Экологические проблемы высотных зданий

------ЖИЛИЩНОЕ ' —

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 69.032.22

В.П. ЭТЕНКО, д-р архитектуры

Государственный университет по землеустройству

Экологические проблемы высотных зданий

Высотные здания для обеспечения комфортных условий пребывания и проживания оснащены большим количеством инженерного оборудования, работа которого наносит значительный ущерб окружающей среде. Архитекторы и специалисты, занятые в сфере строительства высотных зданий, прилагают большие усилия для снижения отрицательного влияния высотных зданий на экологию. К пассивным мероприятиям можно отнести создание атриумов в здании, что обеспечивает естественное освещение и естественную вентиляцию в помещениях без применения инженерного оборудования. Активными вариантами снижения отрицательного влияния на окружающую среду является применение возобновляемых источников энергии - ветровых турбин, гелиоустановок, использование тепла Земли, биотоплива. Все это ведет к значительному снижению потребления энергии из городских сетей, которая производится из природного топлива. В результате выделяется огромное количество оксида углерода. Все активные и пассивные методы направлены на снижение уровня воздействий на экологическую обстановку и в конечном итоге на сохранение природных богатств окружающей среды.

Ключевые слова: биоклиматическая архитектура высотных зданий, атриумы, «зеленые» высотные здания, возобновляемые источники энергии, гелио- и ветровые установки, экологический стандарт, вторичная переработка, «серая» вода.

V.P. ETENKO, Doctor ofArchitecture, State University of Land Use Planning

Ecological Problems of High-Rise Buildings

For ensuring comfort conditions of staying and habitation, high-rise buildings have a significant amount of engineering equipment, operation of which significantly damages the human environment. Architects and specialists working in the sphere of high-rise building construction make great efforts to reduce the negative effect of high-rise buildings on the ecology. The passive measures include the creation of atriums in the building that ensures natural lighting and ventilation in the premises without the use of engineering equipment. Active measures for reducing the negative impact on the environment include the use of renewable sources of energy: wind turbines, solar units, terrestrial heat, bio-fuel. All this leads to the significant reduction in the energy consumption from urban networks. The generation of this energy is connected with processing of natural fuel and emission of the great amount of carbon oxide. All active and passive methods are aimed at reducing the level of impact on the ecological situation and, finally, at the preservation of natural riches of the environment.

Keywords: bio-climatic architecture of high-rise buildings, atriums, "green" high-rise buildings, renewable resources of energy, solar and wind units, ecological standard, secondary processing, "grey" water.

Возведение высотных зданий в мировом строительстве расширяется, особенно это заметно в странах с большим населением - в Китае, Индии, в стране с затесненной территорией - Японии и богатых странах, таких как Объединенные Арабские Эмираты, Кувейт и др.

Одной из важнейших проблем, возникающих при возведении высотных зданий, является экологическая безопасность. Небоскребы имеют большой объем и большую вместимость, вследствие этого потребляют огромное количество всевозможной энергии, воды, что в конечном итоге приводит к отрицательному воздействию на окружающую экологическую обстановку района строительства. Недаром в международной практике проектирования и строительства возник термин sustainability, означающий эффективное использование энергии и охрану окружающей среды не только в процессе строительства и эксплуатации при проживании и деятельности людей, но и при добыче и производстве строительных материалов, т. е. охватывающий полный жизненный цикл здания.

С целью внедрения в проектирование и строительство экологических систем оценки зданий, содействовать развитию экологического строительства во всем мире в 2002 г. был создан Всемирный совет по экологическому строительству (World Green Building Council). В России Совет по экологическому строительству зарегистрирован в 2009 г. и вхо-

12 2015

дит в состав советов WGBC, где действует более 90 советов из разных стран.

В соответствии с определением, предложенным Американским советом по экологически чистому строительству (USGBC), введено понятие «экологичное (зеленое) проектирование», которое состоит из трех преимуществ перед обычными зданиями: экологические, экономические, обеспечивающие сохранение окружающей среды [1-5].

Ведущее место в экологическом строительстве занимает Китай, он же занимает одно из самых высоких мест по загрязнению природного окружения. Быстрый рост населения, высокие темпы развития промышленного производства - все это способствует экологической неустойчивости мест застройки.

В настоящее время проектирование высотных зданий развивается в нескольких направлениях: собственно экологическое, экономическое и социальное.

