Текущий выпуск
№3 2017
Главная|Журнал|№3 2017|Бизнес Центр «АЛЬМАТЕЯ»
      

Бизнес Центр «АЛЬМАТЕЯ»

Илья Завалеев, Сергей Жуковский

Применение интегрированного подхода при реализации проекта зеленого здания

Рис. 1: Интерьер общих зон атриума БЦ «Альматея» (рендер SCGInternational)

В данной статье рассказано об опыте проектирования и строительства зеленого здания БЦ «Альматея», расположенного на территории Инновационного центра «Сколково». В данном случае впервые был применен интегрированный подход к управлению инвестиционным строительным проектом, который показал свою высокую эффективность в реализации уникального современного высокотехнологичного зеленого здания.

Примененные методы позволили сократить расходы на энергопотребление на 42% без существенного удорожания строительства. При проектировании и строительстве здания также применялись требования системы сертификации LEED и методы математического моделирования энергоэффективности и климата сложных пространств.

БЦ «Альматея» – уникальное здание, площадью 78 000 кв. м., не имеющее аналогов в России. Проект реализуется в виде крупномасштабной улицы под стеклянным куполом. Высота купола составляет около 20 метров, длина 270 метров; по сторонам его окружают разные объемы здания.

На первом этаже располагаются магазины и рестораны, на остальных – офисные помещения. Под помещением атриума находится двухэтажный паркинг и оздоровительный центр фитнес-клуба. Создается впечатление, будто это не одно цельное здание, а четыре блока, объединенных стеклянным видовым куполом, температурный режим которого зимой и летом составляет около 20 градусов.

Данный объект знаковый, поскольку, с одной стороны, соединяет переходным коридором ИЦ «Сколково» и железнодорожную станцию, а с другой стороны, связывает ИЦ «Сколково» с Москва-Сити и Белорусским вокзалом, и будет доставлять посетителей экспресс-поездом в течение 20 минут. Все посетители ИЦ «Сколково» неизбежно окажутся в «коридоре» БЦ «Альматея», и даже в зимнюю стужу и в летнюю жару не будут беспокоиться о своем комфорте под куполом данного сооружения. Проектированием концепции и стадии «Проект» занималась французская архитектурная компания Valode&Pistre.

Рис. 2: Вид на стилобат БЦ «Альматея» (рендер SCGInternational)

Компании HPBS была поставлена задача получить сертификацию уровня LEED «Silver» (Серебро) на это здание. Проблема заключалась в том, что участники проекта и эксперты были предубеждены: сертифицировать подобный объект невозможно ввиду его архитектурных особенностей – огромного стеклянного атриума, в следствии которого возникали большие тепловые потери. Более того, присутствовало общее мнение о том, что здание подобной планировки не попадает под какие-либо стандартные критерии оценки.

Наша команда решила взяться за этот проект вопреки скептическим настроениям касательно сертификации БЦ «Альматея». Однако уникальность объекта стала интригующим вызовом, требовала нестандартного подхода к выработке решений. Был изучен международный опыт, в частности проекты оранжерей Gardensbythe Bay в Сигнапуре. Мы решили использовать тот же подход к проектированию, а именно интегрированное проектирование (Integrated Project Delivery), когда над реализацией проекта работает сразу вся команда от концепции до эксплуатации: архитекторы и инженеры, заказчик и подрядчик, управляющие и служба эксплуатации, а также другие специальные эксперты.

Рис. 3: Энергомодель БЦ «Альматея» (данные «Бюро Экосевен»)

Таким образом уже на этапе концепции формируются необходимые знания для построения всех основных систем здания (архитектура, конструктив, инженерные системы, проверяется метод оптимального строительства и эксплуатации), которые изначально сбалансированы и согласованы, а участники проекта приходят к консенсусу на ранних этапах проектирования.

Традиционный подход подразумевает, что архитектор первым разрабатывает концепцию, после чего к нему присоединяется конструктор, который должен обеспечить устойчивость здания – появляются уступки в архитектуре ввиду несовпадений решений разных специалистов, после этого подключаются инженеры по отоплению, вентиляции и кондиционированию, появляются сложности с размещением их оборудования, что вызывает необходимость дополнительных компромиссов и т. д. Далее на объект приходит подрядчик со своей экспертизой по строительству, он также вносит свои коррективы. После него подключается служба эксплуатации, и, глядя на итог, остается зачастую недовольной результатами: присутствуют либо ошибки в проектировании, либо иного рода недочеты, с которыми приходится мириться. Участники проекта находятся в постоянном конфликте друг с другом. Реализованный объект сильно отличается от первоначальной задумки, концепция архитектуры и инженерии «проваливается» в процессе, подвергшись большому количеству изменений, которые системно влияют на качество объекта. Здание выходит не настолько комфортным, надежным, практичным и красивым, как планировалось.

