Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ опыта проектирования, строительства и эксплуатации современных зданий, в т.ч. производственных в подотраслях точного машино строения . 13-39
1.1.. Отечественный опыт проектирования, строительства и эксплуатации зданий на предприятиях подотраслей точного машиностроения. 13-24
1Л Л. Этапы строительства и классификация . 13-20
1Л.2. Модульный метод проектирования, 20-21
1Л.З. Блок - секционный принцип построения зданий. 21-24
1.2. Зарубежный опыт проектирования современных зданий, в т.ч. зданий инновационных центров для раз мещения науки, производства, предпринимательства и жилья, 24-37
1.2Л. Здания инкубаторов инновационного бизнеса и арендные здания технических отраслей. 34-37
Выводы по первой главе. 37-39
ГЛАВА 2. Исследование закономерностей формирования архитектуры здании инновационных центров , 40-73
2.1. Обобщение опыта строительства и эксплуатации современных зданий с учетом экологических требований и требований по энергосбережению, 40-45
2.2. Гибкость и универсальность архитектурно-строительных и инженерно-технических решений зданий. 45-48
2.3- Энергосберегающие архитектурно-строительные решения зданий. 48-60
2.3Л- Экологичные и энергосберегающие объемно - планировочные решения. 48-50
2.3.2, Энергосберегающие конструктивные решения. Бы-стромонтируемые конструктивные системы. 50-55
2.3.3. Энергосберегающие ограждающие конструкции, в т.ч. свегопрозрачные. 55-60
2А Энергоэффективные системы инженерно-технического обеспечения в жилых, общественных и производственных зданиях. 60-65
2.4.1. Жилые здания, 61 -62
2.4.2. Общественные здания. 62-63
2.4.3. Производственные здания. 64-65
2.5. Использование возобновляемых источников энергии. 66-67
2.6. Концептуальные принципы формирования энергоэффективных производственных, жилых и общественных зданий инновационных центров, отвечающие экологическим, социальным и экономическим требованиям. 67-70
Выводы по второй главе, 71-73
ГЛАВА 3- Экспериментальные производственные, общественные н жилые здания инновационных центров. Социально-экономическая оценка * 74-104
3.1. Объемно-планировочные решения зданий для инновационных центров, 75-81
3.1.1. Влияние формы зданий на величину теплопотерь через его внешнюю оболочку. 78-81
3.2. Конструктивные решения производственных, общественных и жилых зданий для инновационных центров. 82-85
3.2.1. Несущие конструкции- 82-84
3.2.2. Ограждающие конструкции. 84-85
3.3. Расчет снижения теплопотерь через ограждающие конструкции предлагаемых энергоэффективных зданий. 85-91
3.4. Решения инженерно-технического обеспечения зданий инновационных центров. Снижение энергетических затрат за счет повышения эффективности инженерных систем. 92-98
3.4.1, Инженерно-техническое обеспечение жилыхмного- этажных зданий. 92-94
3.4.2. Инженерно-техническое обеспечение общественных и производственных зданий. 94-98
3-5. Оценка экономической эффективности снижения энергозатрат. 98-101
3.5.1. Оценка экономической эффективности снижения энергозатрат за счет совершенствования объемно-планировочных решений, 99-100
3.5.2, Оценка экономической эффективности снижения энергозатрат за счет совершенствования решений ограждающих конструкций- 100-101
Выводы но третьей главе. 101-104
Заключение и общие выводы. 104-111
Публикации по теме диссертации, 111
Список используемой литературы.
- Этапы строительства и классификация
- Гибкость и универсальность архитектурно-строительных и инженерно-технических решений зданий.
- Энергоэффективные системы инженерно-технического обеспечения в жилых, общественных и производственных зданиях.
- Расчет снижения теплопотерь через ограждающие конструкции предлагаемых энергоэффективных зданий.
Введение к работе
Актуальность темы: Интегрированные научно-промышленные образования — технопарки , индустриальные технические, научные отели , инкубаторы идей и другие инновационные центры — получают сейчас заметное распространение в мире. Основной направленностью инновационных центров, являются наукоемкие технологии. Надо отметить, что одна из ключевых отраслей наукоемких технологий - это точное машиностроение (приборостроение, радиоэлектроника и др.) поэтому автор в своих исследованиях остановился на этой отрасли (2).
В нашей стране получили развитие города науки, однако, практическое создание технопарков, как комплексов науки, производства деловой деятельности у нас пока еще является задачей ближайшей перспективы, В связи с этим назрела необходимость осмыслить концептуальные основы формирования технопарков как инновационных центров и выявить особенности формирования зданий в качестве их компонентов.
