Примеры проектирования экологических промышленных зданий

Примером, иллюстрирующим это положение, может служить проект пер­спективного научно-производственного типового гелиокомплекса «Сатурн», проектирование и строительство гелиокомплекса «Солнце»

В ряде научных учреждений СССР проводились исследования в области высокотемпературной технологии с использованием концентрированной солнеч­ной энергии. Трудно сейчас назвать крупную научно-техническую проблему, ре­шение которой не было бы связано с использованием материалов особой чисто­ты. Такие материалы еще недавно изготовлялись в небольших количествах в научных лабораториях для исследовательских целей. Для изготовления мате­риалов высокой чистоты обычно используются многоступенчатые процессы с последовательным применением химических и физических методов. Сложность их настолько велика, что по мнению одного из видных ученых в этой области академика Н. Б. Сажина, есть все основания считать настоящим научным под­вигом разработку технологических методов получения веществ высокой чи­стоты.

В соответствии с заданием Физико-технического института Академии наук Узбекской ССР запроектирован научно-производственный гелиокомплекс «Солнце», открывающий новую отрасль металлургии (руководитель авторского коллектива — архит. В. В. Захаров). Это комплекс сооружений нового типа. При его разработке возникла необходимость в проведении глубоких исследований в области проектирования, так как методы, получившие широкое распространение при проектировании промышленных зданий, не могли быть полностью перенесены на здания и сооружения, в которых используется солнеч­ная энергия. отмеченный дипломом СА СССР на III Всесоюзном конкурсе на зоны и объекты располагаются по продольной оси с одним или несколькими смещениями относительно оси с образованием попе­речных второстепенных осей:

центрально-периметрическая — зоны и объекты располагаются вокруг цент­ральной площади, которая является пешеходной и общественной зоной, а тран­спортная зона — по внешнему периметру;

центрично-фокусированная — зоны и объекты размещаются вокруг откры-геометрическом центре которой может размещаться высотное сооружение с парогенератором, вытяжной трубой, водонапорной башней и т. д., образуя замкнутое пространство, относительно изолированное Возможно развитие пространства по вертикали, в том числе: ступенчатое — зоны и объекты размещаются на рельефе в виде объекты располагаются в различных уровнях, включая подземные пространства (тоннели в многофункциональных научно-производственных гелиокомплексах).

В зависимости от конкретной градостроительной ситуации, общего замысла и сочетаний пространственных систем могут приниматься разнообразные компо­зиции многофункциональных гелиокомплексов: фронтальная, угловая и т. п., в том числе могут быть варианты симметричные и асимметричные, одно- и много­этажные с различным набором зданий и сооружений, разнохарактерных и раз­номасштабных, со всевозможными системами гелиоустановок, с различными ва­риантами фасадов и солнцезащитным экранированием.

Образная характеристика многофункционального комплекса может быть обострена высотными доминантами. Увеличение числа вариантов может быть при использовании рельефа и зеленых насаждений, которые вносят своеобразие, образуют эффектно изменяющиеся формы, фактуру, цвет. Раз­нообразие композиции комплексов определяется не только конкретными мест­ными условиями, но и творческим архитектурным замыслом автора. Во всех случаях важными требованиями, предъявляемыми к архитектуре многофунк­циональных научно-производственных гелиокомплексов, являются компози­ционная целостность и способность развития, а также пространственная связь с ближайшим окружением.

Фундаментальный принцип проектирования энергоактивных объектов — полифункциональность ограждений, в которых элементы солнечного коллектора и тепловой защиты здания совмещены и дополняют друг друга. Стремление достичь максимального комфорта и высокой архитектурной выразительности и индивидуальности объекта не должно противоречить дополнительным гелио и теплотехническим требованиям, обусловленным новыми функциями энерго­активных зданий.

Следующая ступень в развитии солнечных зданий состоит в разработке и строительстве крупных гелиокомплексов, многофункциональных агропромыш­ленных гелиокомплексов, многофункциональных научно-производственных гелиокомплексов, промышленно-селитебных гелиокомплексов, комплексов ГЭС—СЭС—СП (солнечные печи). Это более высокая фаза, объединяющая два, три или несколько подразделений, дополняющих друг друга по принципу взаимного перераспределения энергии либо по принципу централизованного сбора, преобразования и раздачи энергии, а также использования солнечной радиации в технологическом процессе многофункциональных гелиокомплексов. Соединение нескольких разнотипных производств в одном комплек­се значительно снижает удельный расход наружных ограждений на единицу объема здания и во столько же раз уменьшает затраты теплоты на его отопле­ние. Гелиостатный комплекс представляет собой сложную систему автоматиче­ского регулирования, подверженную влиянию помех и возмущающих воздейст­вий, возникающих главным образом за счет обдува зеркал гелиостатов ветром. Приводы гелиостатов, входящие в системы управления гелиостатами, должны обеспечивать высокую точность слежения за солнцем, работать на весьма малых, «ползучих» скоростях порядка 1 об/сут, преодолевая значительные инерционные моменты (моменты инерции вращающихся частей гелиостатов).

Система управления гелиостатами комплекса предназначена для перемеще­ния их в то или иное угловое положение с различными скоростями движения гелиостатов.

