6385

расположения на эффективность конкретных промышленных конструкций в составе общей комплексной САЭ.

Испытания, проведенные в 2013 году в климатической камере НИИСФ РААСН, показали, что для ЭВОК возможно повысить энергетическую эффективность в несколько раз относительно существующих современных ограждающих конструкций и действующих норм. Были получены коэффициенты рекуперации теплового потока выше 90% для светопрозрачных и выше 95% для непрозрачных ограждающих конструкций. Доказана и возможность ступенчатого повышения эффективности за счет размещения и последовательного действия двух и более теплоотражающих экранов/слоев в зоне действия воздушной завесы.

Это позволяет предположить возможность практически полной рекуперации теплового потока через ЭВОК, включая светопрозрачные конструкции. А это, соответственно, открывает новые перспективы для строительства и реконструкции зданий (сооружений, теплиц) с большим коэффициентом остекления.

2.5 Выбор конструкции кровли

В конструкциях покрытий энергоэффективных зданий получили распространение чердачные (скатные) и плоские крыши, а также пространственные решения. В чердачном покрытии стропильной конструкции в качестве солнечного коллектора используется чердак. Скаты могут быть выполнены из стекла. На остекленной крыше для уменьшения теплопотерь целесообразно использовать теплоизолированные вставки.

Водоналивные крыши целесообразно устраивать для домов с плоским покрытием. Слой воды толщиной около 220 мм в баллонах из зачерненного пластика располагают поверх металлического настила. Защита баллонов с водой осуществляется теплоизолированными трансформируемыми экранами скользящего типа. Зимой днем солнце нагревает воду (щиты сдвинуты); с заходом солнца экраны для сохранения теплоты возвращают в исходное положение. Теплота, накопленная в воде, обогревает помещения. Металлический потолок обеспечивает радиационное и конвективное охлаждение помещений. Возможен вариант крыши с остеклением

31

одного ската. Горизонтальная конструкция аналогична основному решению водоналивной крыши, т. е. металлический настил, покрытый баллонами с водой.

Покрытие с теплоизолированным экраном, плавающим в контейнере. Экран всплывает вверх, а во время работы насоса на верхнюю поверхность экрана, нагретую солнцем, подается тонкий слой воды и щит опускается вниз. Верхний тонкий слой воды нагревается и перетекает под изоляцию. Указанный коллектор может быть сверху защищен остеклением. При этом верх теплоизолированного экрана зачерняют или выполняют металлическим.

Пространственные покрытия создают условия для образования сообщающихся с коллекторами замкнутых плоскостей, где может циркулировать тот или иной теплоноситель. Среди них наиболее эффективны для энергоактивных зданий волнистые своды, складки, мембраны, стержневые, пластинчато-стержневые и другие конструкции.

Геометрия пространственной конструкции влияет на тип теплоносителя и характер его циркуляции в гелиосистеме. Например, для плоских сводов в качестве теплоносителя используется вода, а при больших перепадах отметок пяты и замка - воздух.

Пространственные конструкции покрытий создают условия для экономии энергии: на горячее водоснабжение (нагрев воды в гелиоколлекторах, размещаемых в конструкции покрытия); на вентиляцию (двойная оболочка с воздушной прослойкой-конвектором); на освещение (верхний свет).

В зависимости от географического размещения здания, функционального назначения и принятой конструктивной схемы энергосберегающие пространственные приемы обеспечивают экономию энергозатрат от 30 до 60%.

Применение пространственных конструкций в большинстве случаев ведет к уменьшению отапливаемого объема здания по сравнению с использованием стоечно-балочной каркасной системы, т. е. осуществляется экономия энергии.

Последнее время появился еще один метод тепло- и шумоизоляции кровель — создание «зеленых крыш» ( Рис.4) .