Современный этап научно-технического развития общества имеет ряд существенных отличий от предшествующего периода, которые позволяют назвать его третьей промышленной революцией. Важнейшее среди них — это вступление процесса интеграции науки и техники в новую фазу - фазу приоритетного развития науки.
Наиболее активно проектирование и строительство инновационных центров происходило в Японии. К началу 1986 г, на японских островах действовали и находились в стадии проектирования 14 технопарков. В США к этому времени тоже были запущены в действие крупные технопарки.
Среди них всемирно известная «Силиконовая долина» (РисЛЛЗ), научно-промышленный комплекс «Шоссе 128» - центр в окрестностях Бостона, включающий в себя комплексы Гарвардского университета, Массачусетского технологического института, многопрофильные научные лаборатории и промышленные предприятия. Строительство технополисов проводится в Италии, Франции, Великобритании, Прорабатываются варианты создания инновационных центров и в ближайшем зарубежье (18,24),
Прямой перенос пусть даже весьма успешной зарубежной практики формирования технопарков на отечественную почву вряд ли был возможен. Это обусловлено несколькими причинами. Исторически сложилось так, что наука на Западе концентрировалась в крупных университетах и была, таким образом, неразрывно связана с образованием. В силу этой особенности технопарки по своему размещению тяготеют к центрам образования, а само оно становится одной из важнейших функций этих новых градостроительных форм. Напротив, в нашей стране научные центры, по крайней мере, в советское время складывались на самостоятельной почве, больше отраслевой, в тоже время их размещение было связано и с планами социально-экономического развития отдельных регионов. Так сформировались научные центры АН СССР в Новосибирске, на Урале, на Дальнем Востоке и др, (11, 85).
Градостроительным ядром любого инновационного центра должны быть его научная и производственная части. Жилая часть этого комплекса и его деловая часть могут иметь различную степень интеграции с ядром технопарка, особенно в условиях крупного города (78),
Помимо этих существенных различий в градостроительной практике, в размещении и развитии науки России и за рубежом есть, однако, несколько принципиальных вопросов, касающихся структуры технопарков, их функционально-пространственной организации, размещения в системе районной планировки, отражении новых форм научно-технической и деловой деятельности (84), и что очень важно, создании новых типов зданий, как составляющих компонентов инновационных центров (77).
Приоритетным направлением развития радиотехники, электроники, приборостроения и других подотраслей точного машиностроения на современном этапе и на перспективу является необходимость широкого применения принципиально новых технологий, характеризующихся использованием новейших научных и технических достижений, высоким уровнем автоматизации и роботизации, поточностью производственных процессов, ужесточением технологического режима и высокой энергоемкостью производства. Размещение этих технологий в существующих зданиях или невозможно из-за несоответствия новых требований технологии, предъявляемых к их функционально-пространственной структуре, или вызывает большие затраты на реконструкцию и техническое перевооружение. Сложившаяся ситуация стимулирует разработку многоэтажных зданий нового тина, внутреннее пространство которых должно обеспечивать беспрепятственное внедрение, эксплуатацию и замену технологических процессов на весь период эксплуатации здания. Необходимость научного и проектно-экспериментального обеспечения этих разработок была отражена в Государственной научно-технической программе «Стройпрогресс-2000», одна из конечных целей которой - «... создание новых типов многоэтажных зданий для наукоемких отраслей, обеспечивающих размещение перспективных технологий, как базовой основы архитектурных, строительных, технологических и инженерных решений промышленных зданий предприятий будущего».
В создании концепции новых типов зданий большой вклад в свое время был внесен теоретическими концепциями Кионори Кикутаке (Рис. 1,16), Ле Корбюзье, Луиса Салливана, Ричарда Роджерса (Рис. 1.14), Франка Ллойда Райта, Вальтера Гроппиуса, Альвара Аалто, Оскара Нимейера Людвига Мис Ван дер Роэ, братьев Весненых, Н.Кима, И, и др. Так, еще архитектором Ле Корбюзье были выдвинуты принципы «гибкого плана» и«свободного фасада», предусматривающие трансформацию планировочных решений и замену стенового ограждения. Архитектор А. Аалто высказывался, что в конструировании окружения человека должна быть заложена способность к постоянному изменению. Много исследований у нас посвящены динамической архитектуре. В ЦНИИПромзданий авторским коллекти вом под руководством доктора архитектуры Л.Б. Кологривовой, разработаны здания нового типа, «гибкость» которых достигается за счет взаимозаменяемости унифицированных решений и развития функциональных блоков по вертикальной спирали, что также является элементами динамической архитектуры (42).