Технологический процесс осуществляется следующим образом. Гелиостаты, поворачиваемые в режиме слежения за солнцем, постоянно посылают отражен­ные параллельные солнечные лучи к концентратору. Концентратор фокусирует лучи в фокальной зоне, и на приемнике солнечной печи достигается необходимая концентрация плотности потока солнечной энергии. Это обеспечивает достиже­ние в рабочей зоне печи температуры, превышающей 3500° С, необходимой для плавления и выполнения всего дальнейшего технологического процесса.

Техническое решение гелиокомплекса характеризуется повышен­ной технологичностью, улучшенными эксплуатационными качествами и эконо­мичностью. Это достигается путем сокращения простоев энергетических агре­гатов за счет более быстрой подготовки очередной плавки, сокращения длины технологических коммуникаций и уменьшения количества строительных мате­риалов для них.

Высотная компоновка вариантных решений с совмеще­нием производственно-лабораторного корпуса с концентратором влечет за собой малый выход полезной площади в корпусе, так как в здании появляется разви­тая система вертикальных коммуникаций, лестничные клетки, шахты кабельного хозяйства, вентиляции, дымоудаления, водопровода, канализации. Совмещение в одном объеме двух масс (здание и концентратор) с различными периодами ко­лебаний в условиях сейсмики создает сложности как расчетного, так и конструк­тивного характера и ведет к усложнению нетипового монолитного железобетон­ного и металлического высотного каркаса здания. Относительно небольшие габариты пониженной части производственно-лабораторного корпуса, распо­ложенной под полем лучей системы «гелиостаты — концентратор», конструк­тивное решение ствола и опорного узла технологической башни, ее инженерного оборудования, индивидуальная система солнечной печи и размещение высотной части производственно-лабораторного корпуса за концентратором затрудняют технологические операции обслуживания солнечной печи и встречной транспор­тировки сырья и готовой продукции внутри комплекса. А зауженная зона соеди­нения технологической башни с производственно-лабораторным корпусом удли­няет время замены основных технологических агрегатов солнечной печи, что снижает производительность комплекса и увеличивает стоимость продукции.

Поэтому раздельная компоновка концентратора и лабораторно - производственного корпуса имеет ряд преимуществ перед совмещенным вариантом. Созда­ется возможность раздельного проектирования и строительства двух сложных сооружений, что сокращает срок их возведения и позволяет выполнять лабораторно-производственный корпус в стандартных антисейсмических сериях. Тех­нологические же задачи и распределение коммуникаций в малоэтажном зда­нии решаются проще. Внедрение данного технического решения гелиокомплекса позволит сэкономить государству за счет улучшения технологичности и эконо­мии строительных материалов

Гелиокомплекс «Сатурн» состоит из двух функциональных зон — зоны основных зданий и зоны вспомогательных зданий и сооружений. Основная зона решена в центрической композиции, в которую входят семь корпусов, распо­ложенных по окружности. В центральной части образуется внутреннее откры­тое пространство, в геометрическом центре которого расположен рекреационный блок с конференц-залом, объединенный по оси симметрии с административ­ным блоком, к которому примыкает крытая автостоянка. Каждый из семи кор­пусов представляет собой самостоятельный блок, функционально связанный со всеми другими.

Вспомогательная зона включает производственные, гелиоэнергетические, хозяйственные, складские и другие объекты, объединенные системой инженер­ных коммуникаций, сгруппированные на прямоугольном участке, ось симметрии которого является продолжением оси асимметрии основной зоны.

Цель архитектурно-строительной части проекта — повышение надежности, улучшение основных эксплуатационных качеств, повышение экономичности за счет снижения энергетических нагрузок от внешних воздействий на системы и объекты комплекса, повышение их пространственной жесткости и сейсмостой­кости. Кроме того, одной из задач проектирования было стремление соединить в общем композиционном решении функционально разные, но взаимосвязанные сооружения, создать образ многофункционального научно-производственного гелиоцентра.

Технологический процесс осуществляется следующим образом. Поступаю­щие от гелиостатов солнечные лучи, отражаясь от элементов зеркала концентра­тора, собираются в фокусе на гелиоприемнике солнечной печи, где происходит высокотемпературный технологический процесс. Концентратор устанавливает­ся неподвижно с ориентировкой оптической оси в направлении север — юг. Лучистый поток отражается на концентратор гелиостатами, которые следят за солнцем в течение всего рабочего дня. Почти вся солнечная радиация попадает на параболическую зеркальную поверхность и собирается в фокусную точку диаметром 40 см. Излучение соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре 3700° С.

Особенность архитектурно-конструктивного решения зданий вспомогатель­ной зоны заключается в том, что несущие элементы блоков выполнены в виде пространственных металлических рам треугольного сечения, которые вынесены за пределы здания и с одной стороны остеклены или снабжены коллекторами солнечной энергии. Таким образом сокращаются объемы зданий, а основные конструкции выполняют несущие, солнцезащитные, ограждающие функции, обеспечивают необходимую освещенность, являются энергоактивными элемен­тами здания и создают композиционный строй фасадов, перекликающийся с фа­садами основной зоны.

