SUSTAINABLE ARCHITECTURE. ENERGY EFFICIENCY AND ECOLOGICAL COMPATIBILITY OF LARGE-SCALE AFFORDABLE HOUSING WITH HONG KONG AS AN EXAMPLE

Full Text

На сегодняшний день не вызывает сомнений необходимость устойчивого развития городской среды, в которой комфорт проживания неотделим от сведения к минимуму потребления энергии и водных ресурсов, загрязнения воздуха и воды, выделения тепла, углекислого газа и метана. Немало говорится об энергосбережении и использовании возобновляемых источников энергии. Многие страны добились в этой сфере немалых результатов, чего нельзя сказать о России, хотя на уровне государственных программ это всячески декларируется. Особо остро стоит вопрос по формированию современных стандартов энергоэффективности и экологичности в сфере массового и доступного жилья. Технологии и системы, позволяющие экономить или вырабатывать энергию, достаточно дорогостоящие и требуют время на окупаемость. Поэтому одних призывов для их использования в социальном и экономичном жилье недостаточно, необходимы законодательные акты, нормативные документы и стимулирующие Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2015 | № 4 (21) 24 Архитектура. Градостроительство. Дизайн программы, а также внимательное изучение накопленного опыта. Достойным примером может послужить Гонконг, где осознали, что внедрение современных «зеленых» технологий и систем - это не только экономия сегодняшнего дня, но и вклад в будущее. Под контролем департамента Жилищного Управления в Гонконге находится более чем 1100 многоквартирных домов, в которых расположены около 740 тыс. квартир, поэтому деятельность по улучшению энергетической эффективности в комплексах государственного жилья имеет большое значение для экологии Гонконга (рис.1). На многоквартирные дома государственного жилого фонда приходится 45 % от общего потребления энергии всеми жилыми зданиями в Гонконге. Начиная с 2000 г. был взят курс на снижение энергопотребления в государственном жилье на 42 % за счет использования энергосберегающих установок: светодиодное освещение, лифты с регенеративным приводом, фотоэлектрические панели, системы по сбору дождевой воды и др. [1-3, 8-10] (рис. 1). Внедряются программы по оптимизации режимов энергопотребления. В первую очередь, в рамках данных программ идет поиск способов экономии энергии, необходимой для работы лифтов и освещения в общественных зонах. Действия направлены на уменьшение количества лифтов, снижение их мощности с 1000 до 900 кг, на применение более экономичных лифтов с двигателями на постоянных магнитах. Также изучается эффективность лифтов с регенеративным приводом, вырабатывающим энергию, которые на 20-30 % энергоэффективнее обычных. Так как на освещение приходится значительная часть потребления энергии, в настоящее время тестируются различные светодиодные системы, которые стоят дороже, но служат гораздо дольше, чем компактные люминесцентные лампы. Светодиодные светильники совместно с датчиками движения устанавливаются на типовых этажах в лифтовых холлах, коридорах, на лестницах, а также во всех общественных зонах и показывают 30 %-ю энергоэффективность по сравнению с обычным освещением. Еще один способ экономии энергии - это использование гравитации для подачи воды в квартиры. Применяется зонированная система водоснабжения, в которой вода сначала насосами подается в промежуточные и расположенные на крыше бакинакопители, а затем самотеком распределяется по квартирам. В зданиях высотой 40 этажей вода из накопительного бака, расположенного на крыше, на верхние 4 этажа подается насосами для создания напора. На этажи с 36-го по 24-й вода поступает уже самотеком, а на этажи с 23-го по 14-й и далее с 13-го по 1-й - также самотеком, но по отдельному медному трубопроводу с регуляторами давления. К преимуществам этой системы относятся: непрерывность водоснабжения даже при сбоях в энергоснабжении; оптимальные режимы работы насосного оборудования; стабильность расхода при раздаче воды самотеком; постоянная готовность к немедленному использованию достаточного количества воды для пожаротушения благодаря энергонезависимости схемы [4, 11-15]. Параллельно с энергосберегающими мероприятиями Жилищное Управление продолжает изучение эффективности возобновляемых источников