К работам, посвященным решению отдельных задач совершенствования архитектуры предприятий и зданий в наукоемких отраслях точного машиностроения, относятся исследования ряда архитекторов и инженеров:
Д.Аграновича, НАртюшина, Р.Волкова, А.Глуховского, И.Гохаря - Хан-мандаряна, Г.Драбкина, Б.Ключевича, ЛЛСологривовон, В.Козихина, Г.Михайлова (Рис. 1.1; 1,2; 1,3; 1.4), Ю.Никифорова, ФЛепеля, Н.Харченко, Э-Элгуджана и др.
Организации, управлению и опыту проектирования зарубежных инновационных центров посвящены работы: КДиановой-Клоковой, С.Кулиша, Д.Метаньева, Н.Фрезинской, В.Шукпіунова и др.
В рамках Федеральной целевой программы 2002-2005 г.г. «Национальная технологическая база», раздел «Технологии обеспечения устойчивой и экологически чистой среды обитания» была поставлена задача разработки экспериментальных проектов новых типов производственных, жилых и общественных зданий с энергосберегающими архитектурно-строительными и энергоэффективными инженерно-техническими системами, в решении которой автор принимал непосредственное участие.
Научные и проектно-экспериментальные разработки конструктивных и инженерно-технических систем энергоэффективных зданий проводились в рамках комплексных исследований ЦНИИПромзданий, ЦНИИПжилища, Проектном институте № % АВОК, следующими специалистами: БАроновым, ВХраневым, АГиндояном, ЮХраником, ЛГольденгершем, Э.Кодышем, Л.Кологривовой, А.Магаем, А.Наумовым, Ю.Табунщиковым, ФЛЛехтером (Рис. 3-4; 3-5; 3.6), ЕЛІІилькротом и др.
Объемно-пространственные решения разработанных зданий в отечественной и зарубежного практике проектирования, оптимальные для своего времени, в тоже время не затрагивали необходимых сейчас решений, отражающих новые формы научной, производственной и предпринимательской деятельности; отсутствовали теоретические разработки по энергосбережению зданий с использовани ем архитектурно-строительных средств; не отражены требования к зданиям в части экологии.
Необходимы новые типы зданий, отвечающие современным требованиям организации инновационных центров:
- предусматривающие интеграцию производственных помещений с пространственными решениями исследовательских лабораторий и деловых помещений;
- рассчитанные на постоянные изменения опытных производств с наукоемкими технологиями;
- обусловливающие минимальную площадь отчуждаемой территории и создающие безопасные и комфортные условия для труда и отдыха;
- предусматривающие энергосберегающие объемно-планировочные, конструктивные решения, энергоэффективные инженерные системы.
Для того чтобы решить все вопросы, поставленные современными требованиями к зданиям-компонентам инновационных центров, необходимо было провести комплекс исследований. Таким образом, актуальность проведения исследований продиктована необходимостью решения целого ряда вопросов с целью выявления закономерностей формирования архитектуры зданий инновационных центров.
Цель исследования: Разработка принципов формирования архитектуры зданий инновационных центров на примере наукоемкой отрасли точного машиностроения.
Основные задачи исследования:
- выявление закономерностей формирования архитектуры зданий для организации новых форм научной, производственной и предпринимательской деятельности;
- разработка концепции и научно-обоснованных принципов формирования архитектуры зданий инновационных центров;
- создание на базе этих принципов новых типов производственных, жилых и общественных зданий инновационных центров;
- апробация результатов исследования путем внедрения разработанных принципов и решений в практику проектирования;
- разработка рекомендаций по формированию объемно-пространственных решений зданий инновационных центров.
Предмет исследования; Закономерности формирования архитектуры зданий как новых пространственных форм в инновационных центрах.
Объект исследовании: Современные производстве иные, жильте и общественные здания, в том числе в инновационных центрах.
Границы исследования; Энергосберегающие архитектурно-строительные и эиергоэффективные инженерно-технические решения современных производственных, жилых и общественных зданий. Новые пространственные формы.
Метод работы основывается на комплексности исследований, проводимых автором со специалистами смежных специальностей: технологами, инженерами-конструкторами, специалистами инженерного обеспечения, экономистами и др.
