Биоклиматическое здание – прошлое и будущее

Высокая стоимость энергоносителей, экологическая ситуация и развитие технологий побуждают инвесторов строить здания, которые призваны экономить энергоресурсы, дружественные природе, создающие максимальный комфорт для людей, находящихся внутри. Энергоэффективные технологии в строительстве сегодня не просто знак энергосбережения – это олицетворение прогрессивного уровня владельца, синоним максимального комфорта и экономической выгоды.
Переход к высотному строительству в крупных городах ухудшает экологическое состояние окружающей среды. Зеленые насаждения вытесняются из городов. Снижается инсоляция территорий, увеличивается плотность людей на 1 кв.м. здания, количество парковок, обслуживающих высотные комплексы. Люди, находящиеся на верхних этажах зданий, испытывают психологический дискомфорт. Отсутствие растений, озелененных пространств, плохая проветриваемость как внутри так и снаружи здания, недостаточная освещенность – эти факторы сегодня неотъемлемо связаны с районами высотной застройки крупных городов мира.
Путем к решению проблемы дискомфорта людей является введение в здание естественных природных элементов, озелененных пространств, создание внутри здания, максимально приближенной к естественной, среды обитания человека.
Здания, объединяющие в своей структуре озелененные пространства, участвующие в создании внутреннего микроклимата, позволяющие экономить энергию за счет использования возобновляемых источников (дождевая вода, солнце, ветер), составляют новый тип биоклиматических сооружений. Биоклиматическое здание создает максимально естественные условия внутреннего микроклимата. Это здания, дружелюбные окружающей среде, создающие внутри и вокруг себя комфортные условия, близкие к естественной природе.
Отдельные принципы биоклиматической архитектуры сформировались еще на первых этапах развития человека – люди интуитивно строили здания с максимальным комфортом для себя, защищенные от солнца, ветра и с оптимальным микроклиматом внутри. Формировалось представление о наиболее выгодном размещении здания, о его ориентации. С развитием человечества усложнялась архитектура зданий, появлялись элементы солнцезащиты, внутренние озелененные атриумы. Эти принципы эволюционировали с течением времени, но сохранили свою суть и перешли в ультрасовременные здания.
Наиболее ярким проектом автора, отражающим принципы единства структуры, является проект “Термитник“.
Использование естественных природных процессов при формировании архитектуры здания сегодня становится общепринятым. В понятие формирования здания вкладывается не только внутренний объем и фасад, но и внешние факторы, условия взаимодействия здания с окружающей средой. Одним из ключевых элементов в биоклиматическом здании стал озелененный атриум. Перекрытие стеклом атриумных пространств позволило применять эти композиционные элементы в различных климатических условиях.
В 19 веке, с введением новых материалов и технологий, в Европе активно начали пристраивать к зданию крытые теплицы, которые предназначались для прогулок и выполняли функцию гостиной. Здания с озелененными застекленными пространствами пользовались большой популярностью в высших слоях общества и были синонимом прогресса. В Англии Джоном Нэшем впервые были построены стеклянные галереи с садами- первые крытые атриумы. Дж. К. Лоуд в 1817 году заложил основы проектирования остекленных атриумов-теплиц, определив общую форму и принцип остекления с максимальным использованием солнечной энергии
(ориентация, использование естественной вентиляции, предпочтительный угол наклона крыши, защита от перегрева). Большой вклад в исследование и создание зданий с озелененными внутренними пространствами внес архитектор Джон Портмен, построивший в 1960-е годы несколько десятков атриумных зданий в Америке, самым ярким примером стал «Хайатт-отель» в Атланте.
Оскар Нимейер, реализуя свои идеи в новой столице Бразилиа, строил здания в неотъемлемой связи с природой. В его постройках применялась пассивная солнцезащита, использовались естественные принципы охлаждения зданий. Его здания всегда окружает зелень в соседстве с водой. Впервые принцип «единства с природой» был реализован в масштабе целого города.
Различные аспекты их проектирования рассмотрены в работах Кена Янга «Bioclimatic Skyscrapers» (2002 г) , «Designing with Nature», «The Reinventing the Skyscraper, «T.R Hamzah&Yeang: Ecology of the sky» (2001 г)
и «Eco Skyscrapers» под редакцией А. Ричардтса.(2003 г). В этих работах автор подробно описывает принципы проектированание биоклиматических зданий на примере собственных проектов.
Р. Саксон в своей книге «Атриумные здания» (1987 г.) приводит примеры формирования озелененных атриумных пространств, начиная с оранжерей 19 века и заканчивая крупными гостиничными комплексами конца 20 века.
Джеймс Стил описывает основные этапы развития биоклиматической архитектуры в книге «Ecological Architecture» (2005 г) : римский дом, традиционная японская изба, дома прерий Райта, зеленые крыши Ле Корбюзье, эксперименты с зимними садами Фостера и Роджерса, биоклиматические здания Янга.