энергии. Они включают в себя установку и мониторинг производительности солнечных панелей. Проводятся сравнительные испытания четырех типов панелей: монокристаллические (Mono-crystalline); мультикристаллические (Multi-crystalline); тонкие пленки Amorphous (Thin-film Amorphous); тонкие пленки CIGS (Thin-film CIGS). Активно проводятся научные исследования, которые должны помочь в разработке стратегии в отношении применения подобных систем в государственном жилье, способствующих более широкому использованию фотоэлектрических технологий в Гонконге. Жилой комплекс Kai Tak Estate является пилотным проектом по использованию монокристаллических фотоэлектрических систем, которые были установлены на крышах шести жилых блоков (общей мощностью 57,6 кВт). Другой экспериментальный проект - это жилой комплекс Lam Tin Estate, состоящий из четырех жилых блоков, включающих 3036 квартир площадью 17,97- 38,05 м2 с числом жителей 8568 человек. Комплексная реконструкция старого Lam Tin Estate началась в 1992 г. и была завершена в 2009 г. Преследовались следующие цели: повышение энергоэффективности за счет проведения микроклиматических исследований; снижение энергопотребления с помощью возобновляемых источников энергии; снижение эффекта городского теплового острова путем увеличения площади озеленения и т.п. На крышах трех блоков были установлены монокристаллические кремниевые фотоэлектрические панели площадью 248 м2. Капитальные вложения составили 3 млн. $, общая мощность системы 33 кВт. Она может генерировать 43 тыс. кВт/ч в год, что составляет приблизительно 25 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2015 | № 4 (21) В.П. Генералов, Е.М. Генералова Рис. 1. Государственное жилье в Гонконге. Высотные жилые комплексы Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2015 | № 4 (21) 26 Архитектура. Градостроительство. Дизайн 3 % от общего спроса и эквивалентно энергопотреблению 11 типичных гонконгских семей. Экономия в год составляет 43 тыс. $, а срок окупаемости - 70 лет (при сроке службы 25 лет). Исследования показывают, что на сегодняшний день такие системы вырабатывают лишь небольшую часть энергии от общего потребления, служат в основном исследовательским целям и эффективны только в комплексе с энергосберегающими технологиями. Также используется энергетический потенциал ветра, на территории комплексов устанавливаются ветровые турбины с вертикальной осью вращения и ветро-солнечные гибридные установки со светодиодными лампами. Ветровые турбины с вертикальной осью вращения были применены впервые в жилом комплексе Sau Mau Ping South Estate. Диаметр ротора 1,05 м; высота ротора 2 м; скорость ветра, необходимая для запуска турбины, 3-10 м/с. Общая высота конструкции с опорой 9 м. При использовании гибридных ветро-солнечных светильников, шесть таких конструкций со светодиодными лампами обслуживают площадь 850 м2. В рамках политики экологизации Гонконгское Жилищное Управление приняло на себя обязательство включать не менее 20 % зелени в комплексы государственного жилья, а в крупные - до 30 %. Для достижения этой цели используется пять подходов: больше озеленения на земле и на склонах; преобразование крыш малоэтажных зданий в «зеленые» крыши; включение зелени в мощение; выделение пространства для организации общественных садов; применение вертикального озеленения [5]. Активно внедряются системы для сбора дождевой воды (RWHS - rainwater harvesting system). Сбор дождевой воды - это древний метод, но сегодня он представляет собой современное решение в области городского развития, обеспечивает устойчивый источник воды, уменьшает зависимость от муниципального водоснабжения и уменьшает нагрузку на ливневую канализацию. В Гонконге дождевая вода собирается с крыш зданий, зеленых крыш, кровель крытых переходов и склонов. Собранная вода сначала хранится в резервуарах и проходит ультрафиолетовое обеззараживание перед использованием, в основном для орошения. Перед началом детального проектирования системы сбора дождевой воды тщательно изучается топография конкретного участка (уклон, тип почвы, грунтовые воды и т.