В соответствии с целью и задачами работы, методика исследования предусматривает:
- натурное обследование производственных зданий отраслей точного машиностроения;
-анализ опыта проектирования, строительства и эксплуатации современных производственных, жилых и общественных зданий, в том числе инновационных центров;
- участие в научной работе по формированию архитектуры новых типов зданий;
- объемное компьютерное моделирование предлагаемых вариантов объемно-пространственных решений зданий;
- участие в разработке методических рекомендаций по формированию архитектуры зданий инновационных центров;
- апробация разработанных предложений в экспериментальных проектах. Научная новизна заключается в разработанных концептуальных принципах формирования архитектуры зданий инновационных центров: многофункциональных, экологичных, энергэффективных с архитектурно-художественным потенциалом. Функциональная основа формирования архитектуры производственных и общественных зданий инновационных центров получает комплексное решение проблемы энергосбережения как совокупности энергосберегающих объем но-планировочньгх и конструктивных решений с энергоэффективными инженерно-техническими решениями.
Личным вкладом автора в развитие исследуемой проблемы является разработка и научное обоснование принципов архитектурной концепции формирования зданий инновационных центров.
Определены основополагающие принципы формирования архитектуры производственных, жилых и общественных зданий инновационных центров с перспективными объемно-планировочными и конструктивными схемами, гибкими архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями» Это обеспечивает изменения в создании новых пространственных форм интеграции научной, производственной и предпринимательской деятельности, обусловливает формирование экологичных и энергосберегающих решений, в том числе для энергоемких опытных производств точного машиностроения.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные архитектурно-строительные и инженерно-технические решения зданий инновационных центров обеспечивают их многофункциональность и экологичность, а также повышают эффективность ресурсо-энергосбережения и природопользования за счет комплексного подхода к формированию зданий нового типа, отвечающих современным требованиям организации среды жизнедеятельности.
Автором на защиту выносятся:
- концепции формирования архитектуры зданий инновационных центров, которая заключается в необходимости создания многофункциональных зданий с инновационными решениями, обеспечивающими интегрированное размещение научных исследований и опытного производства, организацию деловой активности и их информационную, рекреационную, торговую и прочие инфраструктуры. Эти решения предусматривают: этику природопользования, ресурсо-энергосбережения, комфортные условия трудовой деятельности и отдыха и обладают большим архитектурно-художественным потенциалом.
- концептуальные принципы:
• Интегрированное размещение опытного производства, научных исследований и деловой деятельности в инновационных центрах достигается ис пользованием многофункциональных зданий за счет их универсальности и гибкости решений,
• Универсальность многоэтажных зданий опытного производства в инновационных центрах обусловливается мобильностью внутреннего пространства за счет объемно-планировочного решения, а гибкость - взаимозаменяемостью архитектурно-строительных решений, элементов инженерных систем,
• Комплексный подход к энергоэффективному зданию, как к единой энергетической системе, где проблема энергосбережения решается как совокупность энергосберегающих архитектурно-строительных (объемно-планировочных и конструктивных) решений, с энергоэффективными инженерно-техническими системами при соблюдении между ними стоимостного баланса.
• Системный подход к экологическим зданиям, как к компонентам экологической системы, целостность которой сохраняется соблюдением комплекса экологических требований и этики природопользования при строительстве и эксплуатации зданий.
- типологический ряд многофункциональных энергоэффективных здании с инновационными архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Разработанные концептуальные принципы формирования архитектуры производственных, жилых и общественных зданий инновационных центров, в том числе для энергоемких опытных производств точного машиностроения использованы при непосредственном участии автора в разработке экспериментальных проектов энергосберегающих производственных, общественных и жилых зданий в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» раздел «Технологии обеспечения экологически чистой среды обитания» и включены при разработке четырех научно-исследовательских работ с участием автора.
Этапы строительства и классификация
В развитии отечественного опыта проектирования производственных зданий для размещения наукоемких технологий точного машиностроения следует выделить три основных этапа, предшествующих современному состоянию, а именно: 1955-1964 годы, 1965-1975 годы, 1976-1990 годы.
С 1955 по 1964 год - протекает этап становления отраслей определяющих научно-технический прогресс, таких как приборостроение и радиоэлектроника. В начале 60-х годов перед отраслевой архитектурной наукой и практикой встала задача проектного обеспечения широко внедряемых индустриальных методов строительства промышленных объектов этих отраслей. Массовое изготовление типовых строительных конструкций и элементов, в основном из сборного железобетона, и механизация в строительстве требовали, прежде всего, решения вопросов типизации и унификации, Борьба с излишествами в архитектуре, развернувшаяся после принятия постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об устранении излишеств в проектировании и строительстве» - поставила эстетическое освоение новых строительных решений на последнее место в творчестве архитекторов и проектировщиков. Объемно-пространсгвенные решения корпусов отраслей точного машиностроения этого периода предельно просты. Прямоугольные планы и отсутствие перепадов высот, определяемые, прежде всего экономичностью и конструктивной целесообразностью, позволили уменьшить число типоразмеров элементов зданий и увеличить их повторяемость,
В то же время, в одном объеме максимально блокируются производственные, складские, инженерно-технические и административно-бытовые помещения.
