формирования внутреннего климата в высотном биоклиматическом здании. Задачи, заложенные в моделировании, связаны с обеспечением внутреннего климатического комфорта: теплового, акустического, визуального, качества воздуха. Процесс моделирования основывается на анализе и моделировании многих исходных и расчетных данных. Последние можно разделить на внешние данные (определяются на уровне макроклимата, мезоклимата, микроклимата, а также градостроительных задач) и внутренние данные (функциональное зонирование, количество и состав жителей, количество и состав оборудования, нормативные данные).

В процессе анализа данных важно учитывать возможное взаимное влияние исходных и расчетных данных, а также изменяемость их количественных и качественных характеристик с высотой.

Конечным этапом моделирования, реализующим обеспечение факторов внутреннего климатического комфорта, является задание направлений проектного моделирования:

• объемно-планировочных решений (форма здания, планировочные решения этажей, входных групп, атриумов, функциональное зонирование и др.);

• внешней оболочки здания (конструктивные решения, теплозащитные, солнцезащитные, шумо-защитные качества оболочки - эффективные све-топрозрачные фасадные системы, двойные фасады для оптимизации теплового и воздушного режимов);

• инженерно-технических решений (систем отопления, вентиляции, кондиционирования, элек-

троснабжения, водоснабжения и водоотведения, систем вертикальной коммуникации);

• градостроительных решений (оценка воздействия здания на окружающую среду - затенение, плотность, аэрация, озеленение, городская коммуникация).

4. Выводы.

1. Анализ исследований и современных стандартов по обеспечению внутренней комфортной среды в помещениях зданий показывает расширение перечня нормируемых параметров для формирования новых подходов к проектированию «зеленых» зданий.

2. При разработке стратегии поиска возможных проектных решений высотных биоклиматических зданий, связанных с улучшением и оптимизацией комфортной внутренней среды и микроклимата в помещениях, важно учитывать особенности высотного здания. Например, изменяющиеся по высоте внешние нагрузки и воздействия требуют учета при расчетах параметров внутреннего климата в высотных зданиях.

3. Поиск путей перехода от искусственных систем к природным инновационным системам по обеспечению внутренних климатических параметров дает возможность в дальнейшем уменьшить энергозависимость, увеличить экологичность и приблизить высотные здания к уровню природных экосистем.

4. Современные тенденции возведения многофункциональных высотных зданий направлены на создание комфортной биоклиматической среды в плотной высотной застройке и требуют поиска новых подходов к их решению.

5. В основе проектирования высотных биоклиматических зданий лежит принцип их максимальной адаптации к окружающей природной среде при достижении баланса между комфортом и эффективностью, обеспечением требований и стандартов внутреннего климата в помещениях, восприятием внешних климатических воздействий и нагрузок на высотное биоклиматическое здание. Предложенная в статье логико - информационная схема направлена на поиск таких решений.

Список литературы

1. Михеев А.П., Береговой A.M., Петрянина Л.Н. Проектирование зданий и застройки населенных мест с учетом климата и энергосбережения. -М.: Издательство АСВ, 2002. - 192 с.

2. Кривенко О.В. Бюктматична архитектура як явище в еколопчнш архгтектур1// Енергоефек-тившсть в будiвництвi та архгтектур^ вип..4, КНУБА, К.:2013, с.155-160

3. The BRE Group website // Интернет ресурс http ://www.breeam. org/

4. Promoting LEED Certification and Green Building Technologies // Интернет ресурс http://leed.net/

5. International WELL Building Institute //Интернет ресурс https://www.wellcertified.com/

6. С.П. Цигичко. Еколопя в архiтектурi i мю-тобудуванш: навч. поабник. - Х : ХНАМГ , 2012. -146с