Энергоактивные здания вспомогательной зоны включают покрытие, совме­щенное с прерывисто-складчатым коллектором солнечной энергии; этот коллек­тор выполнен с наклонными гранями, остеклен и снабжен регулируемой солнцезащитой. Между каждыми двумя смежными гранями складок покрытия, кото­рые обращены к солнцу и совмещены с коллектором, размещены наклонные грани, которые снабжены отражателями направленного типа. Допускается применение отражателя, нижняя по скату часть площади которого или вся площадь выполнена диффузно отражающей. Коллектор в пределах складки имеет вид системы панелей с гелиоприемником активного или пассивного типа.

Энергоактивные здания допускают различную ориентацию на местности от­носительно стран света: от энергетически оптимальной в средних и южных райо­нах широтной ориентации до энергетически оптимальной в северных районах меридиональной ориентации с включением, если это необходимо по градо­строительным требованиям, всех промежуточных ориентации. При этом пред­почтительно ориентировать складки энергоактивного покрытия коньком в на­правлении с запада на восток (широтная ориентация) во всех случаях привязки здания относительно нулевого азимута.

На выбор оптимальных габаритов энергоактивных блоков промышленных зданий помимо учета нормативных требований разрезки существенное влияние оказывает функциональная организация предприятия, основанная на единстве энергоактивных архитектурно-конструктивных систем с современной техноло­гией производства. Рассмотрение промышленного здания как единой теплоэнер­гетической системы с многообразием составляющих его элементов, в которых протекают различные по физической сущности процессы поглощения, превраще­ния и переноса тепловой энергии, позволяет архитектору использовать новые приемы функционально-планировочной организации здания. Рассмотрим эф­фективность энергосберегающих мероприятий и проектных решений промыш­ленных зданий (ожидаемая экономия за год дана в % к затрачиваемой в настоя­щее время энергии):

воспитание у людей сознания необходимости экономного расходования энергии, улучшение культуры обслуживания систем энергоснабжения здания, повышение качества строительства — 6—8%;

реконструкция зданий и систем отопления и вентиляции— 10—15%;

использование для отопления нетрадиционных видов энергии: солнечной радиации, теплоты поверхностных слоев земли, извлекаемой тепловым насо­сом, — 14—17%;

повышение эффективности системы отопления и вентиляции:

использование автоматизированной системы для регулирования подачи теплоты — 20—30%;

утилизация теплоты вентилируемого воздуха — 10—12%;

совершенствование конструкций осветительных установок, рациональное использование искусственного и естественного света — 4—6%;

совершенствование объемно-планировочных решений зданий и их помеще­ний— 5—8%;

строительство экспериментальных энергетически экономичных зданий и внедрение результатов экспериментов в типовое проектирование — 8%;

совершенствование нормативных документов, теоретических основ и методов расчета — 6—8%.

Определенное влияние на расход тепловой энергии оказывает геометриче­ская форма здания. В компактном здании теплопотери значительно ниже, чем в зданиях сложной формы. Увеличение протяженности здания с 50 до 150 м уменьшает его теплопотери на 5—7%, увеличение ширины с 12 до 16 м — на 9—10%, увеличение высоты с 5 до 9 этажей — на 3—5%. Уменьшение отноше­ния площади окон к площади стен промышленных зданий с 0,6 до 0,25 сокращает годовые затраты на отопление в 1,5 раза. Функциональная организация пред­приятия приводит, как правило, к компактной прямоугольной форме плана. Исходя из природно-климатических, конструктивно-технологических условий и требований организации строительного производства энергоактивные блоки-здания также должны приближаться к компактной форме с ограниченными габаритами, позволяющими создавать оптимальную в гелиотехническом отно­шении ориентацию по гелиотермической оси, освещенность и инсоляцию произ­водственных помещений и применять наиболее рациональную энергоактивную архитектурно-конструктивную систему Солнечная энергия как экологически относительно чистый и возобновляемый вид энергии перспективна для использования ее в крупных масштабах. Сооружения, с помощью которых осуществляют промышленный сбор и преобра­зование солнечной энергии в другие ее виды (тепловую, электрическую, хими­ческую и др.), принято называть солнечными энергетическими станциями (СЭС). Ввиду большой рассеянности потока солнечной радиации возникает необходимость освоения больших площадей ландшафта для его утилизации. Солнечные энергетические станции могут занимать десятки и даже сотни квад­ратных километров. Нельзя допустить отчуждения таких территорий только под технические нужды. Это может привести к нарушению гомеостаза сложившихся ландшафтных образований и деградации природных экосистем — первичных ячеек биосферы.

От традиционных промышленных объектов СЭС выгодно отличаются тем, что несмотря на большие потребности в территории, обладают относительно малой удельной материалоемкостью и отсутствием производственно-технологических перемещений, что дает им возможность включить в свою структуру компоненты природного ландшафта. В этих условиях задачи взаимодействия объектов СЭС с ландшафтным окружением становятся в ряд важнейших.

Для систематизации взаимодействий СЭС с окружающей средой удобно (в рамках исследуемой экосистемы) провести градацию ландшафтных образо­ваний на природные и антропогенные, определить характер их взаимодействия между собой и с объектом проектирования.