Этап с 1965 по 1975 год — характеризуется, прежде всего, массовыми внедрениями в отечественную практику многоэтажного строительства промышленных объектов приборостроения и радиоэлектроники (22),
Меньшая, по сравнению с одноэтажными зданиями, гибкость многоэтажных производственных зданий, служившая ранее основной причиной их ограниченного применения, была преодолена за счет укрупнения сетки колонн, рационального пространственного зонирования, модульной разводки коммуникаций. Главный акцент в работе архитекторов и проектировщиков был направлен на создание универсальных зданий, как в пределах определенной отрасли, так и межотраслевого применения.
Начиная с 1965 года в СССР спроектированы и построены универсальные многоэтажные производственные здания предприятий точного машиностроения с укрупненной сеткой колонн, с организацией технических этажей в пределах конструкций многоэтажного перекрытия. Такие здания строили однопролетными при пролетах 24 и 18 метров, двух- и трех пролетными при пролетах 12 метров. Высоту производственных этажей принимали 4,2 - 6,0 метра, технических этажей 2,4; ЗД 3,6 метра. В последних размещали административно-бытовые помещения, инженерное оборудование и разводки коммуникаций.
Этап с 1976 по 1990 годы - обусловлен развитием новых технологий и повышением эстетических качеств архитектуры промышленных предприятий точного машиностроения, в связи с активным включением их в структуру городской среды. Внедрение новых технологий сборочного производства в существующие типы зданий вызвало значительные трудности, что было обусловлено повышени ем требований к параметрам внутренней среды и как следствие этого - увеличение площадей под инженерно-техническое обеспечение, возрастание плотности инженерных разводок, трубопроводов, кабельных сетей и пр. В то же время принимаемые меры по увеличению коэффициента использования внедряемого парка высоко-производственного роботизированного оборудования вызвали переход производства на двух- и трехсменную работу предприятий. Это ЕІЄ могло не оказать влияние в 80-е годы на объемно-планировочные решения производственных зданий с жестко встроенными объемами административно-бытового назначения (в «центре» широких зданий, в пределах технических этажей и т.п.). Сокращение числа производственного персонала, на которое были рассчитаны эти объемы, поставило вопрос об использовании высвобождаемых помещений под производство. Однако незначительная высота (2,4; 3; 3,6 м) и небольшая сетка колонн (6x6; 9x6 м) не позволяли использовать высвобождаемые объемы для технологического применения.
Для основных производств приборостроения и радиоэлектроники применялись - одноэтажные, двухэтажные, многоэтажные здания и здания повышенной этажности. С середины этапа практиковалось, в основном, строительство многоэтажных зданий.
Многообразие композиционных приемов формирования многоэтажных зданий использованных в исследуемых отраслях, можно классифицировать по следующим основным видам застройки; рядовая, угловая, П-иШ- образная (гребенчатая). По способу формирования предприятий существовало два основных вида застройки: корпус-завод, в котором все подразделения основного и вспомогательного производства сблокированы под одной крышей и предприятия с отдельными производственными корпусами. Однако существует и более расширенная классификация взаимного расположения производства н инфраструктуры: блочная, расчлененная и модульная,
Гибкость и универсальность архитектурно-строительных и инженерно-технических решений зданий.
Внутреннее пространство многоэтажных зданий рассматриваемых отраслей в лучших объектах построенных в последнее время в зарубежной практике соответствует требованиям высокой степени универсальности и гибкости- Непрерывное изменение технологии не отражается на изменении объема здания. Габариты и структура внутреннего пространства определяются исходя из возможности многовариантного использования здания на много лет вперед и могут быть изменены на любой стадии эксплуатации. Требованиям «гибкости» (Flexibility) - возможности быстрого перехода к более модернизированному процессу, «приспособляемости» (Adaptability) - способности промышленного здания принять изменяемые технологические процессы с учетом прогнозов развития отрасли и возможности «расширения» (Expandability) подчинены все другие факторы при формировании внутреннего пространства зданий (Рис. 1.7), На обеспечение этих требований дополнительно затрачивается до 20% стоимости здания, что выражается, прежде всего, в больших «запасах» инженерно-технического обеспечения производства.