Инженерные аспекты, приемы формирования микроклимата в здании рассмотрели в своих работах Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин “Энергоэффективные здания”(2003 г).
Сегодня понятие «биоклиматическое здание» вобрало в себя весь опыт «экологического» строительства, накопленный за тысячелетия и современные энергоэффективные технологии.
Лишь в конце 20 века биоклиматическая теория получила научное обоснование. Одним из первых сформулировал биоклиматическую теорию и реализовал на практике принципы проектирования малазиец Кен Янг:
– использование солнечной энергии для вырабатывания электроэнергии
– использование ветра для естественной вентиляции
– использование дождевой воды, переработка воды для повторного использования
– применение озелененных лоджий, внутренних дворов.
-строительство из перерабатываемых материалов.
Здания, построенные Кеном Янгом, получили статус национального достояния и стали символом биоклиматической архитектуры: Menara mesiniaga, Mbf tower, Plaza atrium, IBM plaza и пр.
В Европе, Америке, Азии эти принципы широко применяются при строительстве зданий. С середины 50-х годов 20 века по всему миру были созданы объединения инженеров сформировавшие принципы строительства экологичных «зеленых» зданий для условий своего региона.
Американским Советом Зеленых Зданий (USGBC) разработана программа по сертификации зданий в зависимости от их экологичности и энергоэффективности (LEED).
В Малайзии исследования биоклиматических зданий проводятся Институтом Стандартов и Индустриальных исследований (SIRIM).
В Канаде биоклиматическими зданиями занимается Канадский Совет Зеленых Зданий (CGBC). Однако все эти организации фокусировали свое внимание на инженерной составляющей проекта, зачастую, обходя вниманием архитектурную составляющую.
В России экологические аспекты проектирования начали интересовать застройщиков лишь с появлением частных инвесторов в 1990-х годах, однако, еще в 60-х годах зародились идеи строительства зданий с экологической составляющей .
Ярким примером являются проекты застройки северных городов зданиями с зелеными садами внутри и с использованием солнечной энергии.
Архитектором А. И. Шипковым были разработаны несколько проектов для условий «вечной мерзлоты» – Северные «Поляры» на 1500, 2000 и 5000 жителей. Основные принципы и идеи были изложены в его диссертации «Поляр- жилой комплекс заполярных районов крайнего Севера СССР. Основные вопросы пространственного формообразования».
Поляр – жилой комплекс монопроизводственного предприятия заполярных районов, целостная пространственная композиция которого объединяет индивидуальное жилище, общественное обслуживание и зимний сад. Были разработаны несколько типов комплексов с различной планировочной организацией. Расчеты доказали эффективность данных решений по сравнению с традиционными зданиями. Однако, ввиду фактически бесплатной энергии, в СССР не было необходимости разрабатывать и внедрять энергоэффективные технологии в строительстве. Но с течением времени, с приходом на российский рынок крупных инвестиционных групп, с ростом цен на энергоресурсы, перед отечественным застройщиком стала задача применения новых технологий строительства, в соответствии мировыми стандартами, создание более качественной технологичной, дружественной природе архитектуры. В этой ситуации особую актуальность приобретают исследования в области архитектурного формирования биоклиматических зданий, выявление основных принципов, а главное- возможность применения мирового опыта для проектирования зданий в России.
Формирование зданий и природной среды как единой экологической и энергетической системы открывает новые направления архитектурного формообразования.
В основе этого процесса лежит необходимость сохранения оптимального теплового баланса здания для конкретных климатических зон, и осуществление мероприятий по экологической компенсации.
Необходимость в экономии энергии, в альтернативных источниках стала реальностью. А ввиду общего ухудшения экологической ситуации в Мире, в задыхающихся от смога деловых районах крупных городов, строительство экологичных зданий, включающие в свою структуру зеленые общественные пространства, является реальной потребностью. Надо отметить, что разработки отечественных специалистов, экспериментальные проекты и исследования показали, что строительство биоклиматических зданий возможно и в суровых климатических условиях. Накопленный зарубежный опыт проектирования и строительства предоставляет достаточную возможность для проведения теоретического анализа с последующим применением результатов в отечественной практике.

Список используемой литературы:

1. Табунщиков Ю. А, Бродач М. М., Шилкин Н. В. «Энергоэффективные здания» АВОК. 2003
2. Табунщиков Ю. А «Отопление, Вентиляция, кондиционирование» №1 2004 г. c 17
3. Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Аэродинамика высотных зданий//АВОК. 2004. № 8 c 20-25
4. Шилкин Н. В. Здание высоких технологий// АВОК. 2003. №7.
5. Ivor Richards «Ecology of the sky», «Images» 2001
6. Ken Yeang “Eco Skyscrapers”, «Images» 2007
7. Ivor Richards «Eco Skyscrapers» , «Images» 2003
8. Р. Саксон «Атриумные здания», Стройиздат, М. 1987 г.
9. James Steele «Ecological architecture» Thames&Hudson 2007.