32

Рисунок 4. Пример «зеленой крыши» в жилом здании

Зелеными крышами называют такие крыши, которые частично или полностью покрыты почвой и растительностью, а также особой растительной средой, выращиваемой в влагоудерживающих мембранах. Создание зелёных крыш выгодно по нескольким причинам:

∙На них можно выращивать фрукты, овощи и цветы (для себя или для реализации в торговые сети);

∙Уменьшается нагрузка на климатические системы внутри здания засчёт растительной массы, которая даёт естественное охлаждение за счет испарения или служит пассивным накопителем для солнечного тепла. В 2005-м году сотрудники университета Торонто, в Канаде, установили, что зелёные крыши могут уменьшать теплопотери и энергозатраты - за счёт растительного покрова происходит 26% снижение потребности в летнем охлаждении (такой же процент снижения энергозатрат происходит в зимний период);

∙Концентрация зелёных крыш в центральной части города помогает снизить среднюю температуру воздуха в летний сезон, приблизив её к норме. Таким образом, уменьшается эффект перегретого острова, когда средняя температура

33

воздуха в городе на порядок выше, чем в пригородах или прилегающей сельской местности;

∙Зелёный покров увеличивает срок эксплуатации крыш в 2-3 раза, согласно исследованиям исследовательского центра Университета Пенсильвании, США;

∙Зелёные крыши накапливают ливневую воду: её можно очищать и применять в быту (сфера применения зависит от степени очистки). Также, растительность способна подготавливать к рециркуляции, то есть к повторному применению, хозяйственно-бытовые стоки, отфильтровывая из них вредные вещества;

∙Зелёные крыши фильтруют воздух, борясь с различными его загрязнителями, в том числе СО2;

∙Растительность и почва обеспечивают хорошую шумоизоляцию (почва задерживает шумы низкой частоты, растения способны блокировать высокочастотные шумы);

∙Зелёные крыши отфильтровывают тяжёлые металлы и другие загрязняющие компоненты дождевой воды;

∙Наличие зелёных крыш увеличивает количество представителей живой природы на застроенной городской территории.

Крыши с зеленым покровом зачастую выступают ключевым компонентом зданий с локальным автономным энергопитанием.

При создании зелёные крыши, могут иметь дополнительные прослойки к примеру, дренаж, ирригационную систему, специальные заградительные барьеры.

Так называемые контейнерные сады на крышах, когда растения выращиваются в горшочках, имеют отношение к зелёным крышам с натяжкой, в то время как искусственные водоёмы на крышах, имеющие дело с хозяйственнобытовыми или "серыми" стоками, являются одной из вариаций данной технологии.

Существует два типа зелёных крыш. Первый представляет собой поверхность большой толщины, которая пригодна для выращивания нескольких видов растений сразу.

34

Массивные зелёные крыши подходят только для зданий с укреплёнными несущими конструкциями.

Другой тип зелёных крыш представляет собой длинную и тонкую поверхность с небольшим слоем растительности. Такие покровы имеют малый вес.

Таким образом, живые покровы различаются по объёму растительной среды, толщины покрова, а также по необходимому объёму эксплуатационных расходов.

3. Примеры конструктивного решения энергоэффективных зданий архитектора Нормана Фостера

В большинстве своих проектов Фостер использует открытые эстетизированные пространственные конструкции, большие плоскости из стекла и металла, многофункциональность свободной планировки и изысканную деталировку.

3.1 Башня Мэри-Экс, штаб-квартира Swiss Re, Лондон, Англия, 1997–2004.

Эта башня, в народе прозванная “ огурцом”, – первое в Лондоне экологичное высотное здание, построенное по инновационному проекту, который развивает идеи климатического офиса. Фостер сделал этот небоскреб именно такой формы, чтобы снизить ветровые нагрузки на поверхность, создать комфортные условия на уровне пешеходного уровня и обеспечить разницу внешнего и внутреннего давления, необходимую для функционирования уникальной системы естественной вентиляции. В проекте башни Мэри-Экс воплотилась идея архитектора, которую он развивал более тридцати лет: идея гуманизации рабочего места и сохранения энергии, демократизации структуры здания благодаря созданию внутренних пространственных связей и объединения природы и рабочего пространства (Рис. 5).

35

Рисунок 5. Башня Мэри-Экс , Лондон

Лифты, лестничные марши и служебные помещения расположены во всех трех углах. Решетчатые балки, прикрепленные к колоннам, размещенным в углах здания, несут на себе каждый этаж и зимний сад. Такое решение позволило отказаться от колонн внутри здания, обеспечив конструкции дополнительную жесткость.