Экологическое направление включает создание «нулевых» высотных зданий, полностью обеспечивающих всю необходимую энергию, тепло и воду и другие потребности без подключения к городским наружным сетям. Это может быть достигнуто использованием возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, энергии тепла Земли, биотоплива), вторичным использованием воды, а также применением дождевой влаги. Кроме того, этому мо- 41

Высотное строительство

1ЦН

I

Рис. 1. Бахрейнский центр

жет способствовать и применение атриумов, которые обеспечивают здание естественным освещением, естественной вентиляцией, защитой от климатических воздействий и другими способами.

Экономическое направление строительства заключается в сокращении энергопотребления при одновременном увеличении энергосбережения -применением двойных фасадов. Социальный аспект экологических высотных зданий заключается в повышении комфорта проживания за счет приближения сети обслуживания к потребите-

лю - размещения предприятий обслуживания внутри здания.

В Бахрейне в г. Манаме построен 50-этажный офисный комплекс, состоящий из двух идентичных башен высотой более 240 м (рис. 1). Башни стоят на трехэтажном стилобате, в котором размещены: торговый центр, рестораны, бизнес-центр и автостоянка. Обе башни оборудованы ветровыми турбинами и гелиоустановками, которые будут вырабатывать и аккумулировать электроэнергию для комплекса. Башни имеют форму паруса, профили которого работают как крылья, образуя воронку; подобные крылу самолета, башни направляют и увеличивают скорость ветра между ними, что в свою очередь позволяет увеличить количество оборотов винтов ветровых турбин. Кроме того, такая форма башен приводит к возникновению отрицательного давления с тыльной стороны, увеличивая таким образом скорость ветра между башнями. Уменьшение объема башен вверх снижает аэродинамическое давление, что обеспечивает почти одинаковый скоростной режим для расположенных на разной высоте винтов трех 29-метровых ветровых турбин. Применение ветровых турбин позволит вырабатывать приблизительно 1100-1300 мегаватт электроэнергии в год и снизит потребность энергии башен примерно на 11-15%.

Признанным экологическим небоскребом является Hearst Tower в Нью-Йорке; Херст-Тауэр примечательна тем, что это первый «зеленый» небоскреб в мегаполисе, в процессе создания которого использовался ряд экологических инноваций. Порядка 90% использованных при строительстве металлоконструкций содержат переработанные материалы, т. е. строительство основано главным образом на материалах вторичной переработки.

Особенность конструкции здания состоит в том, что она собрана из особых треугольных (рис. 2) каркасных шаблонов (diagrid), это позволило уже в процессе строительства сэкономить до 20% материалов по сравнению с тем, если бы использовался классический стальной каркас. В целом этот небоскреб спроектирован так, чтобы использовать в процессе эксплуатации на 26% меньше энергии, чем действующие минимальные требования для Нью-Йорка. В здании имеется инновационная система энергосбережения, основанная на максимальном использовании солнечного света днем: установлены громадные окна и система датчиков, которые автоматически регулируют включение-выключение искусственного освещения. Площадь остекления превышает одну милю. Каждая стеклянная панель имеет высоту четырех этажей. Стекло имеет специальное покрытие, которое пропускает свет, но отражает невидимое инфракрасное излучение, таким образом, создавая комфортные условия пребывания в помещении.

Стены атриума Hearst Tower, расположенного в нижних этажах, выложены из известняка, обладающего высокой те-

1 /TV

ш

Рис. 2. Херст-Тауэр решетка

Рис. 3. Атриум Херст-Тауэра

плопроводностью (рис. 3). В пол вмонтированы специальные полиэтиленовые трубы с водой, обеспечивающие быстрое охлаждение помещения летом и заменяющие систему отопления зимой. На крыше небоскреба установлена система для сбора дождевой воды, которая затем по системе труб собирается в резервуаре, установленном в подвале. Эта вода используется для фонтанов, полива растений и системы охлаждения. Таким образом, небоскреб имеет минимальное воздействие на окружающую экологическую обстановку.