Энергетический модуль может снабжать предприятия, аграрно-промышленного производства помимо электрической энергии низкопотенциальным теплом, с трудом поддающимся утилизации техническими методами, подогретой водой для полива и нужд жи­вотноводства, горячим воздухом для сушки сельхозпродукции, обогрева теплиц и животноводческих помещений, перегретым паром для плодоконсервной про­мышленности, хладагентом для хранения сельскохозяйственной продукции, концентрированным импульсным излучением для стимуляции роста растений, жидким и газообразным органическим и химическим топливом (биогазом, эта­нолом, метанолом, водородом) для работы сельскохозяйственной техники, коммунально-бытовых нужд и т. д. В свою очередь отходы сельского хозяйства (компост, растительная биомасса, фекальные стоки жилищного сектора) могут служить сырьем для получения энергетической продукции.

Полифункциональное использование строительных конструкций для про­изводства различных видов энергии и продуктов сельского хозяйства позволит более экономно и рационально использовать основные фонды строительства, осваивать неудобные для сельскохозяйственной обработки крутые склоны и т. д. Таким образом, мы вплотную подходим к созданию качественно новой типоло­гической единицы — аграрно-энергетическому комплексу, который представ­ляет собой совокупность взаимосвязанных зданий и сооружений основного и вспомогательного назначения, необходимых для производства энергетической и сельскохозяйственной продукции, расположенных на одном участке и объеди­ненных единым технологическим процессом, объемно-планировочными решения­ми и инженерными коммуникациями. Подобный комплекс следует рассматри­вать как биотехническую систему, объединенную по параметру «энергия». В этой системе ведущую роль играют биологические процессы, диктующие характер перераспределения возобновляемых энергоресурсов между биологическими и техническими компонентами системы.

Создание аграрно-энергетических комплексов открывает путь для развития в сельском хозяйстве малоотходных и безотходных технологий, что приведет в конечном итоге к созданию высокоинтегрированных комплексов с замкнутой технологией, способных обеспечить сельскохозяйственным ячейкам энергети­чески независимое автотрофное существование и при минимальной нагрузке на окружающую среду получать устойчивые урожаи. Одно из вариантных решений такого комплекса показано. Он представляет собой совокупность пяти энергетических систем:

а) солнечной энергетической станции (СЭС) башенного типа с паротурбин­ным циклом преобразования энергии, которая состоит из поля гелиостатов — системы следящих зеркал, концентрирующих солнечное излучение на солнеч­ном парогенераторе, расположенном на башне, откуда перегретый пар по­ступает на турбину с электрогенератором. Строительные конструкции поля гелиостатов совмещены с конструкциями животноводческих помещений;

б) солнечно-ветровой энергетической станции (СВЭС), состоящей из коллек-
тора солнечного излучения, которым является тепличное хозяйство, располо-
женное под прозрачной пленкой, где воздух нагревается и устремляется
к основанию вытяжной башни, в которой размещен электрогенератор с лопаст-
ным движителем. При необходимости подогретый и обогащенный кислородом
воздух из теплиц может быть направлен в животноводческие помещения;

в) ветровой энергетической станции (ВЭС) роторного типа, размещенной
в верхней части башни;

г) тепловой энергетической станции (ТЭС), состоящей из системы паровых
котлов, использующих органическое топливо (биогаз, древесные и раститель-
ные отходы) и паровой турбины с электрогенератором;

д) энергетической установки для биологической конверсии органических ве-
ществ в жидкое топливо и метан, состоящей из метантенков, в которых путем
анаэробного сбраживания отходов животноводства, растениеводства и жилищ-
ного сектора получают биогаз. Метантенки расположены в основании башни и
нуждаются в низкопотенциальном подогреве, который осуществляется теплым
воздухом от СВЭС и котлотурбинных агрегатов. Органические отходы, прошед-
шие цикл анаэробного сбраживания, обеззараживаются и превращаются в цен-
ное легкоусвояемое растениями удобрение.

Основой другого варианта аграрно-энергетического комплекса является СЭС башенного типа с кольцевым решением поля гелиостатов, кон­структивно совмещенных с животноводческими помещениями. Гелиостаты фо­кусируют солнечное излучение на приемных панелях солнечного парогенерато­ра, откуда перегретый теплоноситель поступает на турбину с электрогенера­тором и в систему теплового аккумулирования. Неизбежные конвективные потери емкостей-аккумуляторов обогревают бассейн для выращивания микрофлоры, употребляемой для скармливания животным. Питательной сре­дой для микрофлоры может служить жидкий органический субстрат — отходы метаногенеза. Дополнительное каталитическое действие концентрированного солнечного излучения достигается при помощи гелиостатов СЭС и промежуточ­ного концентратора. Известна технология получения водорода с помощью каталитического фотосинтеза микроводорослей.

В теле несущей башни солнечного парогенератора удобно разместить уста­новки для промышленного получения водорода и кислорода путем фотолиза воды, которые также нуждаются в каталитическом действии концентрированно­го солнечного излучения. При необходимости концентрированная радиация посредством промежуточного экрана может быть направлена в паросой котел для обогащения органического топлива, теплоту сгорания которого можно повысить на 30—40%. Паровой котел выполняет дублирующую роль и служит для обеспечения бесперебойной работы энергетической системы комплекса в перерывы прихода солнечной радиации.

