Текущий выпуск
№3 2020
Главная|Журнал|№3 2020|Транспортно-пересадочные узлы с околонулевым энергопотреблением

Транспортно-пересадочные узлы с околонулевым энергопотреблением

Михаил Герасимов, Анастасия Похитонова, Николай Шилкин

В современном мире в числе первоочередных задач повышение энергоэффективности объектов различного назначения.

Рассмотрим примеры современного подхода к повышению энергоэффективности крупных транспортных комплексов и попытаемся ответить на вопрос: можно ли создать транспортно-пересадочный узел с околонулевым потреб­лением энергии? 

На сегодняшний день огромное значение в жизни городского сообщества имеет транспортная инфраструктура. Урбанизация и рост населения городов влекут за собой рост транспортных потоков. Перегруз улично-дорожных сетей негативно сказывается на экологической и экономической сферах, поэтому одной из ключевых задач современного мегаполиса становится модернизация транспортной инфраструктуры.

В мировой практике на данный момент трендом является транзитно-ориентированный подход к проектированию, который характеризуется приоритетным использованием общественного транспорта и высокой интеграцией транспортной инфраструктуры в городскую среду. Поэтому особое внимание уделяется проектированию транспортно-пересадочных узлов как важнейших элементов транспортной сети, обеспечивающих ее связь с городским пространством. 

Современный транспортно-пересадочный узел

Транспортно-пересадочный узел сегодня рассматривается не просто как узловая станция и пункт пересадки с одного вида транспорта на другой, а является полноценным общественным пространством, частью городской среды, многофункциональным комплексом с интеграцией различных общественных функций, начиная от коммерческих и заканчивая культурно-просветительскими. Такой подход к проектированию требует особого внимания с технологической точки зрения.

Современный общественный комплекс, одной из программных установок которого является снижение нагрузки на окружающую среду, обязан отвечать принципам устойчивой архитектуры и обладать высокими показателями энергоэффективности. 

Показатели и критерии энергоэффективности строительного объекта

Зданию с околонулевым энергопотреблением (NZEB – Near Zero Energy Building) требуется в год чуть большее количество энергии, чем то, которое оно вырабатывает благодаря использованию возобновляемых источников энергии. Существует ряд способов снижения энергопотребления здания за счет уменьшения энергозатрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование, среди которых:

  • оптимальная форма и ориентация здания относительно сторон света,
  • использование ограждающих конструкций с подходящими теплотехническими характеристиками,
  • максимальное использование естественной вентиляции и естественного охлаждения,
  • использование высокоэффективного инженерного оборудования.

Кроме того, важнейшим критерием энергоэффективности здания является использование альтернативных и возобновляемых источников энергии (ВИЭ), например энергии солнца, ветра, грунта и т. д. Основными проблемами при современном подходе к повышению энергоэффективности зданий являются высокая стоимость оборудования и необходимость больших площадей для его размещения.

Крупный транспортно-пересадочный узел с композиционной точки зрения зачастую представляет из себя достаточно плоский протяженный объем. Это, с одной стороны, позволяет установить достаточно большое количество установок ВИЭ, например фотоэлектрических модулей, но, с другой стороны, требует высоких энергозатрат на отопление, кондиционирование и вентиляцию. 

Нетрадиционные решения энергоснабжения транспортных сооружений

Приведем примеры повышения энергоэффективности транспортных сооружений. 

1. Проект Thames Hub в Лондоне1, Великобритания

В проекте используется энергия речных приливов и выполнена интеграция инженерных сетей с транспортной инфраструктурой 

Концепция Thames Hub (нереализована)

Это новый смелый подход к будущему развитию инфраструктуры в Великобритании. Данный узел будет объединять железнодорожную, грузовую логистику, авиационное сообщение, сможет решать энергетические вопросы, защищен от наводнений и имеет региональное значение. Он уникален своим масштабом и стратегическим межотраслевым мышлением. Признавая синергизм между разными направлениями, он получает преимущества от их интеграции.

Проект включает в себя новую окружную железнодорожную линию вокруг Лондона, которая соединится с будущей высокоскоростной железнодорожной магистралью от Лондона до городов Мидлендс и Норт. Это откроет прямое сообщение с континентальной Европой. Воплощение данного проекта позволит Британии стать центром распределения производства, а также снимет нагрузку с пригородных автодорог.