п.) для определения места размещения накопительного резервуара. Размер емкости корректируется на основе результатов моделирования для оптимизации хранения воды, при этом учитываются условия участка и доступная площадь водосбора. Большой интерес представляют меры по защите от шума в высокоплотной застройке, связанные с использованием инновационных подходов к проектированию: при применении модульного дизайна учитываются индивидуальные особенности участка при планировке квартир; используются акустические балконы и акустические окна. Гонконг - это небольшой, но очень плотно населенный город, где пространство в большом дефиците. Департаменту по охране окружающей среды удалось, активно работая на протяжении многих лет, значительно улучшить шумовой комфорт для многих жителей Гонконга. Создаются новые и модернизируются старые шумовые барьеры на магистралях, используются «тихие» дорожные покрытия, внедряются инновационные мероприятия по защите жилых квартир от шума. Один из способов по борьбе с шумом на уровне квартиры - это регулируемое акустическое окно, которое состоит из двух слоев (наружной и внутренней конструкций). Наружная конструкция - это традиционное открывающееся окно, а внутренняя - представляет собой скользящую раму, которую можно перемещать при открытом наружном окне в любое положение, чтобы снизить уровень шума при сохранении вентиляции. Если внутреннее раздвижное окно устанавливается в стороне от внешнего открытого окна, то в комнату проникает больше воздуха, но при этом - и больше шума. Если раздвижное окно устанавливается напротив открытой створки, это снижает уровень шума, позволяя воздуху циркулировать в квартире [6, 16-19]. Гонконгское Жилищное Управление с 2006 г. использует BIM (Building Information Modeling или Building Information Model) - информационное моделирование зданий, представляющее собой особый подход «к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания (к управлению жизненным циклом объекта), который предполагает сбор и комплексную обработку в процессе проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании со всеми её взаимосвязями и зависимостями, когда здание и все, что имеет к нему отношение, рассматриваются как единый объект» [7, 20-23]. С помощью этой системы происходит создание трехмерной цифровой модели здания и отслеживание информации о нем на протяжении всего жизненно- 27 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2015 | № 4 (21) В.П. Генералов, Е.М. Генералова го цикла, также можно проводить экологические исследования устойчивости (освещение, вентиляция, энергопотребление, выброс углерода и т.п.). В Гонконге были разработаны внутренние BIM стандарты: руководство пользователя, библиотека компонентов, руководство по проектированию и т.п. Для того чтобы обеспечить признание проектов, отвечающих современным требованиям энергоэффективности и экологичности, а также с целью пропаганды и широкого внедрения инновационных принципов устойчивого развития архитектуры на всех этапах (в процессе проектирования, строительства, эксплуатации, управления и технического обслуживания зданий), в 2006 г. Советом по экологическому строительству Гонконга (the Hong Kong Green Building Council - HKGBC) совместно с Советом профессионалов по «зеленой» архитектуре (Professional Green Building Council - PGBC) была учреждена Премия по экологическому строительству (Green Building Award - GBA). В 2010 г. количество рассматриваемых проектов было значительно расширено, чтобы лучше охватить Азиатско-Тихоокеанский регион. В 2012 г. добавилась номинация «На пути к зданиям с нулевым углеродным следом» («Towards Zero Carbon»). «Зеленый» инструмент сертификации зданий представляет собой набор критериев, по которым здания должны быть спроектированы, построены и будет эксплуатироваться для повышения общей устойчивости городской среды. Он также устанавливает критерии для государственных регулирующих органов и специалистов по строительству, по которым можно определить уровень экологической эффективности. Существуют различные виды «зеленых» систем сертификации зданий по всему миру, которые обычно сделаны специально для местной антропогенной среды, климата, норм и стандартов. Совет по экологическому строительству Гонконга, помимо признания существующих в мире систем сертификации, разрабатывает и внедряет собственные системы: BEAM Plus (New Buildings & Existing Buildings) для новостроек