Ветрогенераторы на крыше здания
Питер ван дер Мелен, Крейг БрискоПосетители, персонал и жильцы этого многофункционального здания знают, что это не единственный источник возобновляемой энергии на его территории. Здание находится по соседству с быстроразвивающимся районом Вест-Энд. Своим примером оно демонстрирует, что и в условиях плотной городской застройки можно реализовать экологически устойчивый проект.
Здание построено в 2009 году и представляет собой многофункциональный комплекс с пятиуровневой подземной автостоянкой. Первый этаж занимают торговые площади, четыре уровня отведены под офисы. Оставшиеся 17 этажей – жилые.
Все офисные помещения изначально предназначались для архитектурного бюро ZGF Architects LLP, решившего объединить весь персонал в одном здании и самостоятельно, с чистого листа, разработать интерьерные решения для центрального офиса. Решения в области инженерных систем, нацеленные на создание пассивного дома за счет максимального использования возобновляемых источников энергии, позволили получить отличные показатели энергопотребления – годовое удельное потребление энергии составило 142,59 кВт•ч/м2. Часть этой энергии покрывается за счет ветрогенераторов и солнечного коллектора, работающего на нагрев воды системы горячего водоснабжения.
Общая информацияНаименование: Twelve West. |
Здание располагается в Портленде, в быстроразвивающемся районе Вест-Энд, и граничит с оживленным Жемчужным кварталом со стороны севера, с деловым центром города с востока и с культурно-досуговым районом с южной стороны.
Ранее на этом участке располагались парковка и старое бесхозное одноэтажное здание. Площадка была выбрана неслучайно. Строительство многофункционального здания в этом довольно оживленном месте на границе четырех районов органично соединяет разные по назначению пространства и формирует ядро города. Помимо этого, местоположение позволяет создать отличную смотровую площадку на крыше здания с видами на городской пейзаж, окружающие холмы, Лесной парк, реку Уилламетт и Каскадные горы.
Декоративные панели на стенах первого этажа и остальных помещений здания – вторично использованная древесина
Команда архитекторов уделяла особое внимание вопросу визуального контакта будущих жильцов и посетителей с окружающим здание пространством, предусматривая в проекте максимум прозрачных конструкций, открывающихся окон и балконов. Использование прозрачных конструкций значительно влияет на тепловой баланс здания. Архитекторы совместно с проектировщиками инженерных систем на начальной стадии проекта использовали метод вариантного проектирования, чтобы найти оптимальное соотношение визуального комфорта людей в помещении и энергопотребления здания.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИГодовое удельное потребление энергии – 142,59 кВт•ч/м2. |
Разработка концепции проекта началась с определения ориентации здания – было выбрано расположение оси здания (по длинной стороне) на 21˚ выше оси запад–восток.
Такой вариант соответствует ориентации магистральных улиц города и позволяет обеспечить приемлемый уровень естественного освещения для всех помещений и минимизировать теплопоступления от солнечной радиации через восточный и западный фасады.
В проекте реализовано структурное остекление фасада. Панели частично прикрывают часть балконов, расположенных на фасаде. При первом взгляде на здание может показаться, что оно целиком выполнено из стекла. На самом деле стеклянные панели просто прикрывают глухие участки наружных стен.
Общая площадь остекления фасадов в кондиционируемых помещениях составляет всего 48 %. В проекте использовались высококачественные стеклопакеты с улучшенными теплотехническими характеристиками (Viracon VRE1–59 с наполнением аргоном для улучшения коэффициента теплопроводности стекол). Для улучшения коэффициента теплопроводности фасада в проекте использовалась фасадная система структурного остекления заводского производства (панели полностью собираются на заводе и только крепятся по месту). Такая система имеет лучшие характеристики теплопроводности за счет снижения количества алюминиевых конструкций с высокой теплопроводностью и высокого качества сборки элементов.
В офисных помещениях окна оборудованы металлическими жалюзи.
Управление жалюзи ручное – осуществляется арендаторами помещения.
ОБЪЕМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯГодовое потребление воды – 21 920 л. |
Цифровая адресная система управления освещением DALI (digital addressable lighting interface) с функцией диммирования постоянно отслеживает уровень естественного освещения в помещениях и регулирует уровень электроосвещения. Помимо этого, в здании установлены датчики присутствия и движения, отключающие питание бытовых приборов при отсутствии людей в помещениях и освещение по зонам.
Рабочие места оснащены светодиодными светильниками с опцией диммирования. Для основного освещения офисных помещений (соотношение прямого/непрямого освещения – 60 : 40) и коридоров в жилых помещениях, для подсветки стен в люстрах и прочих светильниках используются люминесцентные лампы T5 HO (high output).
В помещениях без постоянного пребывания людей установлены датчики присутствия. Большую часть времени уровень освещенности (за счет диммирования) поддерживается на минимально допустимом по нормативным документам значении.
Система совмещает естественную и механическую вентиляцию.
Персонал в офисных помещениях с рабочего компьютера может управлять открытием (закрытием) окон рядом со своим рабочим местом. В специальной программе отображается окно и цветовой индикатор: синий, если на улице слишком холодно для открытия окна; красный, если слишком тепло; зеленый, если погодные условия позволяют открыть окно для естественного проветривания. Практика показала, что сотрудники офиса активно пользуются системой естественной вентиляции, когда в помещении становится слишком жарко.
В качестве основной используется система механической вентиляции.
Приточный воздух, предварительно охлажденный или нагретый до требуемой температуры, подается непосредственно в рабочую зону через напольные воздухораспределители.
