Энергоресурсосберегающие аспекты архитектуры производственных комплексов

УДК 72.01 ПОПОВ А. В.

Энергоресурсосберегающие аспекты архитектуры производственных комплексов

В статье рассматриваются архитектурные проблемы, связанные с ресурсосберегающими факторами формирования промышленных объектов на стадии разработки генерального плана и объемно-планировочных решений производственных зданий, поскольку именно на этих этапах проектирования закладываются ключевые, принципиальные основы оптимизации строительства. Рассматриваются вопросы повышения эффективности промышленного строительства за счет интенсификации использования производственных территорий, создания принципиально новых типов промышленных зданий и сооружений, их конструктивных схем, применения новых типов строительных конструкций и материалов.

Ключевые слова: энергоресурсосбережение в промышленном строительстве, промышленные комплексы, проектные решения, резервы, новое строительство и реконструкция.

POPOV A. V

ENERGY SAVING ASPECTS OF ARCHITECTURE INDUSTRIAL COMPLEX

The article discusses the architectural issues related to resource-saving factors in the formation of industrial projects under development master plan. At the design stage lays the key, fundamental principles of optimization of the construction. The author examines the efficiency of industrial construction due to the intensification of industrial areas, the creation of fundamentally new types of industrial buildings and structures.

Keywords: energy saving in industrial construction, industrial complexes, design solutions, reserves, new construction and reconstruction.

Попов

Анатолий Васильевич

кандидат архитектуры, профессор УралГАХА, советник РААСН, Заслуженный работник высшей школы РФ

e-mail: mnm@uniip.ru

В конкурентной борьбе за инвестиции на мировом рынке большинство российских предприятий обречено на поражение из-за больших издержек на производство аналогичного товара, чем в любой зарубежной стране. Значительную долю этих издержек составляет энергоресурсоемкость товара, производимого в России, которая является главной составляющей в его ценообразовании. В свою очередь, на нее влияет высокая стоимость строительства. Первое, с чем сталкивается потенциальный иностранный инвестор, это поразительная дороговизна капитального строительства в России по сравнению с любой страной мира в силу суровых природно-климатических условий. Мы построили государство там, где больше никто не живет. С переходом страны к рыночным отношениям этот фактор стал определяющим в выборе приоритетных направлений промышленного строительства и реконструкции производственных комплексов, зданий и сооружений [1].

Строительные комплексы являются одними из крупнейших потребителей энергоресурсов страны. Их энергоресурсопотребляющая характеристика складывается из двух составляющих: энергоресурсопотребление на возведение

промышленного сооружения и на его эксплуатацию. В этой отрасли особенно остро проявляется противоречие между производством и потреблением энергоносителей. Если производство электроэнергии в России характеризуется сегодня весьма высокими показателями на единицу топлива, достигающими мирового уровня, то потребление электроэнергии в строительном комплексе на условную единицу произведенной строительной продукции по сравнению с зарубежными странами выше на порядок и более. Отсюда строительство отечественных промышленных объектов по сравнению с зарубежными аналогами по сопоставимым показателям обходится в 2—3 раза дороже, а продолжительность их возведения в 3—5 раз дольше.

Это является свидетельством не только высокой энергоресурсоемкости строительства в силу объективных природно-климатических факторов, но и отражает высокий уровень разработки зарубежных проектов, что, в свою очередь, указывает на исключительную значимость проектного этапа в инвестиционном процессе как фактора снижения стоимости строительства [2]. Именно на стадии разработки проекта закладывается научнотехнический потенциал, реализация которого

в процессе строительства определяет уровень его индустриализации и экономической эффективности. От качества проекта непосредственно зависит энергоресурсоемкость строительного комплекса при возведении и его последующей эксплуатации. Оценка качества проекта по этому параметру должна определяться на всех стадиях проектирования и по всем его разделам, начиная от выбора площадки строительства, решения генерального плана, объемно-планировочных и конструктивных решений зданий, включая выбор строительных материалов и методов производства работ.

В настоящей статье автором рассматриваются главным образом архитектурные аспекты проблемы, связанные с ресурсосберегающими факторами формирования промышленных объектов на стадии разработки генерального плана и объемно-планировочных решений производственных зданий, поскольку именно на этих этапах проектирования закладываются ключевые, принципиальные основы оптимизации строительства.