и существующих зданий и BEAM Plus Interior. Система сертификации BEAM Plus включает в себя анализ шести аспектов проекта: учет особенностей участка, материалы, использование воды, использование энергии, инновации, качество окружающей среды. Новостройки проходят два уровня оценки - предварительную и окончательную, существующие здания - только один уровень оценки. По результатам всестороннего анализа формируется рейтинг объектов по пяти уровням: платиновый, золотой, серебряный, бронзовый и неклассифицированный. BEAM Plus Interior - это новый инструмент оценки с более широким охватом критериев, ориентированных на анализ интерьерных решений, качества отделочных работ, используемых материалов, в процессе нового строительства, ремонта или реконструкции. Рейтинг объектов формируется по четырем уровням - платиновый, золотой, серебряный, бронзовый. В 2012 г. новостройки оценивались в трех подкатегориях: построенные, в стадии строительства и в стадии проектирования. Существующие здания подразделялись: на осуществленные проекты по ревитализации, реконструкции и ремонту зданий; объекты, находящиеся в стадии проектирования; осуществленные интерьеры; инженерное обеспечение. Отдельно оценивались исследовательские проекты. Среди объектов, получающих высокие оценки по системе сертификации BEAM Plus, немало комплексов государственного жилья, а также общественных объектов, формирующих инфраструктуру жилых районов с доступным жильем. В качестве примера можно привести среднюю школу (Sing Yin Secondary School в районе Kwun Tong North) для детей из бедных семей. Это уникальное здание, построенное в 2011 г., получило платиновый сертификат «Green Building Award 2012» от Совета по экологическому строительству Гонконга. В 2013 г. Всемирный Совет по экологическому строительству (World Green Building Council) совместно с Всемирной Коалицией «зеленых» школ (The Global Coalition for Green Schools) присудили ему звание «Самая экологичная школа на планете 2013». Здание школы оснащено автоматической метеостанцией, которая отслеживает в режиме реального времени данные о температурно-влажностном режиме в помещениях школы и позволяет контролировать работу кондиционеров, экономя ежегодно около 40 тыс. кВт энергии. На крыше установлены солнечные батареи и ветряные турбины, конвертирующие энергию солнца и ветра в электричество для использования в школе. Кроме электроэнергии, солнечная энергия является также источником тепла для горячего водоснабжения. Окна классных помещений, ориентированные на запад, оснащены полупрозрачными солнечными батареями, которые, преобразуя солнечный свет в электричество, одновременно выступают в качестве затеняющих кон- Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2015 | № 4 (21) 28 Архитектура. Градостроительство. Дизайн струкций. Для освещения кабинетов используются оптоволоконные системы (собирающие солнечный свет и направляющие его посредством оптоволоконного кабеля на нижние этажи), светодиодные светильники и датчики движения. Здание школы 7-этажное, оно оснащено лифтами, но и они энергосберегающие, способные генерировать электричество во время движения. В здании также нашлось место для бамбукового сада, превращающего углекислый газ в кислород, органической фермы и кораллового аквариума. Сад на крыше помогает удалять диоксид углерода из окружающей среды при одновременном снижении температуры воздуха. Вывод. Технологии, внедренные в здание, эффективны в защите окружающей среды и в то же время приносят ощутимую экономическую выгоду за счет снижения энергопотребления. Данная экспериментальная школа демонстрирует успешный пример гармоничного сочетания современных архитектурных приемов, альтернативных источников энергии и энергосберегающих устройств, увязанных с основной функцией объекта. Это результат согласованных усилий по развитию устойчивых зданий с нескольких сторон: сектора образования, строительной отрасли и правительства.

About the authors

Victor Pavlovich GENERALOV

Samara State University of Architecture and Civil Engineering

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Elena Mikhaylovna GENERALOVA

Samara State University of Architecture and Civil Engineering

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files