Высокие технологии – инженерная деятельность по созданию новых изделий и технологий, если она основана на сильных ноу-хау, на правилах сильного мышления. В отличие от энергоэффективных зданий, главная цель создания которых состоит в обеспечении экономии энергии на климатизацию, в зданиях высоких технологий приоритет отдается повышению качества микроклимата помещений и экологической безопасности при одновременном снижении энергопотребления.

     Идея проектирования и строительства зданий высоких технологий появилась вместе с необходимостью выполнить требование мирового энергетического кризиса 1974 года: существенно снизить теплоэнергопотребление зданий без нарушения качества микроклимата помещений. Конечно, решить эту задачу на основе использования традиционного для того времени инженерного оборудования и общеизвестных технологий не представлялось возможным.

Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома под углом 47-60°, что соответствует наклону Солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в энергии (район Виикки, Хельсинки, Финляндия)

     Начался процесс накопления опыта строительства различных типов энергосберегающих зданий, который можно было охарактеризовать как процесс проб и ошибок. В мировом строительстве появилось большое количество зданий, микрорайонов и даже архитектурно-строительных зон, которые были запроектированы и построены на основе различных концепций энергетически эффективных и экологически чистых технологий.

     Эти концепции определялись собственными наименованиями. Наибольшую известность получили следующие из них: энергоэффективное здание, здание с низким энергопотреблением, здание с ультранизким энергопотреблением, здание с нулевым использованием энергии, пассивное здание, биоклиматическая архитектура, здоровое здание, умный дом, интеллектуальное здание, экологически нейтральное здание, устойчивое здание, продвинутое здание. Здания высоких технологий являются неотъемлемой частью зеленого строительства.

При проектировании и строительстве таких зданий, как правило, были использованы:

• компьютерное математическое моделирование здания как единой энергетической системы с последующим использованием разработанных моделей энергопотребления здания при его эксплуатации;
• оригинальные и уникальные инженерные решения типа вентилируемых фасадов, совмещенных с системой воздухообмена здания;
• решения в области энергоснабжения с использованием солнечной радиации, тепла верхних слоев Земли, энергии ветра и т. д.;
• объемно-планировочные решения с максимальным использованием естественного света.

     Перечисленные выше технологии являются только частью современной мировой практики, и их принято называть высокими технологиями.

     Содержание понятия «высокие технологии», безусловно, является относительным, т. к. со временем эти технологии будут отнесены к традиционным, не имеющим инновационного содержания. Так, например, управляющие электронные вычислительные машины в середине ХХ века являлись уникальными технологиями и занимали своими устройствами площадь, равную площади спортивного зала, а сегодня эти машины представляют собой по существу «карманные» устройства, обладающие несравненно более высокими возможностями.

     По нашему мнению, среднее время, когда та или другая применяемая технология может представлять «высокую технологию» не превышает 20 лет. Если эффективность ее использования подтверждается временем, то эта высокая технология становится традиционной.

     Рассмотрим некоторые примеры использования высоких технологий в современном строительстве.

Климат и архитектура

     Оптимальный вариант архитектурной формы, ориентации и размеров здания может быть найден после решения следующей задачи: среди всех зданий заданного объема или заданной общей площади выбрать здание с такой архитектурной формой, размерами и ориентацией, что расход энергии на его отопление в холодный период и (или) на охлаждение в теплый период будет минимален при прочих равных условиях (степени остекления, тепло- и солнцезащите и т. д.).

     Точное решение этой задачи впервые в мире на практике было получено Марианной Бродач и изложено в работах «Теплоэнергетическая оптимизация ориентации и размеров здания» (Научные труды НИИСФ. Тепловой режим и долговечность зданий. – М., 1987) и «Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий» (Табунщиков Ю. А., Бродач М. М.). В этих работах даны следующие принципы выбора формы и ориентации здания с учетом теплоэнергетического воздействия наружного климата. Известно, что интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, температура наружного воздуха изменяются в весьма широких пределах в зависимости от географического положения, рельефа местности и времени года. Воздействие солнечной радиации и ветра на здание есть теплоэнергетическое воздействие наружного климата. В зависимости от положения и ориентации наружной поверхности здания она подвергается различному теплоэнергетическому воздействию наружного климата.

     Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на поверхность здания может оказывать положительное или отрицательное влияние на его тепловой баланс и, следовательно, теплоэнергетическую нагрузку на систему отопления и кондиционирования воздуха. Например, воздействие солнечной радиации на здание в холодное время снижает нагрузку на систему отопления. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания можно оптимизировать за счет выбора при проектировании формы и ориентации здания.

     Оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания может быть проведена для различных характерных расчетных периодов. Этими периодами могут быть, например, наиболее холодная пятидневка, отопительный период, самый жаркий месяц, период охлаждения, расчетный год.

     В этом случае оптимальный учет теплоэнергетического воздействия наружного климата в тепловом балансе здания за счет выбора его формы и ориентации позволит снизить:

• для наиболее холодной пятидневки – установочную мощность системы отопления;

• для отопительного периода – затраты энергии на отопление;

• для самого жаркого месяца – установочную мощность системы кондиционирования воздуха;

• для периода охлаждения – затраты энергии на охлаждение здания;

• для расчетного года – затраты энергии на отопление и охлаждение здания.

     В общем случае оптимальным образом учесть теплоэнергетическое воздействие наружного климата в тепловом балансе здания можно для любого характерного периода времени. Важно отметить следующее: изменение формы, размеров и ориентации здания с целью оптимального учета влияния наружного климата в его тепловом балансе не требует изменения площадей или объема здания – они сохраняются фиксированными.

     Наиболее эффективное в тепловом отношении здание в большинстве случаев не будет реализовано из-за ограничений, вытекающих из конкретной строительной ситуации. Однако можно ввести коэффициент (показатель тепловой эффективности проектного решения), характеризующий отличие принятого к проектированию здания от здания, наиболее эффективного в тепловом отношении.

     Показатель тепловой эффективности проектного решения позволяет ответить на вопрос, насколько энергетически удачно запроектировано здание. Если величина показателя тепловой эффективности существенно отличается от единицы, то проектируемое здание нуждается в корректировке в части оптимизации учета теплоэнергетического воздействия наружного климата.

     Примером обоснованного выбора архитектурной формы и ориентации здания с учетом направленного воздействия солнечной радиации является здание Мэрии Лондона (Великобритания, архитектор сэр Норман Фостер), с учетом направленного воздействия ветра – стадион Sapporo Dome (Япония, архитектор Хироши Хара).

Энергия окружающей среды

     Использование энергии окружающей среды способствует уменьшению затрат на энергоснабжение здания, а также уменьшает вредное воздействие на природу. Понятие «энергия окружающей среды» включает в себя солнечную радиацию, тепло окружающего воздуха, верхних слоев Земли, энергию ветра и т. д.

     Для получения электрической энергии в зданиях, расположенных в Нью-Йорке, Condé Nast Building – Four Times Square (США, архитекторы Роберт Фокс и Брюс Фоул) и Twenty River Terrace (США, архитектурное бюро Cesar Pelli & Associates) используются, помимо городской энергосистемы, топливные элементы и фотоэлектрические панели.

На балконах одного из зданий района Виикки установлены фотоэлектрические панели, вырабатывающие электрическую энергию для каждой квартиры

     Система тепло- и электроснабжения экспериментального жилого района Виикки, расположенного в пригороде Хельсинки, помимо подключения к городским сетям централизованного тепло- и электроснабжения, включает в себя крупнейшую в Финляндии установку по использованию солнечной энергии. Система солнечного теплоснабжения состоит из восьми установленных на зданиях солнечных коллекторов общей площадью 1248 м². Эти солнечные нагревательные системы обеспечивают централизованное теплоснабжение и в некоторых случаях производят также обогрев помещений при помощи систем подогрева пола. В жилом районе Виикки применяются солнечные комбинированные системы, системы пассивного использования солнечной радиации, параллельная работа систем солнечного обогрева и систем централизованного теплоснабжения, в солнечных коллекторах используются модули большой площади (площадь блока коллектора – 10 м²). Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома. Эти коллекторы установлены под углом 47–60°. Такие углы оптимальны, поскольку они соответствуют наклону Солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в энергии.

     Низкопотенциальное тепло Земли используют для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования (охлаждения) воздуха, обогрева дорожек в холодное время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т. п. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

     Тепло Земли используется в здании Main Tower во Франкфурте-на-Майне (Германия, архитектурная студия Schweger und Partner). В системе горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома, расположенного в Москве в микрорайоне Никулино-2, кроме тепла верхних слоев Земли используется также тепло удаляемого воздуха.

Продолжение следует.

==========================================================================

По вопросам членства в СРО Энергоаудиторов и получения допуска к проведению энергоаудита обращайтесь:

СРО НП «Межрегиональный союз энергоаудиторов «ИМПУЛЬС»

Россия, 125310, г. Москва, ул. Митинская, д. 55, стр. 1, офис 58

Телефон СРО +7 (495) 943-14-48;     Факс СРО +7 (495) 943-14-48.

Наше СРО Энергоаудиторов работает со всеми регионами России.