Затраты энергии на охлаждение здания снижаются благодаря использованию герметичных двойных стеклопакетов, заполненных инертным газом и отражающих инфракрасное излучение. Они установлены в зимних садах, а также в ненесущих стенках по периметру офисных помещений. При этом солнцезащитные устройства устанавливаются между стеклопакетом и внешней светопрозрачной оболочкой здания.

3.2 Коммерцбанк-Тауэр Франкфурт, Германия, 1994–1997.

Трехгранный небоскреб “ Коммерцбанк-Тауэр” – главный символ Франкфурта- на-Майне и один из первых экологичных небоскрёбов в Европе. В плане здание представляет собой треугольник, который состоит из трёх сегментов – офисных пространств – и центрального атриума, пронзающего все этажи высотки.

С каждой стороны башни на разных уровнях, окружая ее по спирали, располагаются четырехэтажные сады. Каждый сад олицетворяет собой флору определенного региона: средиземноморскую, североамериканскую, азиатскую. Эти сады играют роль естественных фильтров, очищающих воздух в центральном

36

атриуме, который является аналогом дымохода-вентиляции для расположенных по его периметру офисов.

Также в этих садах сотрудники офисов могут передохнуть во время перерыва. Частицы природы придают офисам качество гуманных пространств – главная идея Фостера, культивируемая им во всех проектах и поставленная, благодаря гениальному менеджменту, на поток (Рис.5).

Рисунок 5. Коммерцбанк-Тауэр, Франкфурт,1997-2004 гг. 1997-2007 гг.

3.3Рейхстаг, Новый германский парламент Берлин, Германия, 1992–1999.

В1992 году бюро Фостера победило в конкурсе на восстановление Рейхстага. Новый облик историческому фасаду придал огромный стеклянный купол. Как и в других проектах Фостера, этот элемент является не столько архитектурным, сколько инженерно и технически необходимым. Купол состоит из 360 зеркал, которые

37

способны пропускать свет. Панели купола оснащены регулируемым отражателем, который в зависимости от времени суток направляет свет внутрь здания, освещая интерьерное пространство, или отражает свет вовне, подсвечивая купол ночью изнутри. Купол также является частью экологичной автономной энергосистемы, позволяющей зданию снижать расходы энергии (Рис. 6).

Рисунок 6. Новый германский парламент Берлин, Германия, 1992–1999.

3.4 Башня Хёрста, Нью-Йорк, США, 2000–2006

Структурно башня состоит из треугольников – сетчатые оболочки позволяют использовать на 20% меньше стали, чем того требует сооружение прямоугольных конструкций. Причем, 90% всего металла, использованного на возведение башни, представляли собой продукт вторичной переработки. Углы здания, срезанные по рисунку микродиагоналей фасадов, подчеркивают вертикальные пропорции объема и создают яркий и запоминающийся силуэт многогранника. Площадь остекления башни Херста составляет более1 мили, каждая стеклянная панель имеет высоту в четыре этажа и представляет собой бронированное стекло со специальным

38

покрытием, пропускающим видимый свет и отражающим большую часть теплового инфракрасного солнечного излучения. В башне по максимуму используется естественное освещение благодаря огромным окнам, что существенно экономит электроэнергию. (Рис. 7).

Рисунок 7. Башня Хёрста, Нью-Йорк, США, 2000–2006

Проанализировав проекты архитектора Нормана Фостера, можно выделить основные направления при проектировании энергоэффективных зданий.

-Выбор формы здания, обеспечивающей минимальные теплопотери в холодный период и минимальные теплопоступления в теплый период года.

-Использование элементов наружных ограждающих конструкций в качестве солнцезащитных устройств для снижения теплопоступлений с солнечной радиацией в теплый период года.

-Выбор ориентации здания относительно сторон света и воздействия ветра.

-Широкое применение светопрозрачных наружных ограждающих конструкций для использования в здании преимущественно естественного освещения.

39

-Выбор высокоэффективной теплоизоляции.

-Использование в теплый период года главным образом естественной вентиляции посредством двойных вентилируемых фасадов.

-Утилизация тепла удаляемого воздуха для подогрева приточного воздуха.

-Применение охлаждающих потолков вместо традиционной системы кондиционирования воздуха.

-Использование низкотемпературных грунтовых вод в качестве источника холодоснабжения.

40