Инженерное оборудование гибридных зданий

The article considers the option of building an energy efficient building using the example of a public hybrid building. The project solution is presented, as well as the prospects for the development of engineering equipment of buildings based on the use of environmentally friendly renewable energy sources.

Гибридное и многофункциональное здания

Важно отметить разницу между гибридным зданием и многофункциональным.

Многофункциональность представляет из себя структуру пространств, в которых процессы чётко разделены по времени: в течении дня функции в здании или отдельных помещениях могут меняться не один раз. Существует чёткое планирование границ.

В гибридном же здании множество функций могут происходить одновременно даже в одном помещении, создавая пространства, имеющие неопределённый характер. Гибридное здание – это город в городе, со своей структурой, взаимосвязями и функциями, которые происходят в нём одновременно. Такие здания имеют схожий внешний вид – это высотное здание, как правило, выполнено в едином объёме, реже состоит из нескольких объёмов, соединяющихся между собой.

В данной работе за основу взята модульная структура формообразования. Гибридные здания в своей структуре имеют множество зальных общественных пространств, открытых, наполненных воздухом атриумов, офисных этажей, неразрывно связанных с помещениями для отдыха и общения. Помимо общественных пространств в гибридах проектируют жилые ячейки, гостиницы, торговые центры. Также гибридное здание может стать единым организмом в основе транспортно-пересадочного узла города или его части.

В таких «сложных» зданиях очень важно учитывать комфортные условия для посетителей и жителей гибрида, объединив различного рода пространства инженерными сетями, обеспечив стабильную вентиляцию, климат-контроль, достаточное освещение и множества других факторов.

Инженерные системы в гибридных зданиях

Проанализируем применение инженерных систем на примере гибридного здания Linked Hybrid, расположенного в Пекине (Китай) и созданного архитектором Стивеном Холлом.

Linked Hybrid - это комплекс из восьми соединенных между собой башен, включающий в себя жилые квартиры, гостиницу, кинотеатр, детский сад, школу, подземную автостоянку, торговые зоны и общественное зеленое пространство (рис. 1).

Проект способствует активному взаимодействию людей и поощряет встречи в общественных пространствах. Пространства комплекса варьируются от коммерческих, жилых, образовательных до рекреационных. Комплекс является «городом в городе», и представляет собой трехмерное городское пространство, в котором здания на земле, под землей и над землей слиты воедино.

На уровне земли располагается ряд сквозных проходов как для жителей, так и для посетителей. Эти проходы обеспечивают «микро-урбанизм» малого масштаба. Магазины создают общественное пространство вокруг большого пруда.

На среднем уровне нижних зданий расположены общественные сады, в которых отдыхают посетители, а на вершинах восьми жилых башен частные сады соединены с пентхаусами. Все общественные функции на первом уровне, включая ресторан, гостиницу, школу, детский сад и кинотеатр, имеют связи с зелеными пространствами, окружающими и проникающими в здание. С 18-го этажа начинается серия многофункциональных крытых переходов (рис. 2-4), с бассейном, тренажерным залом, кафе, галереей. Прозрачные переходы соединяют восемь жилых башен и башню отеля, с них открываются захватывающие виды на весь город.

Геотермические скважины (655 скважин глубиной 100 метров, рис. 5) охлаждают помещения гибрида летом и обогревают зимой. Нет отопительных котлов или электрических кондиционеров, что делает Linked Hybrid одним из крупнейших зеленых жилых проектов в мире.

Водопроводная система позволяет использовать сточные воды для орошения зеленых зон. Эта «серая» вода подается в резервуары с ультрафиолетовыми фильтрами. Ежедневно 220 000 литров сточных вод из всех жилых единиц перерабатывается и подается в систему орошения ландшафта и зеленой крыши, а также используется для смыва в туалетах.

Большое городское пространство в центре проекта активируется водозаборным водоемом с водяными лилиями и травами. Зимой бассейн замерзает, что позволяет его превращать в ледяной каток.

Поскольку в Китае вода становится все более и более ценным ресурсом, цель Linked Hybrid заключается в сокращении потребления питьевой воды на 41 %.

Из извлеченного при строительстве земляного грунта создано пять ландшафтных насыпей на севере, которые выполняют рекреационные функции: - «детский холм» объединен с детским садом и имеет входной портал через него,

- на «подростковом холме» разместились баскетбольная площадка, роликовый каток и площадка для скейтборда,

- на «взрослом холме» расположены чайный и кофейный домики (открыты для всех), платформа Тай-Чи и два теннисных корта,

- «холм зрелости» предлагает посетить бар дегустации вин,

- на «холме бесконечности» предусмотрено пространство для медитаций.