Рис. 4: Результат CFD моделирования, скорость движения воздуха

Преимущество интегрированного подхода состоит в том, что в процесс проектирования вовлечены все члены команды, они вносят свой вклад согласованно, учитывая цели и задачи друг друга. Так получается единая согласованная концепция проекта, проблемы могут решаться по мере поступления. На наш взгляд, можно сравнить такой подход с процессом зарождения организма человека: сначала клетки быстро делятся, а через 2 недели в зародыше уже присутствуют все системы организма: скелет, мышцы, нервы, глаза, слух, кровеносная система, пищеварительная система и т. д. Так же происходит и в интегрированном подходе.

Рис. 5: Интерьер общих зон атриума БЦ «Альматея» 

В момент, когда мы присоединились к проекту БЦ «Альматея», его строительство должно было начаться в кратчайшие сроки. При проведении анализа проекта (математическое моделирование энергопотребления, климатический анализ, моделирование воздушной массы (CFD), использование передовых инструментов анализа) оказалось, что стеклянное пространство не гарантировало обеспечение комфорта. Происходил сильнейший перегрев, особенно летом, из-за солнечной радиации. Для установления комфортной температуры системы кондиционирования должны были работать на колоссальной мощности. Аналогично было и зимой ввиду теплопотерь. Даже в гипотетическом случае, если бы система справилась, итогом стало бы колоссальное, невыгодное энергопотребление. Изначально оно было на 30  % выше минимально необходимого уровня, который необходимо обеспечить зданию, чтобы претендовать на LEED сертификацию.

В полной мере осознавая брошенный вызов, мы решили провести интенсивный мозговой штурм (Energy Charrette) с целью поиска энергоэффективных решений. На мероприятие были приглашены представители инвестора, служба аренды, архитекторы, конструкторы, инженеры по климату, освещению, автоматизации, заказчик, служба по эксплуатации, подрядчик, специалисты по математическому моделированию – все заинтересованные лица проекта. Поставив цели, показали результаты математического моделирования, выложили на общий показ все необходимые чертежи. Команда проекта на тот момент провела уже очень большую работу и естественным образом менять план никто не хотел. При этом в воркшопе участвовала служба инвестора, которая ввела категорически ограничение, заявив, что архитектура объекта должна остаться нетронутой, то есть, необходимо было найти такие решения, которые бы никаким образом бы не затронули архитектурную концепцию. Были также возражения, что проект итак использует самые энергоэффективные решения, но нам пришлосьпринять определенные управленческие воздействия и обратиться к требованиям проекта по LEED сертификации, которые должны быть соблюдены. Так, мы стимулировали проведение мозгового штурма, постепенно раскручивая инженеров на генерацию идей, рассказали о своих задумках, набрасывали идеи о том, как можно рассматривать разные функциональные зоны здания и какие существуют варианты проектных решений для обеспечения вентиляции, кондиционирования, чтобы было комфортно и можно было снизить энергозатраты. Наблюдали за движением солнца, температурой в разное время года, за ветром, за движением воздушных масс внутри помещения…

В итоге было зафиксировано более пятидесяти идей. После этого было проведено моделирование проектных решений. Моделирование показало, что не все идеи работали так, как казалось. Например, мы думали, почему бы не сделать естественную вентиляцию в атриумах, если это позволяет погода? Сделать там автоматические фрамуги, которые будут открываться, а принудительная вентиляция бы отключалась, оставляя естественное проветривание. Такое решение показалось хорошим, но после моделирования выяснилось, что при работе в здании системы кондиционирования воздух становится суше, а если окна открываются, то со свежим необработанным воздухом попадает большое количество влаги. Для охлаждения влажного воздуха требуется гораздо больше энергии. Оказалось, такая небольшая деталь в решении сводит, казалось бы, очевидную экономию на нет.

Рис. 6: Вид на здание БЦ «Альматея» (рендер Valode&Pistre)

Дополнительным ограничениям выступил тот факт, что объект имел ограниченный доступ к водным ресурсам, их попросту неоткуда было взять. Например, система холодильных машин, которые работают на орошаемых градирнях, имеют значительно более высокое КПД, занимают меньшую площадь по сравнению с сухими и по теплоотдаче значительно выше. При отсутствии воды пришлось искать максимально эффективные холодильные машины на сухих охладителях. Такая информация была крайне полезной при вовлечении и подрядчика, и проектировщика, и заказчика.

Например, мы подобрали два чиллера, один масляный, а другой на электромагнитной подвеске, и он был дороже. Однако при проверке на энергоэффективность, пожаробезопасность и акустику выяснилось, что масляный чиллер предъявляет дополнительные требования к пожарной безопасности и уровень шума у него гораздо выше. Сквозь призму мнений разных экспертов мы пришли к выводу, что выбор чиллера с электромагнитной подвеской имел свои значимые плюсы, которые выявились именно в ходе интегрированного подхода.