Низкопотенциальное тепло от работы котлотурбинных агрегатов направля­ется для обогрева метантенков, в которых путем анаэробного сбраживания от­ходы животноводства и растениеводства превращаются в биогаз и органическое удобрение. Для получения электрической энергии фотоэлектрическим методом предусмотрено использование концентраторов типа фоклинов, расположенных на скатной кровле здания. Дополнительным источником электрической (тепло­вой) энергии могут быть фотоэлектрические преобразователи (тепловые коллек­торы, абсорберы), размещенные на южной стороне башни.

Очевидно, что в связи с большой рассеянностью возобновляемых энергоре­сурсов в среде их комплексная утилизация имеет большие преимущества перед выборочной. Нецелесообразно использовать только тепловую составляющую прямого солнечного излучения (например СЭС башенного типа). Концентриро­ванная солнечная радиация может оказаться более полезной при использовании ее каталитических свойств в биологических или химических процессах (катали­тический фотосинтез, светоимпульсное облучение биологических объектов, фо­толиз воды и т. д.). Необходимо как можно более полно использовать всю энер­гию, находящуюся в среде в виде рассеянного светового и теплового излучения, движения воздушных масс, суточных температурно-влажностных циклов и т. д. Концентрация в одном строительном комплексе различных видов биологических и технических процессов, объединенных экологически чистыми возобновляемы­ми источниками энергии, позволит найти и отработать новые формы обмена ве­ществом и энергией между биологическими и техническими компонентами систе­мы, наиболее приближенные к естественным биосферным процессам В значительной степени это обусловлено тем, что основной источник жизни — продукты питания — чело­вечество вынуждено извлекать из биосферы, превращая ее на больших прост­ранствах в гигантские «биосферные фабрики» продуктов и оставаясь зависимым от множества неуправляемых природных процессов». В связи с дальнейшим удорожанием цен на традиционные первичные топлив­но-энергетические ресурсы по мере их истощения и развитием прогрессивных технологий использования нетрадиционных и возобновляемых источников энер­гии создание аграрно-энергетических комплексов может стать одним из наи­более перспективных направлений развития крупномасштабной энергети­ки села.

4.Архитектурное формирование энергоактивных промышленных зданий.

Формирование энергоактивной застройки, решенное на основе принципов укрупнения, кооперирования и блокирования, определяют три основные тен­денции:

на градостроительном уровне — создание энергоактивных комплексов, включающих группу зданий и сооружений, образующих единую энергоактивную систему, объекты которой дополняют друг друга по принципу взаимного пере­распределения централизованно собранной и аккумулированной солнечной, ветровой, геотермальной энергии в зависимости от ее дефицита или избытка;

на уровне структуры энергоактивного сооружения — энерготехнологическая интеграция различных типов зданий и создание крупных межвидовых энергоак­тивных комплексов;

на уровне внутреннего пространства — организация многофункционального энергоактивного пространства, объединяющего различные объемы в единый структурный организм.

В области функционального зонирования энергоактивных зданий возмож­но использование двух принципов организации пространства:

создание жестких, определенных технологией, ограниченных в пространстве энергоактивных зон, располагаемых в наиболее удобных местах с точки зрения гелиотехнического и монтажного исполнения и взаимосвязи с основными ком­муникациями здания;

свободное зонирование, организация универсального трансформируемого энергоактивного пространства, используемого под различные технологические, эстетические, производственные цели в зависимости от возникающей в различ­ное время потребности. Все энергоактивные архитектурно-конструктивные системы должны отвечать принципам свободной планировки. Следовательно, необходимо добиваться мобильности энергоактивных систем.

Первый принцип функциональной организации энергоактивных промышлен­ных зданий применяется в комплексах, связанных со сложными технологически­ми и функциональными процессами, где требуется строгая взаимосвязь отдель­ных групп помещений и их определенное размещение. Второй принцип применим для организации крупных энергоактивных комплексов и при решении отдель­ных пространств, предназначенных для универсального использования.

Комплексная оценка проектных решений отдельных энергоактивных объек­тов по градостроительным, функционально-планировочным, эстетическим и эко­номическим критериям показала, что энергоактивные здания и комплексы, ре­шенные на основе прогрессивных принципов архитектурной организации, преж­де всего укрупнения и кооперирования, приобретают новые качества, соответст­вующие современным архитектурным требованиям, и экономически более эф­фективны по сравнению с традиционными типами зданий.

Основные причины недостаточных объемов строительства энергоактивных зданий — слабое развитие существующих баз по производству необходимых энергоактивных конструкций, применение методики «штучного» проектирования энергоактивных зданий с использованием различных типов гелиоэнергосистем, не приведенных в единую энергоактивную архитектурно-конструктивную систе­му здания, а также некоторое превышение стоимости строительства по сравне­нию с традиционными зданиями.

Опыт строительства и эксплуатации зданий, спроектированных на основе энергоактивных конструктивных решений, уже сейчас выявляет некоторые не­гативные стороны, присущие этой архитектурно-конструктивной системе. К ним следует отнести жесткость энергоактивного каркаса в планировочном отноше­нии, а также наличие инженерных систем, входящих в интерьеры помещений и затрудняющих организацию «свободного плана», трансформацию помещений и универсальное использование внутреннего пространства, которое позволяло бы реагировать на все изменения функциональной структуры сооружения. Одна­ко эти причины временные и не могут служить тормозом в развитии строитель­ства энергоактивных зданий.