Новый международный аэропорт, расположенный в устье Темзы на острове Грэин, тоже выиграет от реализации проекта. Создание предлагаемого авиационного хаба на юго-востоке позволит не только покрыть сегодняшние потребности, но и расширить их в будущем, урегулировав при этом проблемы охраны окружающей среды и безопасности полетов над Лондоном. 

Новая дамба – решение многих проблем

Проектное предложение включает в себя строительство нового барьера от наводнений - дамбы в устье Темзы.

Во-первых, предполагается, что дамба будет использовать энергию приливов и отливов Темзы для производства безуглеродной энергии. В результате можно будет генерировать от до 525 ГВт ч/год приливной энергии. Этого достаточно для питания 250 тыс. домов или для того, чтобы полностью обеспечить электроэнергией работу аэропорта.

Во-вторых, дамба позволит решить задачу нехватки жилья, обеспечив Лондону надежную защиту от наводнений. Это позволит использовать для жилищного строительства на 150 % больше земель, чем ранее позволяли  существующие защитные сооружения.

В-третьих, дамба обеспечит инфраструктурную связь воздушных ворот Лондона с городом. 

Инфраструктура

Необходимы крупные новые распределительные сети для электро-, тепло- и водоснабжения и водоотведения по всей Великобритании. Именно здесь интеграция приносит как экологические, так и экономические выгоды. Проект включает в себя специальные путепроводы, водные и энергетические маршруты, интегрированные с сетью железных и автомобильных дорог в подземных коллекторах, не портящих ландшафт, простых в обслуживании и легко защищаемых. Дамба в устье реки, станет новым жизненно важным коридором для инженерных сетей и коммуникаций.

Проект Thames Hub поможет создать государственный энергетический и информационный центр с соответствующей инфраструктурой, коммуникации будут встроены в систему высокоскоростного железнодорожного сообщения, соединяющего аэропорт с остальной частью страны. 

Материалы и отходы

Один из наиболее значимых достоинств интеграции инженерных и транспортных сетей заключается в том, что при их объединении может быть значительно сокращен объем требуемых строительных материалов. Создание барьера, использующего энергию приливов, и туннелей, объединяющих инженерную и транспортную инфраструктуру, экономя на материалах, позволит и существенно сократить отходы 

2. Расширение аэропорта в Осло, Норвегия2

В проекте предусмотрено для охлаждения использовать снег с взлетно-посадочной полосы 

Решение увеличить площадь аэропорта Осло до 115 тыс. м2 предполагает установление новых стандартов устойчивости. В конкурсе на разработку расширения терминала победила концепция Nordic, которая предлагает использовать снег в качестве охлаждающей жидкости. Внедрение концепции позволило впервые в мире зданию аэропорта достигнуть рейтинга устойчивости BREEAM «Превосходно».

Реализованные мероприятия

В рамках проекта размеры существующего здания терминала увеличиваются в 2 раза, в том числе за счет добавления нового пирса длиной 300 м. При реализации проекта было предложено сохранить и продолжить первоначальную архитектурную концепцию, выраженную рациональной простотой пространства действующего аэропорта, разработанного в 1998 году. В то же время решено ввести новые элементы дизайна, повышающие удобство пассажиров.

Также была обновлена существующая железнодорожная станция, которая находится в самом центре аэропорта, позволяющая поездам доставлять до 70 % всех пассажиров. Пропускная способность аэропорта увеличена с 19 млн до 30 млн человек, а максимальная дистанция для пешехода составляет всего 450 м, что намного короче, чем в большинстве аэропортов. 

Энергосбережение и экология

Многопрофильная команда разработчиков применила целостный подход к достижению устойчивости здания, включая использование как можно большего количества местных источников энергии. Интересным решением является использование летом в качестве охлаждающей жидкости снег, собранный с взлетно-посадочных полос и в зимнее время хранящийся на площадке. Здание использует и другие низкоуглеродные технологии.

Во самом здании применялись натуральные материалы, так новый пирс полностью облицован древесиной из скандинавского леса. Повсеместно использовалась переработанная сталь и специальный, экологически чистый бетон, смешанный с вулканическим пеплом. Благодаря выбору экологически чистых материалов, выбросы CO2 в здании сокращены на 35 %.

Повышение уровня изоляции позволило проекту достигнуть стандартов качества на уровне пассивного дома. Потребление энергии сократилось более чем на 50 % по сравнению с действующим терминалом.