Рис. 7. Строительство БЦ «Альматея» 

Другой пример – мы предложили установить энергоэффективные окна с более высоким сопротивлением теплопередачи и специальными покрытиями. На первый взгляд это решение показалось более дорогим, однако подрядчик сказал, что на фасадах запроектированы радиаторы, которые необходимы для предотвращения достижения точки росы с внутренней части фасада, это были специальные дорогостоящие радиаторы с высокими эстетическими качествами. Установив более теплые окна, мы избежим опускания температуры на поверхности до температуры точки росы, и нам эти радиаторы уже не понадобятся. Когда мы поставили более теплые окна, мы сильно сократили количество радиаторов. Тоже проявление энергоэффективности за те же деньги, поскольку отказ от радиаторов позволил закупить стеклопакеты лучшего качества.к рассмотрению.

На остеклении использовали специальное покрытие, пропускающее только 20  % солнечной радиации летом внутрь здания, а зимой выпускающее мало тепла. Остекление атриума – стены и кровля, с нанесенным специальным рисунком. Этот рисунок имеет разную плотность нанесения фактуры. На стенах плотность низкая, на кровле (сверху) высокая. В результате, летом, когда солнце высоко, плотное покрытие уберегает от агрессивных лучей, в то время как зимой, остекление стен атриума пропускает солнечные лучи, обеспечивая тем самым пассивное отопление. Рисунок покрытия нанесен так, что люди его не замечают, создается эффект полностью стеклянного пространства.

Интересные решения были предложены в части вентиляции и отопления. Пространство высотой в 20 метров отапливать не так просто, это требует большого количества энергии. В ходе проекта была проанализирована система радиального отопления и система теплого пола. Пол ближе к людям, излучает тепло на тело и в случае если, например, температура воздуха в помещении будет 16 0С, а температура пола, скажем, 25 0С – то человек будет чувствовать себя так, как будто в помещении 20 0С . Соответственно, не нужно отапливать воздух на эти 4 0С, происходит экономия. Так система работает зимой.

Насчет лета. Мы думали, как организовать систему кондиционирования так, чтобы в здании прохладный воздух в 20–24 0С был на высоте не более 3-х метров от уровня пола. Принцип, когда прохладный воздух стремится вниз, должен был реализоваться, оставляя горячий воздух выше. При этом прохладный воздух должен оставаться свежим и не перемешиваться с горячим воздухом выше. Здесь мы применили диффузоры, подающие прохладный воздух равномерным низкоскоростным потоком, чтобы не смешивать его по всей высоте.

Решение, связанное с вентиляцией по требованию (demand respond ventilation): на парковке стоят датчики CO (угарный газ), и если концентрация выхлопных газов увеличивается, то система вентиляции включается, а если машин нет, то, соответственно, система вентиляции снижает свои обороты. То же самое происходит и в офисных помещениях, где используется система переменного расхода воздуха, стоят датчики углекислого газа (СО2), и в случае увеличения количества людей в помещении подается большее количество свежего воздуха.

Разные системы автоматизации были применены, среди них датчики присутствия, которые управляют светодиодным освещением, и большое количество других решений. Однако кризис энергоэффективности мы смогли преодолеть с помощью фундаментальных системных решений, проводя оценку стоимости и энергоэффективности через математическое моделирование. Итоговые расходы на энергопотребление в БЦ «Альматея» удалось сократить примерно на 40  %.

Не существует единого энергоэффективного решения. Здание – это единая система, и эти решения работают только совместно. Нельзя рассматривать окна отдельно от отопления, нельзя представить освещение без окон, нельзя принять комфорт людей в отрыве от архитектуры, систему отопления – в отрыве от кондиционирования… CFD и математическое моделирование помогли проверить и отфильтровать эффективные решения, которые предлагались в ходе проектирования.

На текущий момент БЦ «Альматея» находится в активной фазе строительства, проект прошел экспертизу LEED стадии Design Review (оценка проекта) в США, получил на данный момент 46 баллов, выполнив все обязательные требования. Теперь мы ожидаем добрать необходимые 4 балла на этапе строительства, чтобы набрать 50 баллов и получить уровень сертификации LEED «Серебро».

Об авторах:

 

Илья Завалеев – зеленый инженер, директор компании HPBS;
Сергей Жуковский – директор ООО «Бюро Экосевен».

 

Литература:

1. Integrated Project Delivery: A Guide ver. 1, American Institute of Architects, 2007 – Руководство по реализации проекта интегрированных подходом, вер. 1, 2007 г, Американский институт архитекторов.

2. Whole Building Design Guide – программа Национального института строительных наук США.

3. ANSI Consensus National Standard Guide© 2.0 for Design and Construction of Sustainable Buildings and Communities (February 2, 2012): ansi.org

4. Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery, 4th Edition, Charles J. Kibert

5. The Stunning Gardens by the Bay, Singapore – анализ кейса.

6. Супер деревья Сингапура, статья в журнале INGENIA ISSUE 58 MARCH 2014. ●