Сегодня состояние проектного дела в России вызывает обоснованную тревогу. Недоработки в проектах, а порой и крупные ошибки, в конечном итоге, очень дорого обходятся стране. Их цена закономерно обусловлена уровнем и диапазоном решаемых задач. Она наиболее высока, если допускаются просчеты на уровне генерального плана и объемно-планировочных решений зданий. К сожалению, сегодня, как и в советское время, в проекты закладываются затратные методы строительства, что, понятно, объясняется традициями прежней школы проектирования, которая по инерции представлена прежними кадрами и не могла за столь сравнительно короткий период адаптироваться к совершенно новым условиям жизни в качественно ином социально-экономическом пространстве, а также при существенном ослаблении прикладных и фундаментальных исследований в последние годы.

Учитывая переходный период в становлении новой школы проектирования, по сути представляющей собой сохранившиеся творческие коллективы с прежней формой мышления, для обоснования основных научных положений автор статьи использует многолетний положительный опыт работы крупных научных и проектных коллективов, и в первую очередь Уральского промстройниипроекта, ОАО «УралНИИАС», Уральской архитектурно-художественной академии и других организаций по созданию производственных комплексов.

На современном этапе актуальность этих разработок приобретает особую значимость в силу их объективной обусловленности и непреходящей ценности и применимости результатов.

Из анализа наиболее показательных примеров разработок отечественных и зарубежных проектных школ следует, что совершенствование проектов является определяющим фактором в решении первостепенных задач строительного комплекса — максимального сокращения объемов строительных работ и их стоимости в расчете на единицу строительной продукции, уменьшения энергоресур-соемкости объекта, снижения уровня потребления энергоресурсов в процессе эксплуатации.

Практика проектирования и строительства отечественных объектов свидетельствует, что пока проекты далеки от этого. Например, в черной металлургии, являющейся основной профилирующей отраслью на Урале, объем бетонных работ при строительстве прокатных цехов в 3—5 раз превышает этот показатель за рубежом из-за весьма нерациональных объемно-планировочных и конструктивных решений подземных сооружений и всей пространственной системы элементов нулевого цикла. К примеру, в прокатном цехе Белорусского металлургического завода (БМЗ), запроектированного и построенного австрийской фирмой Festalpine, объем каналов и подземных помещений составил 10 тыс. куб. м, в то время как в аналогичном цехе на Молдавском металлургическом заводе (ММЗ), построенном по проекту «Укргипро-меза» (в составе СССР), объем этих сооружений составил 75 тыс. куб. м. А ведь каждая тысяча кубометров равна по стоимости семи квартирам средней площади. Подобное сопоставление правомерно и для Дальневосточного металлургического завода (ДМЗ) аналогичной мощности. Особенно показательны эти сопоставления по решениям генерального плана и объемно-планировочным решениям производственных зданий, которые на ММЗ отличаются высокой компактностью и экономичностью.

В связи с острой необходимостью повышения эффективности капитального строительства Уральский промстройниипроект еще в 1988 г. по поручению Главного технического управления Минуралсибстроя СССР разработал Предложения по проектированию и строительству в XII и XIII пятилетках производственных зданий и комплексов, обеспечивающие резкое снижение их стоимости, сокращение сроков строительства,

экономию материально-технических и трудовых ресурсов. Работа выполнялась под руководством и с участием автора на основе анализа отечественной и зарубежной практики проектирования и строительства лучших образцов промышленных сооружений различных отраслей. Учитывая большой опыт выполнения научноисследовательских разработок института в области проектирования и строительства, наиболее капитало-и энергоресурсоемких предприятий горнодобывающей, металлургической и машиностроительной промышленности и других групп промышленных объектов, было проведено обобщение этих материалов и разработаны принципы архитектурно-строительного формирования, которые могут быть широко применимы не только в этих отраслях, но и для других объектов. Результаты исследований базировались на объективных показателях и устойчивых тенденциях промышленного строительства, системном подходе к архитектурно-строительному формированию производственного комплекса и потому в полной мере могут быть применимы в сегодняшней практике нового строительства и реконструкции.

Резкое снижение уровня прямых и опосредованных затрат энергоресурсов в строительном комплексе на стадии возведения и эксплуатации может быть достигнуто за счет системного подхода к проектированию и созданию высококомпактных производственных комплексов, зданий и сооружений, высокоэкономичных строительных конструкций и материалов путем:

• рационального размещения промышленных комплексов в системе застройки;

• совершенствования генеральных планов, обеспечивающего резкое сокращение осваиваемой под застройку территории, протяженности транспортных путей, инженерных систем и коммуникаций;

• оптимизации объемно-планировочных решений производственных зданий;

• использования оптимальных конструктивных решений несущего каркаса и системы элементов нулевого цикла;

• применения эффективных и долговечных строительных материалов и надежных методов их защиты от агрессивных воздействий;

• применения технических строительных решений, предотвращающих потери тепла на пути его транспортировки от источника до потребителя;

Иллюстрация 1. Рудоперерабатывающее компактное предприятие нового типа с применением производственных зданий большепролетных конструкций со снятием крановых нагрузок с несущего каркаса

• использования передовых технологий утилизации вторичного тепла, учета расхода энергоресурсов;

• многофункционального использования подземного пространства на промышленных территориях и в промышленно-коммунальных зонах [4].