«Гибкость» внутреннего пространства зданий в зарубежной практике, построенных в последнее время, достигалась за счет упрощения конфигурации здания в плане увеличения сетки колонн, уменьшения количества перепадов высот между этажами, запасом несущих способностей конструкций здания и общим конструктивным решением здания, минимальным количеством стен и перегородок, максимальным высвобождением производственных площадей от вспомогательных служб, сокращением протяженности коммуникаций. Существенно повышала степень «гибкости» строительных решений многоэтажных зданий особенность подхода зарубежных проектировщиков к решению противопожарных мероприятий. Не столь жесткие, как отечественные, противопожарные нормы позволяют создавать более свободные планировки.
Вопросы «гибкости» архитектурно-строительных и инженерно-технических решений исследовались в ряде зарубежных стран, В течение многих лет такие исследования проводились в Англии Научно-исследовательским Комитетом по строительству промышленных зданий Регионального промышленного Совета Мидленц. Зарубежные специалисты считают, что «гибкость» обеспечивается конструктивным решением объема, сеткой колонн, размещением сетей и коммуникаций, рациональным решением транспортных средств. Гибкость зданий, по их мнению, достигается прежде всего за счет увеличения сетки колонн и предусмотренному запасу в несущей способности конструкций зданий. Обеспечению «гибкости» здания в целом, способствует и отсутствие в пределах производственных площадей капитальных стен, стационарных перегородок и возможных встроек. Технические этажи, предназначаемые для разводки технологических коммуникаций и вентиляции, так же способствуют «гибкости» зданий. Гибкость зданий, по их мнению, обеспечивается также модульной прокладкой сетей и коммуникаций, сокращением протяженности коммуникаций (для этого камеры кондиционирования воздуха, вентиляционные камеры, трансформаторные подстанции и подсобные помещения размещаются в цокольных или подвальных этажах).
К сожалению, решения, в основе которых лежат неоправданные запасы (увеличение площадей, несущей способности конструкций, более мощное инже нсрное оборудование и пр.), не относятся к гибким. Здесь честнее говорить об «универсальности», но подобная универсальность - только своего рода «заготовка» с заранее запланированными расходами в счет оставленных резервов (43). К тому же, следует напомнить, что универсальные производственные здания, как правило, проектируются одноэтажными, так как для изменения их назначения, в первую очередь, необходима «мобильность» внутреннего пространства, что в свою очередь, невозможно в многоэтажных зданиях, где технологический процесс, прерываемый перекрытием, требует подъемников и временных мест складирования.
В связи с этим следует сказать, что для производственных процессов желательно иметь и многоэтажные решения зданий с мобильным пространством, чтобы обеспечить их универсальность.
Вопросы «гибкости» архитектурно-строительных и инженерно-технических решений исследовались и в России (58).
Так, па базе проведенных исследований под руководством д.арх. Кологри-вовой Л.Б. коллективами: ЦНИИПромзданий (ведущий), ЛГПИ и ДЛИ был разработан метод проектировании гибких зданий (41) (Рис. 1.7; 1.8; 1.9), обеспечивающий взаимозаменяемость архитектурно-строительных и инженерно-технических решений, что обусловило их гибкость за счет унификации. Экспериментально исследовались возможности унификации проектных решений на примерах разработки многоэтажных зданий - блок-секций для отраслей точного машиностроения и приборостроения с большой динамикой изменения технологических процессов и изделий. Унификация архитектурно-строительных и инженерно-технических решений осуществлялась на основе разработанных в отраслевых институтах унифицированных требований технологии, каждое из которых имело группу значений с минимальными и максимальными пределами.
Энергоэффективные системы инженерно-технического обеспечения в жилых, общественных и производственных зданиях.
Инженерные системы являются основными потребителями энергии в процессе эксплуатации зданий. Совершенствование инженерных систем и режимов их работы (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, горячее и холодное водоснабжение, освещение) позволяет сократить энергетические затраты в здании на 30 - 60%.
Основными направлениями совершенствования инженерных систем, при обусловленном обеспечении в обслуживаемых помещениях комфортных условий для жизни, работы и отдыха и (или) требуемых технологических условий, является применение технических решений и оборудования, позволяющих устранить или сократить избыточный нагрев, охлаждение и вентилирование обслуживаемых помещений, избыточное водопотрсбление и освещение.