Такие энергоактивные системы, отработанные конструктивно и технологи­чески, несмотря на отмеченные недостатки, в настоящее время внедряются повсеместно. И это закономерно, так как другой конкурентоспособной методики проектирования и строительства данного типа зданий, которая могла бы ее за­менить, пока не имеется, а простота изготовления и монтажа конструкций, чет­кость планировочной и монтажной сетки, ограниченная номенклатура изделий свидетельствует о том, что эта система в течение ближайших лет будет господ­ствующей в строительстве энергоактивных зданий. Для решения отмеченных противоречий необходимо дальнейшее совершенствование энергоактивной архитектурно-конструктивной системы промышленных зданий.

Первый этап совершенствования системы — улучшение ее конструктивного решения — практически завершается. Однако мероприятия по усовершенство­ванию энергоактивной системы относятся к области конструирования, изготов­ления и монтажа гелиотехнических изделий и почти не затрагивают вопросов улучшения системы в архитектурно-типологическом отношении. Необходимо дальнейшее совершенствование энергоактивного каркаса здания с позиций удовлетворения современным архитектурным требованиям в условиях, макси­мально приближенных к требованиям типового проектирования.

Совершенствование энергоактивного каркаса в архитектурно-типологиче­ском плане может идти по четырем направлениям:

введение укрупненных энергоактивных элементов;

устройство многовариантных энергоактивных систем, позволяющих заме­нять морально или материально устаревшие элементы на новое поколение изде­лий с повышенными эксплуатационными и эстетическими качествами;

добавление в номенклатуру изделий, дающих возможность развития энерго­активности систем;

введение в номенклатуру дополнительных энергоактивных изделий наруж­ных ограждающих панелей и архитектурных деталей простенков, окон, солнце­защитных устройств, повышающих в зависимости от назначения энергоресурсы элементов зданий в поле солнечной радиации и позволяющих проектировщику свободно оперировать архитектурным образом сооружения.

Построенные энергоактивные здания через 20—30 лет уже не будут нас удов­летворять с точки зрения функциональной организации сооружения, требований к технологии и оборудованию, возможности изменения функций рабочих площа­дей, трансформации. Поэтому энергоактивные здания целесообразно проекти­ровать на основе универсальной энергоактивной архитектурно-конструктивной системы с укрупненными структурными энергоактивными элементами, меняю­щими во времени свои функции. Укрупнение энергоактивных элементов, состав­ляющих каркас здания, и устройство вариантного энергоактивного зонирования структуры сооружения помимо улучшения архитектурно-типологических качеств оказывает определенное влияние на снижение массы и материалоем­кости сооружений, дает новые планировочные возможности- в решении сложных функционально-технологических узлов, а также большую по сравнению с тра­диционными решениями свободу в объемно-пространственной организации и создании пластических композиций зданий.

Что касается проблемы дальнейшего совершенствования номенклатуры энергоактивных навесных ограждающих панелей стен, то для ее решения наи­более вероятны следующие пути:

улучшение существующей номенклатуры энергоактивных навесных панелей и архитектурных элементов (оконных и входных проемов, солнцезащитных устройте, козырьков, террас и др.), что является первоочередной задачей на ближайший период;

создание новой номенклатуры энергоактивных панелей «на этаж» из легких конструкций и материалов с применением алюминия, пластмасс, легких утепли­телей и с введением разнообразных форм оконных проемов — квадратной, круг­лой, прямоугольной и др. Параллельно могут применяться и ленточные навесные гелиотехнические панели (по существующей номенклатуре изделий). Эта задача ставится на последующий период.

Не заменяя несущей части каркаса как основы системы, можно значительно улучшить и разнообразить его архитектурные качества путем замены наружного стенового ограждения на легкие энергоактивные навесные панели с примене­нием новейших эффективных конструкций и материалов. При этом следует по­высить качество исполнения отделки поверхностей энергоактивных панелей, как наружной, так и внутренней, применяя алюминиевые, пластмассовые или дере-воалюминиевые столярные изделия, алюминиевые гелиотехнические элементы из прокатных листов (или более дешевого материала) и т. д., а также разно­образить номенклатуру панелей с целью организации вариантных решений фасадов. При совершенствовании номенклатуры энергоактивных изделий не следует забывать и криволинейные архитектурные формы, которые почти исклю­чены из отечественной практики энергоактивного строительства. Архитектурная проработка автором элементов ветроэнергоактивных и других систем зданий Н. П. Селиванова (энергетические ловушки, поли­функциональные элементы ветроагрегатов в конструкциях защиты свето­проемов и др.) показала, что круглые и иные криволинейные формы не только эффективны как энергоактивные конструкции, но и несут большую декоратив­ную и эстетическую нагрузку.