Опыт практической реализации этих направлений при архитектурном проектировании и строительстве конкретных промышленных объектов свидетельствует о снижении их энергоресурсоемкости и трудоемкости возведения, сокращении сметной стоимости строительно-монтажных работ в 1,5—2 раза, ускорении темпов строительства и существенном сокращении потребности в энергоресурсах на эксплуатацию объектов. Это было достигнуто двумя путями:

• совершенствованием традиционных решений производственных комплексов и объектов;

• применением нетрадиционных подходов к архитектурно-строительному формированию производственных комплексов с использованием инновационных технологий, принципов и методов строительства, нетрадиционных подходов к архитектурно-строительному формированию промышленных объектов, направленных на создание принципиально новых типов промышленных зданий и сооружений, их конструктивных схем, применением новых типов конструкций и материалов.

Оба этих пути могут использоваться как при реконструкции, так и при новом строительстве в зависимости от конкретных задач и условий реализации проекта. В зависимости от

конкретных условий определяется и значимость того или иного фактора в вопросах энергоресурсосбережения. Однако ведущая роль в этом процессе принадлежит решению генерального плана и компоновке производственных объектов, поскольку именно на этом уровне создаются предпосылки для использования высокоэффективных конструкций, материалов и методов производства строительных работ и, самое главное, закладывается оптимальная организация производственных процессов, экономичность эксплуатации будущего производства.

Компактность генерального плана позволяет свести к минимуму протяженность транспортных и инженерных коммуникаций, сократить территорию застройки до 40% и в среднем снизить стоимость освоения площадки и расход энергоресурсов в процессе эксплуатации на 30—50%. Это достигается за счет рационального зонирования промышленных площадок, блокирования производственных объектов и других планировочных приемов. Так, например, используя системный метод проектирования на промышленной площадке цементной помольной установки, по сравнению с типовым аналогом было достигнуто сокращение территории предприятия на 40%, протяженность автодорог — в 2 раза, железных дорог — в 8 раз, количество основных объектов — в 2 раза. Благодаря блокированию производственных объектов был создан новый тип производственного здания-сооружения, на которое автором был получен патент [3]. Аналогичные высокие характеристики можно привести на примере реализованных объектов: ГОКов черной

металлургии, Алапаевского металлургического завода, завода литья и поковок ПО «Уралмаш» и др. (Иллюстрации 1, 2).

Оптимизация объемно-планировочных решений производственных зданий, переход на открытую установку технологического и инженерного оборудования с частичным его укрытием лишь в минимально необходимых объемах позволяют резко (до 40%) сократить отапливаемые строительные объемы и за счет этого снизить их энергопотребление, стоимость и ускорить сроки возведения. Примером таких решений можно назвать конкурсный проект листопрокатного цеха со станом 2400, где строительный объем отапливаемого здания был сокращен на 600 тыс. куб. м (на 25%) за счет размещения участков с линиями передаточных рольгангов не в традиционном пролетном здании, а в галереях-укрытиях (Иллюстрация 3). Аналогичные решения приняты при реконструкции Карабашского медеплавильного завода, где принята раскрытая установка технологического оборудования серно-кислотного производства.

Большие возможности энергоресурсосбережения раскрывают рациональные конструктивные решения производственных объектов за счет применения большепролетных пространственных конструкций в производствах, высоконасыщенных технологическим, транспортным и инженерным оборудованием со снятием крановых нагрузок с несущего каркаса зданий и заменой их напольными мостовыми кранами, что создает возможность принципиально новой схемы организации производственных процессов, размещения технологического оборудования, реализации эффективных методов строительства. По сравнению с аналогами 1 кв. м производственной площади такого цеха на 15—20% обходится по расчетам дешевле, а темпы возведения здания могут быть ускорены в 1,5—2 раза при существенном снижении энергопотребления при строительстве и эксплуатации. При использовании таких конструкций в здании фабрики окомкования строительный объем был уменьшен на 20%, площадь застройки — на 30%, расчетная стоимость строительства снижена на 20%. Опыт показывает, что эти принципы формирования производственных зданий могут широко использоваться в различных отраслях промышленности.