Мировой опыт проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий и зданий с частичным использованием энергосберегающих и энергоэффективных решений показывает, что сокращение затрат энергии, в основном, достигается за счет: - повышения качества теплоснабжения, связанного с повышением КПД теплогенераторов, сокращением потерь в теплопроводах, рациональным сочетанием централизованных, автономных и индивидуальных систем; - применения регулярных систем, позволяющих оптимизировать подачу и потребление энергии и воды; - устройства локальных систем, позволяющих сократить отапливаемые и вентилируемые площади зданий, предотвратить распространение технологических вредных выделений и обеспечить их эффективную очистку; - использования утилизации тепла, в частности тепла удаляемого воздуха и канализации стоков; - использования нетрадиционных источников энергии: тепла земли, водоемов, ветра и т.п.; - внедрения учетио-биллинговых систем расчетов за потребленную энергию, стимулирующих потребителей к экономному расходованию энергии воды.
Жилые здания.
Основными энергосберегающими решениями систем отопления и вентиляции, реализуемыми в проектах жилых домов являются: - двухтрубная горизонтальная поквартирная система отопления с теплосчетчиком, установленным на лестничной площадке, с термостатическими вентилями на каждом отопительном приборе, обеспечивающая возможность поквар-тирного учета и регулирования расхода тепловой энергии и индивидуального регулирования температуры воздуха в помещениях; - поквартирная механическая приточно-вытяжная система вентиляции с ре куперативными теплообменниками для утилизации тепла удаляемого вентиляционного воздуха, обеспечивающая нормативный воздухообмен при установке герметичных окон; - теплонасосная система горячего водоснабжения, использующая тепло грунта и утилизацию тепла сточных вод и удаляемого вентиляционного воздуха; - компьютерная система управления и учета теплоэнергоснабжения дома, работа которой основана на математическом моделировании теплового баланса с учетом фактического энергетического воздействия наружного климата и внутренних тепловыделений; - энергоэффективные отопительные и осветительные приборы, водоразборная арматура и трубопроводы.
Поквартирныс системы отопления в многоэтажных домах - это системы, которые могут управляться жильцами, без изменения теплового режима соседних помещений и обеспечивать поквартирный учет расхода тепловой энергии, что должно обеспечить как повышение тепловой комфортности жилища, так и рациональный расход энергоресурсов. Для того, чтобы сравнительно просто организовать поквартирный учет тепла, необходимо обеспечить один ввод в квартиру подающего и обратного трубопроводов и присоединить к ним все отопительные приборы, размещенные в квартире,
Общественные здания.
Рассмотрим систему климатизации с энергосберегающими решениями на примере современного, самого высокого в Европе здания «Commerzbank» (высота - 259 метров), построенного в Франфуркте-на-Майне архитектором Норманном Фостером (РисЛ.21).
Здание «Commerzbank» - экологичное здание существенно отличающееся от традиционной американской модели: в нем используется главным образом естественное освещение и естественная вентиляция. Гармония с окружающей средой и энергетическая эффективность стали основными факторами при проектировании этого здания (73).
Высотное здание разделяется по вертикали на четыре 12-этажных модуля. Каждый модуль имеет три 4-х этажных зимних сада, соединенных центральным атриумом. В каждом модуле преду см отрена независимая установка климатизации. Через каждые 12 этажей на границах модулей атриум разделен горизонтально для выравнивания давления и защиты от распространения дыма. Сады, атриум и офисные помещения по периметру имеют открываемые окна.
Естественная вентиляция здания «Commerzbank» осуществляется под действием гравитационного и ветрового давления. Вентиляция внутренних зон здания осуществляется механической системой с минимальной кратностью воздухообмена для обеспечения комфортной чистоты воздуха.
Расчет снижения теплопотерь через ограждающие конструкции предлагаемых энергоэффективных зданий.
Конструктивные решения для одноэтажных универсальных зданий должны обеспечивать возможность перекрывать большие пролеты, чего нельзя достичь, применяя традиционные плоскостные конструкции. Для этих целей целесообразно применение пространственных конструкций (покрытий) из сборно-монолитного и монолитного железобетона (рис. 2.6).