Поэтапная реализация предложений по совершенствованию энергоактивной системы в архитектурно-планировочном аспекте создает предпосылки организа­ции универсальной энергоактивной системы, позволяющей обеспечить большую гибкость и свободу планировки при энергоактивном зони­ровании, а также широкую вариантность объемно-пространственных решений энергоактивных зданий. Разработки могут вестись в различных направлениях:

· использование номенклатуры существующих энергоактивных изделий и их технологии изготовления комбинированное применение традиционных гелиотехнических конструкций типа «горячий ящик» с усовершенствованной номенклатурой энергоактивных конструкций нового поколения;

· создание специальной энергоактивной архитектурно-конструктивной систе­мы для различных типов зданий.

Для энергоактивных зданий массового строительства наиболее приемлемы архитектурно-планировочные решения блочной структуры из энергоактивных функциональных ячеек или энергоактивных блоков-зданий, так как эти элемен­ты создают лучшие условия для стандартизации энергоактивных изделий и уменьшения их количества. Характер первоочередных приобретают задачи создания Единого каталога энергоактивных изделий, унификации объемно-планировочных параметров энергоактивных зданий, изучения функциональных требований к различным типам энергоактивных зданий. В архитектурной практике принято, что образ сооружения определяется формой, при этом упрощенно рассматривается система «конструкция—форма». Но образ промышленного здания прежде всего связан с назначением сооруже­ния, с технологическими процессами, которые в нем происходят, иначе говоря, с функцией сооружения. Для каждого типа сооружения характерен свой образ. При этом конструкция не является основным компонентом в процессе создания формы сооружения массового строительства. Внедрение новых энергоактивных архитектурно-конструктивных систем, переход к строительству энергоактивных зданий качественно влияют на организацию структуры, форму и внешний облик зданий, позволяют расширить поиски образа энергоактивного соору­жения. При архитектурном формировании энергоактивных промышленных зда­ний, производственных и вспомогательных, отличающихся этажностью и объем­но-планировочным решением, формула «конструкция — форма» недостаточна для оптимального художественного решения промышленного здания. Необходи­мо использовать формулу: «функция (технологический процесс) — энергоак­тивная конструкция — форма — современный образ» с учетом региональных условий и народных приемов строительства.

Рассмотрим цепь взаимоотношений отдельных категорий архитектуры, свя­занных с художественной выразительностью энергоактивных промышленных зданий.

Функциональное назначение энергоактивного промышленного здания об­условливает взаимосвязь «функция — энергоактивные конструкции». Помимо функции промышленного здания на энергоактивные конст­рукции оказывают большое влияние местные условия и народные приемы строи­тельства: устройство навесов, козырьков, элементов солнцезащиты, крутых крыш в горных районах с большими осадками, применение местных строитель­ных материалов, гелиоэнергоресурсы зданий, возобновляемые источники энер­гии. Возникает взаимосвязь «условия строительства — энергоактивные конст­рукции». Принятая энергоактивная конструктивная система являет­ся одним из основных определяющих факторов пространственной формы энерго­активного промышленного здания, что характеризуется взаимосвязью «энерго­активная конструкция — энергоактивная форма». Функциональ­ная структура энергоактивного промышленного здания и местные условия строительства помимо влияния на конструкции оказывают воздействие непо­средственно на пространственную форму сооружения. Возникают взаимосвязи «функция — энергоактивная форма» и «условия строительства — энергоактивная форма». На организацию пространственной формы энергоактивного промышленного здания воздействуют средства гармонизации, основанные на особенностях психофизиологии восприятия формы и способст­вующие выразительности, — симметрия и асимметрия, ритм, соразмерность пропорций, статичность и динамика композиции, масштаб, цвет. Появляется взаимосвязь «средства гармонизации — энергоактивная форма».

Полученная архитектурная форма энергоактивного промышленного здания является источником и носителем образа здания. Отсюда возникает прямая последовательность «энергоактивная форма — современный образ.

На основе этих простых взаимосвязей отдельных компонентов архитектуры можно изложить единую формулу процесса становления образа энергоактив­ного сооружения:

Комплексный учет этих компонен­тов на базе функционально-планиро­вочного решения здания может опре­делить качество архитектуры энерго­активного промышленного здания, его эстетические достоинства. Каковы пути совершенствования архитектурной практики в формировании образа энергоактивных промышленных зданий?

На развитие современных типов энергоактивных промышленных зданий должны оказать влияние прогрессивные принципы архитектурной организации, подразделяющиеся на четыре основные категории в зависимости от области их применения (общей структуры здания, внутреннего пространства, энергоактив­ной системы и эстетики):

принципы объемно-планировочной организации — укрупнение блоков, ко­оперирование производств, блокирование зданий;

принципы функциональной организации — зонирование, универсальность, специализация;

принципы энергоактивных архитектурно-конструктивных решений — про­грессивность энергоактивных конструкций, трансформативность, инженерно-техническая оснащенность;

принципы художественной выразительности — гармонизация энергоактив­ной формы, синтез искусств, использование народных приемов строительства.

При дальнейшей разработке типов энергоактивных зданий использование принципа открытой типизации может стать одним из ведущих в развитии массо­вых типов энергоактивных промышленных зданий.