Высокопроизводительные строительные системы

В проекте существуют наружные оконные жалюзи и стекло с низко эмиссионным покрытием для использования солнечной энергии и контроля теплопоступлений, а также высокопроизводительная оболочка здания и встроенная система нагрева и охлаждения перекрытий.

В Linked Hybrid используется технология, называемая «вентиляцией вытесняющим потоком», в которой воздух, который немного ниже желаемой температуры в помещении, высвобождается с пола. Более холодный воздух вытесняет более теплый воздух, вызывая его высвобождение из комнаты, что приводит к охлаждению общего пространства и свежему воздуху.

Пространственная ориентация и открытость здания оказывают огромное влияние на его социальную устойчивость. Будучи «открытым городом в городе», Linked Hybrid ориентирован на пешеходов, и позволяет сочитать общественное и частное пространства, что поощряет использование общих ресурсов и уменьшает потребность в расточительных способах транзита. Это городской оазис, доказывающий, что мирные зеленые пространства могут существовать в мегаполисе, таком как Пекин. Этот проект получил сертификацию LEED Gold.

Проектное предложение

Рассмотрим возможность создания гибридного объекта в Москве (см. справку). В данном проекте используется модульная структура формообразования гибрида (рис. 7). Здание имеет несколько гибридных модулей, связанных между собой различного рода общественными пространствами. Это обуславливает создание определённых инженерных решений для комфортного нахождения в здании.

Все высотные здания или небоскрёбы сейчас выполняются с ярко выраженным использованием остеклённых пространств. Ограждающие конструкции здания должны регулировать поступление в помещение тепла, света, воздуха либо потери тепла так, чтобы внутри здания обеспечивались оптимальные параметры микроклимата при умеренных затратах энергии.

Одним из решений оболочки здания, а именно некоторых модулей может стать конструкция двойного светопрозрачного вентилируемого фасада (рис. 8). 1) естественная вентиляция (рис. 9, 10) 2) снижение затрат электроэнергии. Важно использовать стёкла с высокими тепло- и солнцезащитными характеристиками.

Все механические системы и окна управляются интеллектуальной системой (рис. 11).

В некоторых блоках-модулях будут располагаться зимние сады, которые дополнительно повысят эффективность естественной вентиляции.

Система климатизации здания включает в себя систему механической вентиляции с утилизацией тепла удаляемого воздуха, охлаждаемые теплоемкие перекрытия с замоноличенными трубопроводами, конвекторы для обогрева помещений офисов и обогреваемые металлические конструкции световых проемов ограждений атриума. Каждый модуль контролируется собственной независимой установкой климатизации.

Охлаждаемые теплоемкие перекрытия с замоноличенными трубопроводами используются для естественного охлаждения здания вместо традиционной системы кондиционирования с присущими ей недостатками.

Обогрев помещений осуществляется стандартными конвекторами.

Предполагается сочетание естественного и искусственного освещения. Предусмотрена автоматическая осветительная система, которая регулируется в зависимости от времени суток.

При выборе источников энергии предпочтение отдается солнечным тепловым коллекторам и солнечным батареям. К ним добавятся фотоэлектрические панели, встроенные в фасады здания. А также централизованное теплоснабжение и энергосистема города.

На крыше располагаются резервуары для дождевых осадков (рис. 12) с системой очистки и рециркуляции воды. Также предусмотрена система очистки сточных вод, которая позволит уменьшить потребление чистой питьевой воды.

Одновременно здание подключено к системе городского водоснабжения.

Крыши некоторых модулей, а также радиального основания предполагается использовать как сады, где в тёплое время года можно отдохнуть.

Капсульные модули представляют из себя внешние «зелёные лёгкие», фильтры (рис. 14). Они выполняют двойную, а точнее тройную, работу: во-первых, очищают воздух как для внутреннего пространства капсулы, во-вторых, выводят чистый воздух в окружающую среду, в-третьих, служат дополнительным источником энергии, так как на крыше модулей расположены солнечные батареи, а на дне каждой капсулы встроены лопасти от ветряка: за счёт силы ветра (снизу вверх) вырабатывается энергия.

На крышах некоторых модулей, как можно заметить, установлены ветрогенераторы (рис. 15). Они совместно с солнечными батареями и фотоэлектрическими панелями могут генерировать энергию для обеспечения всего здания.