Пространственные металлические конструкции покрытий обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными решениями. Основными являются следующие: максимальная унификация узлов и стержневых элементов; простран-ственность работы системы, способность воспринимать неравномерные сосредоточенные нагрузки; повышенная жесткость, надежность и выносливость; облегчение конструкций кровли благодаря частой сетке узлов; возможность использования более совершенных методов монтажа (сборка конструкций на земле и подъем покрытия крупными блоками); сборно-разборность (по необходимости). Необходимо отметить, что узлы пространственных конструкций, как правило, сложны в изготовлении. Широкое применение пространственных металлических конструкций зависит, в основном, от развития и совершенствования автоматизированных и поточных производств, позволяющих изготовлять крупные серии стандартных конструктивных элементов при сравнительно небольших затратах.
Конструктивные решения многоуровневых зданий с ядром жесткости и объемно-планировочным решением по типу «вертикальная спираль» для опытного производства в инновационном центре предлагается выполнять из монолитного железобетона по двух конструктивным схемам: - пространственно-связевая система, образуемая соединением ядра жесткости с различными вариантами каркаса; - пространственно-связевая система, восприятие всех нагрузок в которой обеспечивается ядром жесткости.
По первой конструктивной схеме железобетонные покрытия могут передавать вертикальные нагрузки на колонны, (восприятие горизонтальных нагрузок осуществляется ядром жесткости) или опираться непосредственно на ствол из монолитного бетона.
В монолитном ядре жесткости размещаются лифты, лестницы, инженерные сети и пр., а по периметру располагаются несущие элементы каркаса из сборного или монолитного железобетона, а также металла. Для развития зданий в плане возводится дна или три ядра жесткости. Независимое размещение колонн позволяет принять наиболее рациональное их расположение в плане, чем достигается гибкая планировка помещений и различная конфигурация зданий. Ядра жесткости могут выполняться различной конфигурации в плане (круглые, прямоугольные, многоугольные и пр.)»
Такие здания можно развивать как в высоту, что ограничивается только несущей способностью каркаса, так и в плане, создавая протяженные структуры. Эти конструктивные системы также рационально использовать при возведении зданий с наклонными и спиралевидными перекрытиями (высокоавтоматизированные опытно-производственные технологии).
По второй конструктивной схеме вертикальная и горизонтальная нагрузки передаются на железобетонное ядро жесткости в уровне каждого консольного этажа, при этом консольные пояса могут выполняться из предварительно напряженного железобетона в виде балок или конструкций коробчатого сечения или из стал ежелезобетонных конструкций.
Конструктивные решения одноэтажных полузаглубленных общественных и спортивных зданий со светопрозрачными покрытиями (типа «линза») предполагается выполнять из монолитного железобетона и металла. При этом днище «линзы» выполняется из монолитного железобетона в виде унифицированных ячеек с несъемной опалубкой, а покрытие здания выполняется из металлических и свето-прозрачных конструкций (рис, 3.3).
Блок-комплекты помещений заводской готовности для компактных зданий временного проживания в инновационных центрах, как правило, рекомендуется
выполнять из металла, в том числе алюминиевых сплавов. Монтаж таких зданий благодаря унификации узлов и элементов не требует больших трудозатрат при строительстве (рис. 3.2).
Все большее распространение получают так называемые управляемые («интеллектуальные») конструкции — это конструкции нового класса, представляющие собой деформируемые системы с переменными управляемыми параметрами. Управление деформированием и перестройкой конструкции осуществляется автоматизировано, реализуя прямую и обратную связи с управляемой конструкцией, или вручную механическими приспособлениями, В целом, это конструкция с системой управления напряженно-деформированным состоянием. Важнейшей особенностью данных систем является способность к приспособлению конструкции к изменившимся внешним силовым или климатическим воздействиям.
Ограждающие конструкции.
Для новых типов энергоэффективных зданий были разработаны соответствующие решения ограждающих конструкций.
Стеновое ограждение в многофункциональном многоуровневом здании следует выполнять из многослойных панелей с увеличенным по сравнению с требуемым по нормам слоем утеплителя.
В качестве светопрозрачных конструкций использованы окна из ПВХ профилей со стеклопакетами из стекол с селективными свойствами (с окисно-металлическим покрытием) и заполнением воздушной прослойки аргоном.
В зданиях, где по периметру находится буферная зона, наружное ограждение выполняется из светопропускающих панелей ячеистого поликарбоната толщиной 40 мм с сопротивлением теплопередаче 0,7-0,8 м2 С/Вт.
Нагретый за счет инсоляции воздух в буферной зоне используется для обогрева помещений и конструкций в ночное время, а также в инженерных системах.
В одноэтажных зданиях (в т.ч. полузаглубленных для спортивных сооружений или с глухими стенами для промышленного производства) естественное освещение решается верхним, с помощью свегопрозрачного купола или пологой оболочки