Тайбэй 101 построен в 2003 г., однако в 2007 г. был проведен комплекс работ по приведению небоскреба в соответствие экологическим стандартам. Усовершенствованием здания занимались специалисты компаний EcoTech International, Siemens Building Technologies и Steven Leach Associates. Реконструкция заняла три года. В результате была полностью заменена система охлаждения и обновлена система расходования энергии. Это позволило сократить расходы электроэнергии на треть (почти 700 тыс. долларов экономии). Выбросы углекислого газа были сокращены на 40%. Кроме того, были приняты меры по сокращению произ-

Рис. 4. Башня Жемчужной реки

водимых отходов, что также способствовало снижению вредных воздействий на окружающую среду.

Несомненными экологическими преимуществами обладает здание Bank of America Tower построенное в 2007 г. в Нью-Йорке. Здание содержит 54 этажа, при этом общая площадь внутренних помещений составляет около 200 тыс. м2.

При строительстве башни использовались безвредные для здоровья людей и окружающей среды материалы, в том числе прошедшие вторичную переработку отходы промышленности. Например, фундамент изготовлен из бетона с 55% содержанием шлака, который является отходом металлургии. Кроме того, что это дешевый материал, не уступающий по своим свойствам классическому цементу, при этом он еще и экологичен. Для его изготовления не требуется сжигания кислорода, а следовательно, в атмосферу не попадает лишнего углекислого газа. В небоскребе также обеспечивается экономия воды и применяется целый ряд современных энергосберегающих технологий, включая «зеленые» системы отопления и кондиционирования помещений.

Одной из самых неблагополучных стран по экологической обстановке является Китай. Быстрое развитие экономики, промышленности, рост населения - все это ведет к неблагополучной экологической среде в городах. Программа урбанизации Китая указывает на то, что 60% населения в пределах текущего десятилетия будут жить в городах. При этом 16 из 20 наиболее загрязненных городов мира находятся в Китае. Поэтому власти Китая делают все возможное, чтобы снизить отрицательное воздействие на окружающую среду при массовом строительстве высотных 40-60-этажных зданий. Одним из последних достижений экологически нейтрального здания является «башня Жемчужной реки» (архитектор Г. Гилл), возведенная в Гуанчжоу в 2010 г. Башня высотой 310 м (рис. 4) была спроектирована американскими инженерами с использованием самых современных экологических разработок.

Отличительная особенность этого здания в том, что оно полностью автономно и само обеспечивает себя энергией. Это первое здание в мире, где ветровые турбины были установлены внутри. Для этих целей были отведены два технических этажа. При этом воздух подается на электростанции через отверстия в фасаде. Фасад также вырабатывает энергию за счет фотоэлектрических панелей. Особые окна не только накапливают энергию, но и защищают само здание от перегрева, создавая внутри здания максимально комфортные условия и позволяя экономить энергию на кондиционировании. Жалюзи на окнах тоже особые: они автоматически меняют свой угол для обеспечения оптимального освещения на протяжении всего дня. В конструкции полов предусмотрена система охлаждения - по специальным трубам те-

Рис. 5. Дукат Плейс, Москва

чет холодная вода, которая обеспечивает быстрое кондиционирование воздуха в помещениях. Вода для этой системы поступает с крыши, где установлены специальные сборники для дождевой воды, откуда она после очистки и обработки будет поступать в тепловые коллекторы, нагреваемые за счет солнечной энергии, и обогревать здание. Для снижения водо-потребления в здании применяют безводные писсуары, внешне ничем не отличающиеся от обычного: у них отсутствует подводка и отвод воды. В качестве приемника используется сменный картридж, через который проходят биостоки, полностью оставляя на нем осадок. В последующем биостоки просачиваются через гидравлический затвор, состоящий из более легкой, чем вода, жидкости, которая смыкается после прохождения обработанного картриджем биостока. После определенного времени использования картридж быстро меняется, при этом сам картридж подвержен биораспаду и не наносит вреда природе. По уверениям разработчиков, такой писсуар позволяет экономить до 100 м3 воды в год.

В России также возводятся «зеленые» офисные здания. Так, в Москве построено 14-этажное здание бизнес-центра Дукат Плейс III (рис. 5), которое получило сертификат Very Good по системе оценки экологического стандарта Breeam. В этом здании использованы основные современные экологические технологии: установлена современная система автоматизации оборудования; установлены энергосберегающие лампы, световые датчики и водомерные счетчики; организован раздельный сбор и переработка отходов. Благодаря этим мерам энергопотребление здания сократилось почти на 35% по сравнению с предыдущим годом.