При типизации зданий и сооружений гелиокомплекса в целом или его со­ставляющих возникает задача проектирования с такой степенью гибкости, кото­рая обеспечивала бы разнообразие архитектурных решений. При этом предъяв­ляются два противоречивых требования относительно гибкости проектирования этих комплексов. С одной стороны — требование вариантности состава и гра­достроительной маневренности, с другой — гибкости внутренней структуры, обеспечивающей возможность изменения назначения подразделений, развития одних функций за счет других, видоизменения пространства интерьеров. Один из возможных путей решения этого противоречия — методика вариантного про­ектирования с использованием функционально-планировочных элементов, осно­ванная на сочетании типового и индивидуального проектирования.

Комплекс может строиться как единовременно, так и по этапам. При варьи­ровании общей композиции гелиоцентра необходимо обеспечивать, как и в обыч­ных комплексах, архитектурную целостность объемов, фасадов и интерьеров комплекса и зданий, в том числе и на каждом этапе его возведения. Единству архитектурно-планировочного решения должно способствовать общее свобод­ное коммуникационное пространство, объединяющее элементы в целостный ком­плекс. Многофункциональный гелиокомплекс особенно сложен и многообразен по своей функциональной организации и технологии.

Совершенствование проектирования предполагается в направлении индиви­дуализации общего архитектурного решения комплекса, более гибкого и все­стороннего учета конкретных условий строительства: градостроительной ситу­ации, природно-климатических условий, строительной базы, окружающей сре­ды, создания образа многофункционального научно-производственного гелио­комплекса.

В настоящее время все острее возникает потребность в большей увязке каж­дого строящегося комплекса с местными многообразными условиями и, следова­тельно, в разнообразии их архитектурных решений.

В социальном аспекте архитектура в значительной степени ослабила связи с национальными, эстетическими, демографическими традициями и требования­ми, которые на протяжении тысячелетий определились конкретными климатиче­скими условиями и духовными потребностями человека. Если внимательно про­анализировать исторический, опыт формирования народного жилища, выявить последовательность и законы этого процесса, влияние природно-климатических условий на формирование традиционных типов народного жилища, можно убе­диться, что творения, например, древнерусских зодчих создавались с учетом законов энергоактивности. Народные постройки восхищали и восхищают нас на редкость гармоничными соотношениями своих частей, логичностью архитек­турного замысла, сочетанием комплекса функциональных требований к объекту с естественной красотой его форм.

Архитектура энергоактивных зданий и комплексов — это создание среды обитания и трудовой деятельности в новых гелиодомах и технологических гелис-комплексах, построенных с учетом природно-климатических условий и регио­нальных традиций народного зодчества. Энергоактивные здания и гелиокомплексы, в которых потенциал пластической разработки заложен в самом кон­структивном решении, можно рассматривать как конкретное воплощение орга­нического синтеза утилитарного и эстетического.

На смену экспериментальному проектированию и строительству солнечных зданий пришло время тщательного анализа уже осуществленных и будущих разработок. Энергоактивные гелиосистемы должны рассматриваться в тесной связи с архитектурно-планировочными и конструктивными решениями самих зданий. Необходим поиск нового подхода к методу работы с архитектурным про­странством под углом зрения энергетических функций зданий или комплексов.

Литература:

1.СНиП 31-05-2003 «Общественные здания административного назначения»

2.СНиП 35-01-2001 «Проектирование зданий и сооружений с учетом доступности для маломобильных групп населения»

3.СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность»

4.СНиП 2-08-01 «Общественные здания»

5.Энергоактивные здания. / Н.П. Селиванов, А.И. Мелуа, С.В. Зоколей. Под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова, М.- Стройиздат.1988г.396с.: ил.

6.Журналы «Зодчество мира» №1/98

7.Журнал «Вокруг света», 2006 г.

8.Журнал «Вокруг света» №12 (2783).Декабрь 2005

9. http://www.grimshaw-architects.com

10. http://www.projectclassica.ru

11.Архитектура Я строительство России» №11-12.1998

Контрольные вопросы

1.Энергоэффективность.

2.Естественное освещение.

3.Инсоляция

4.Проветривание

5.Вентиляция и кондиционирование

6.Безопасность от воздействия вредных факторов внутренних и внешних

7.Удаление мусора и уборка

8.Материалы для строительства.

9.Долговечность и ремонтнопригодность.

10.Борьба с шумом и вибрациями, излучениями

11.Пожаробезопасность

12.Доступность для МГН

13. Синдром больного здания».

14. Принципы решений экологических общественных зданий.

15.Экономия энергии в зданиях, перекрытых пространственными конструкциями.

16. Многоэтажные эко-здания

17.Нормативные требования к экологической среде промышленных зданий

18.Принципы проектирования экологических промышленных зданий. Принципиальная схема способа экономии энергии.

19.Использование альтернативных источников энергии для сельскохозяйственных зданий.

20.Энергоустановки на альтернативных источниках энергии

21.Комплексное использование традиционных источников энергии, вторич­ных разнопотенциальных энергоресурсов, всевозможных возобновляемых источников энергии и рас­сеянной в природе низкопотенциальной теплоты

22. Энергоактивные здания

23.Многофункциональные гидрогелиокомплексы.

24.Металлургические научно-производственные гелиокомплексы

25.Много­функциональные промышленные и агропромышленные гелиокомплексы

26.Примеры проектирования экологических промышленных зданий

27.Архитектурное формирование энергоактивных промышленных зданий

Дата добавления: 2014-01-07