Комфорт и удобство пассажиров стали ключевыми факторами дизайна. Искусственное освещение предназначено только в качестве минимального дополнения к высоким уровням естественного дневного света. Аэропорт Осло является одним из наиболее энергоэффективных аэропортов в мире. 

3. Станция скоростной железной дороги в Турине, Италия3.

В проекте естественная вентиляция сочетается с решениями по солнцезащите и использованию солнечной энергии

Здание имеет пять подземных этажей, на самом нижнем из которых функционируют платформы метрополитена, а самый верхний имеет выход на улицу. Между этими этажами расположены железнодорожные платформы (уровень 3), а на промежуточном уровне для удобства пассажиров предусмотрены торговые зоны и залы ожидания (уровень 2 или -1).

Система вентиляции

Коммерческие зоны являются единственными искусственно отапливаемыми и охлаждаемыми пространствами. Остальные уровни подогреваются и охлаждаются с помощью системы пассивной вентиляции.

На самых нижних этажах благодаря своему подземному расположению сохраняется температура окружающей среды; это помогает пассивно проветривать инженерные помещения, расположенные на этих уровнях. В дополнение к этому создается естественная тяга, благодаря чему более прохладный воздух поступает в зоны ожидания и на внутренние площадки в летние месяцы. Горячий воздух естественным образом выходит через отверстия в стеклянной галерее. 

Солнцезащита и генерация солнечной энергии

Галерея также играет активную роль в поддержании комфортной температуры на станции, отчасти благодаря огромному объему ее корпуса. Кроме того, используется инновационное решение - фотоэлементы интегрированные в оболочку здания. Эти ячейки не только вырабатывают электроэнергию для сооружения и городской электросети, но и защищают пользователей здания от прямых солнечных лучей. Фотоэлементы производят примерно 680 тыс. кВт ч в год. За инновационное использование фотоэлементов здание получило премию Eurosolar и награду European Steel Design Award 2013 за металлическую конструкцию, специально разработанную для гармоничного включения солнечной системы электроснабжения. 

Также в здании используется система охлаждения водяным паром - линии с форсунками эффективно охлаждают и увлажняют входящий теплый воздух. Эффект достигается за счет распыления мельчайших частиц воды диаметром до 10 мкм. Когда они попадают на солнце, происходит так называемое "молниеносное испарение", понижающее температуру окружающего воздуха.

4. Автовокзал Тилбург4, Нидерланды

Благодаря тому, что на крыше автовокзала установлены фотоэлементы, преобразующие энергию солнечной радиации в электроэнергию, объект имеет нулевое энергопотребление.

На тенте, полностью покрывающем автобусные платформы, установлены солнечные панели общей площадью 250 м2, и, кроме того, они предусмотрены на некоторых автобусах. Конструкция тента представляет собой стальной каркас, покрытый ETFE-пленкой. Над этой мембраной смонтирована система освещения. В течение дня навес аккумулирует энергию солнечной радиации, а в темное время суток он становится одним большим осветительным элементом.

Энергия от солнечных панелей полностью обеспечивает функционирование автовокзала, включая освещение навеса, цифровые информационные таблички, столовую для персонала и пункт обслуживания общественного транспорта. Коммерческое помещение имеет собственный энергетический контур и счетчик энергии.

5. Пассажирский терминал аэропорта Суварнабхуми5 в Бангкоке, Таиланд

На объекте 2006 года выполнена эффективная солнцезащита: многослойное стекло фасада покрыто солнцезащитной пленкой, а на крыше размещены солнцезащитные жалюзи, изготовленные из алюминия. Поскольку солнцезащитные жалюзи расположены за пределами ограждающих конструкций здания, поглощенное ими солнечное тепло будет передаваться в окружающую среду посредством естественной вентиляции, организуя энергосберегающее экологическое решение.

окрытие на крыше довольно плотное и обеспечивает хорошую защиту от высокостоящего таиландского солнца. Однако толщина покрытия постепенно уменьшается в направлении нижних частей конструкции, чтобы обеспечить хорошую визуальную гармонию с окружающей средой.

6. Аэропорт Гибралтара6, Великобритания

Аэропорт Гибралтара  (англ. Gibraltar Airport) расположен у подножия Гибралтарской скалы. Владельцем аэропорта является Министерство обороны Великобритании, использующее аэропорт для военных нужд. Также осуществляются и рейсы гражданской авиации — в Великобританию и в Испанию.