Одним из интересных перспективных разработок является проектное предложение «Экогород» в Якутии. Это беспрецедентный проект, реализация которого займет не один год. Площадь этого города составит около 2 млн м2, в нем сможет разместиться современный трехуровневый город с жилыми районами и зонами для отдыха и развлечений вместимостью более 100 тыс. человек. Возведение планируется на месте кимберлитовой трубки «Мир» - одного из самых крупных мировых карьеров, глубина которого составляет более 550 м и диаметр около 1,2 км. Сооружение предполагается закрыть прозрачным куполом, покрытым гелиоустановками для получения энергии от солнечных лучей, все это позволит создать благоприятную среду обитания под землей.

Подобный проект был предложен для строительства в столице Мексики - Мехико. Поскольку в большинстве современных мегаполисов не хватает офисных и торговых площадей, особенно в исторических центрах, архитекторы ищут возможности, сохраняя историческую застройку, удовлетворить нарастающие потребности в этих помещениях. В качестве проектного предложения выдвинута идея возведения в цен-

12 2015

43

Высотное строительство

1ЦН

I

тре столицы подземного сооружения глубиной 300 м с количеством этажей 65. Под землей предполагается разместить шесть секций различного функционального назначения; между этими секциями расположатся специальные озелененные этажи для отдыха и развлечения людей, проживающих в подземном мегаполисе. Как и в Якутии, подземный город предполагается накрыть огромной прозрачной крышей, что позволит дневному свету проникать в подземное сооружение, обеспечивая инсоляцию верхних этажей города. Все это послужит не только сохранению окружающей застройки, но и позволит снизить негативное влияние селитебных территорий на экологическую обстановку мест заселения.

Список литературы

1. Генералов В.П., Генералова Е.М. Высотные жилые здания и комплексы. Самара: Книга, 2013. 397 с.

2. Магай А.А. Архитектурное проектирование высотных зданий и комплексов. М.: АСВ, 2015. 245 с.

3. Магай А.А., Дубынин Н.В. Стекло в архитектуре фасадов многофункциональных высотных зданий // Сборник статей научно-практической конференции «150-летие со дня рождения архитектора Ф.О. Шехтеля». М.: МГАК-ХиС, 2010. С. 149-153.

4. Коротич М.А., Коротич А.В. Композиционные особенности структурного формообразования оболочек высотных зданий // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2009. № 2. С. 66-69.

5. Магай А.А., Семикин П.П. Инновационные технологии в остеклении фасадов высотных зданий // Энергосовет. 2012. № 4 (23). С. 48-51.

Приведенные примеры уже построенных зданий, перспективных проектов показывают пути охраны экологии, подтверждая возможность возведения биоклиматических высотных зданий, которые улучшат состояние и охрану окружающей среды, сохранят природные ресурсы, увеличат биологическое разнообразие защитных мероприятий за счет применения возобновляемых источников энергии (солнца, ветра, тепла Земли, биомассы), снизят эксплуатационные расходы, сократят объемы различных отходов из здания и в конечном итоге снизят отрицательное влияние на экологическую обстановку и повысят уровень комфорта проживания и пребывания в небоскребах.

References

1. General V.P., Generalova E.M. Vysotnye zhilye zdaniya i kompleksy [High-rise residential buildings and complexes]. Samara: Kniga, 2013. 397 p.

2. Magay A.A. Arhitekturnoe proektirovanie vysotnyh zdanij i kompleksov. [Ar chitectural design of high-rise buildings and complexes]. Moscow: ASV, 2015. 245 p. (In Russian).

3. Magay A.A., Dubynin N.V. Glass in architecture of facades of multipurpose high-rise buildings. Collection of articles of Scientific and practical conference «The 150 anniversary since the birth of the architect F.O. Schechtel». Moscow: MGAKHS, 2011, рp. 149-153. (In Russian).

4. Korotich M.A., Korotich A.V. Composite features of a structural shaping of covers of high-rise buildings // Akademicheskij vestnik UralNIIproekt RAASN. 2009. No. 2, pp. 66-69. (In Russian).

5. Magay A.A., Semikin P.P. Innovative technologies in a glazing of facades of high-rise buildings. Еnergosovet. 2012. No. 4 (23), pp. 48-51. (In Russian).