Другим направлением снижения энргоресурсоемкости капитального строительства является макси-

Иллюстрация 2. Алапаевский металлургический завод с листопрокатным станом. Компактность генерального плана обеспечена благодаря четкому функциональному зонированию территории и высокой степени рационального блокирования производственных отделений

Иллюстрация 3. Листопрокатный цех металлургического завода с размещением горячих участков передаточных рольгангов в галереях-укрытиях с частичным сокращением отапливаемых крупногабаритных объемов цеха

мальное уменьшение массы зданий и сооружений на единицу объема; наряду с рациональными объемнопланировочными решениями является применение высокоэффективных легких строительных материалов для ограждающих и высокопрочных несущих конструкций. Так, использование стальных колонн из трубчато-пластинчатых элементов конструкции кандидата технических наук В. Ф. Панкратова для каркасов одноэтажных промышленных зданий дает экономию металла до 50% и снижение трудоемкости изготовления в 2 раза по сравнению с конструкциями из прокатных профилей таврового и швеллерного сечений, что является резервом энергоресурсосбережения не только в строительстве, но и в металлургии благодаря экономии проката. Легкие ограждающие конструкции из неавтоклавного газозолобетона в 4—6 раз менее энергоемки, требуют меньше цемента при малой трудоемкости изготовления. Вовлечение в производство накопленных в больших объемах отходов промышленности — золы и шлака в качестве исходных материалов для стройиндустрии может дать огромный эффект в экономическом, социальном и экологическом плане.

Очень существенным фактором снижения энергоресурсоемкости строительства является внедрение новых технологий при сооружении нулевого цикла и устройстве фундаментов по разработкам Уралпромстройниипроекта. К наиболее значимым из них можно отнести разработанное под руководством доктора технических наук Б. Н. Мельникова устройство системы «основание — фундамент» в виде гео-техногенного массива вместо традиционных фундаментов под здания и сооружения, представляющее собой верхнюю часть грунтовой толщи, преобразованную строительными методами и методами технической

мелиорации в часть здания, сооружения или строительного комплекса, что обеспечивает снижение расхода материальных ресурсов на 18—45%, в 2—4 раза ускоряет возведение нулевого цикла, позволяет в несколько раз уменьшить расход энергоресурсов. Сегодня же в отечественной практике сооружение нулевого цикла традиционными методами приводит к необоснованному и неэффективному расходованию огромных материальных ценностей, особенно, если учесть глубину промерзания грунта в наших природно-климатических условиях. В этой связи особенно перспективно внедрение новых технологий фундаментостроения в сочетании с устройством многофункциональных подземных сооружений в виде технических этажей производственных зданий, проходных коллекторов инженерной инфрастуктуры, специальных подземных сооружений подсобно-вспомогательного назначения, парковок, хранилищ, складов и пр. Большую актуальность приобретают подземные комплексы в связи с потребностью массового обновления морально и физически устаревших основных фондов предприятий в виде зданий, сооружений и инженерных систем, повышения компактности застройки, сокращения территории предприятий за счет перехода на новые высокопроизводительные технологии, размещаемые в компактных зданиях с минимальной поверхностью теплоотдачи. В городах Урала, где исторически сложились высокоплотные промышленно-селитебные образования и практически исчерпаны все территориальные резервы для развития жилых районов, особую актуальность приобретает освоение контактных санитарно-защитных зон со строительством на их территории многофункциональных подземных комплексов для объектов социальной инфраструктуры.

Заключение

1 Совершенствование проектных решений промышленных комплексов раскрывает большие резервы снижения энергоресурсоемкости их строительства и эксплуатации.

2 В связи со значительным сокращением производственных мощностей на предприятиях ведущих отраслей промышленности и высвобождением больших объемов отапливаемых зданий необходима адаптация их к другой функции с проведением реконструктивных мероприятий, обеспечивающих существенное сокращение их энергоресурсопотребления.

3 Новое строительство и реконструкция производственных комплексов должны проводиться на основе системного анализа и оценки различных факторов энергоресурсосбережения на долгую перспективу, с учетом изменения динамики цен на энергоносители как определяющего условия оценки эффективности инвестиций.

Список использованной литературы

1 Паршев А. А. Почему Россия не Америка. Сер. «Великое противостояние». Крымский мост.-9д. НТЦ «Форум», 1999.

2 Рекитар Я. А. Промышленное строительство за рубежом (опыт главных капиталистических стран) // Промышленное строительство. 1987. № 6, 7.

3 Попов А. В. Комплекс для производства цемента. Изобретение. Патент № 2059054.

4 Попов А. В. Подземная урбанистика в градостроительстве Урала на рубеже нового тысячелетия // Архитектура и строительство XXI века. Шестые Уральские академ. чтения. Екатеринбург, 2001.