Здание аэропорта оборудовано высокопроизводительной системой двойного вентилируемого фасада (двойное остекление) и автоматическими жалюзи, что способствует повышению энергоэффективности. Инженерное решение включает в себя специальную систему внешней очистки, которая периодически ополаскивает фасады. Деионизированная вода, используемая в системе, дополнительно повышает эффективность процесса ополаскивания. 

Рекомендации для проектирования энергоэффективных транспортно-пересадочных узлов в России

1. Оптимальная форма и грамотная ориентация по сторонам света

В процессе проектирования архитектурной формы здания следует учитывать его местоположение, опираясь на региональные нормы и специфику территории. Например, количество осадков, таких как снег или дождь, средняя температура наружного воздуха и многие другие факторы могут повлиять на форму будущего здания.

2. Эффективное использование ограждающих конструкций

Важно учесть особенности той области, где ведется строительство, чтобы подобрать оптимальные конструкционные решения и материалы. Ограждающие конструкции должны обеспечивать максимальную герметичность, чтобы снизить теплопотери и энергозатраты на вентиляцию и кондиционирование. Эффективны, например, системы двойных фасадов. Для стеклянных фасадов нужно предусматривать использование специального солнцезащитного покрытия – это позволяет экономить энергию, затрачиваемую на кондиционирование воздуха в помещениях.

3. Максимальное использование естественной вентиляции

Этот пункт тесно связан с архитектурной формой здания, которая позволит направить воздушные потоки от естественного притока воздуха.

4. Выбор энергоэффективного инженерного оборудования

Для повышения энергоэффективности объекта следует устанавливать современное и эффективное оборудование для всех инженерных систем здания. Особенно стоит обратить внимание на системы вентиляции и кондиционирования воздуха, поскольку транспортно-пересадочные узлы предназначены для транзита большого количества людей, что способствует насыщению воздуха вредностями. Для залов, предназначенных для пребывания людей, целесообразно предусматривать системы кондиционирования с системой контроля качества воздуха и с функцией ионизации воздуха.

5. Установка альтернативных возобновляемых источников энергии

Одним из важнейших критериев энергоэффективности здания является наличие ВИЭ. В идеале здание должно вырабатывать столько же энергии, сколько тратит, или больше. Для транспортно-пересадочных узлов наиболее актуально использование: солнечных коллекторов (обеспечивают теплоснабжение здания); фотоэлектрических модулей  и ветроэнергетических установок (электроснабжение). Также возможно использование энергии приливных потоков, геотермальной энергии и - энергии от потока людей (например специальная тротуарная плитка может генерировать электрическую энергию благодаря нажатию не нее ноги пешехода). 

Литература

1. Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников. / В.Г. Караджи, Ю.Г. Московко. - М. : АВОК-ПРЕСС, 2010. - 432 с.

2. Каледина Н.О. Вентиляция производственных объектов / Н.О. Каледина. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2008.- 193 с.

3. [Интернет ресурс]. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6391

4. [Интернет ресурс]. URL: https://www.fosterandpartners.com/projects/crossrail-place-canary-wharf/#/

5. [Интернет ресурс]. URL: https://www.archdaily.com/321777/gibraltar-airport-blur-architects-3dreid-architects

6. [Интернет ресурс]. URL: https://www.fosterandpartners.com/projects/thames-hub/

7. [Интернет ресурс]. URL: https://www.archdaily.com/181166/foster-partners-launch-proposals-for-thames-hub

8. [Интернет ресурс]. URL: https://www.archdaily.com/481986/porta-susa-tgv-station-silvio-d-ascia

9. Табущиков Ю.А. Инженерное оборудование зданий и сооружений / Ю.А Табунщиков. - М.: Высш. шк., 1989. – 238 с.


ОБ АВТОРАХ 

Михаил Герасимов, I курс магистратуры МАрхИ
Анастасия Похитонова, I курс магистратуры МАрхИ
Николай Васильевич Шилкин, канд. техн. наук, профессор МАРХИ.

1 Исполнитель Foster + Partners 2011.
2 Oslo Airport Expansion. Исполнитель Nordic Office of Architecture. Проект стал победителем WAN Sustainable Building Awards в 2017 году.
3 Porta Susa TGV Station /Исполнитель Silvio d’Ascia Architecture. 2013.
4 Исполнитель Аrchitectenbureau cepezed, 2019 год
5 Исполнитель Airports of Thailand PLC
6 Gibraltar Airport. Исполнитель Blur Architects + 3DReid Architects. 2013.