Вытесняющая вентиляция выбрана как менее энергозатратная (по сравнению с перемешивающей вентиляцией). Она позволяет получить приемлемый уровень климатического комфорта в помещении.
С л е в а. В здании расположены два источника возобновляемой энергии – солнечный коллектор для нагрева воды в системе горячего водоснабжения общей площадью 126 м2 и четыре ветрогенератора, расположенные в северной части крыши
С п р а в а. Лестница у входа со стороны улицы ведет на второй этаж в главный ресепшен архитектурного бюро ZGF Architects LLP
Регулируемые воздухораспределители находятся у каждого рабочего места – сотрудник может настроить расход воздуха индивидуально.
|
Период |
Природный газ, м3 |
Энергия от центральной |
Электроэнергия, кВт•ч |
| Октябрь 2009 | 2 910 | 22 185 | 177 038 |
| Ноябрь 2009 | 13 730 | 12 690 | 226 182 |
| Декабрь 2009 | 22 850 | 9 351 | 341 380 |
| Январь 2010 | 24 640 | 9 966 | 251 097 |
| Февраль 2010 | 15 180 | 10 585 | 203 420 |
| Март 2010 | 13 830 | 14 463 | 229 615 |
| Апрель 2010 | 10 610 | 16 901 | 153 714 |
| Май 2010 | 10 0901 | 27 038 | 207 801 |
| Июнь 2010 | 8 070 | 44 715 | 177 408 |
| Июль 2010 | 910 | 82 078 | 177 408 |
| Август 2010 | 1 040 | 95 954 | 163 034 |
| Сентябрь 2010 | 11 710 | 65 140 | 203 799 |
Итого |
135 570 |
410 767 |
2 585 813 |
Зоны помещения с высоким уровнем теплопоступлений дополнительно оборудованы системой пассивных климатических потолочных панелей из перфорированного металла, которые используют воду в качестве холодоносителя. Применение пассивных климатических панелей значительно повлияло на снижение энергопотребления здания.
В наиболее холодные дни включается система радиаторного отопления.
В здании нет холодильной машины, т. к. оно подключено к районной системе холодоснабжения. Центральная холодильная станция находится в паре кварталов от здания.
ТЕХНОЛОГИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИВодопотребление. Дождевая вода и конденсат, образующийся при работе системы кондиционирования воздуха, используются для смыва в туалетах офисной части, полива зеленых территорий на крыше и наполнения пожарных резервуаров. Материалы и отделка. При выборе мебели и отделочных материалов у читывался уровень выделения ими при эксплуатации вредных для здоровья человека веществ. Особое предпочтение отдавалось товарам, сделанным из переработанного сырья и материалов. Использование архитектурного (лицевого) бетона при возведении внутренних стен позволило минимизировать количество отделочных материалов. При отделке офисов использовалось только дерево, сертифицированное FSC (Forest Stewardship Council), в жилых помещениях для отделки применялся бамбук. Естественное освещение. Объемно-планировочные решения (ориентация помещений относительно фасада, высота помещений, высота оконных конструкций) учитывали необходимость максимального использования возможностей естественного освещения. Цветовая гамма отделочных материалов также подбиралась с учетом необходимости максимального отражения дневного света. Автоматизация. Каждое рабочее место имеет индивидуальное управление: • системой вентиляции и кондиционирования (расход воздуха на напольном воздухораспределителе); • системой открывающихся окон; • системой солнцезащитных роллет на окнах. Система освещения имеет возможность диммирования, оснащена датчиками присутствия и движения. Управляется локально и через BMS. Стратегия управления – минимальное использование искусственного освещения и экономия электроэнергии. Транспортная доступность. С точки зрения транспортной доступности здание расположено довольно удачно. До него легко добраться как на общественном транспорте, так и на личном автомобиле. Арендаторы офисных помещений всячески мотивируют персонал добираться до работы на велосипедах. Для этого предусмотрены охраняемые парковочные места, раздевалки с душевой и индивидуальными ящиками для хранения одежды и программа привилегий для сотрудников, приезжающих на велосипедах. Как результат, на 260 сотрудников офисных помещений используется всего 30 парковочных мест. Возобновляемая энергия. На крыше расположены ветрогенераторы и солнечный коллектор (покрывает 24 % энергозатрат на систему горячего водоснабжения). |
ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТКонтроль бликов. Персонал в офисных помещениях самостоятельно управляет системой солнцезащитных роллет на окнах. При этом довольно часто, закрывая роллеты для снижения солнечных бликов и защиты от слишком ярких солнечных лучей, персонал оставляет их закрытыми и после того, как погодные условия изменились. Открытые роллеты могли бы пропускать в помещение дневной свет и снижать использование электроэнергии на искусственное освещение. Использование энергии ветра в городской черте. Фактическая производительность системы оказалась ниже расчетных значений, но проект стал первым опытом использования ветрогенераторов на крыше здания, расположенного в плотной городской застройке. Данные наблюдений за системой тщательно документируются и анализируются группой исследователей, чтобы сделать правильные выводы и учесть их при разработке следующих аналогичных проектов. Измерения уровня шума и вибраций в пентхаусе показали, что технические разработки и решения по виброизоляции опоры мачты ветрогенератора оказались правильными и отлично выполняют свои функции. Система холодоснабжения. На ранних стадиях проекта проводился подробный технико-экономический анализ двух вариантов снабжения здания холодом – подключение к центральной районной станции холодоснабжения и создание собственного холодильного центра в здании. По результатам этого анализа собственник здания выбрал вариант организации холодоснабжения здания от городских сетей, а команда проекта разработала систему с пластинчатым теплообменником и внутренним контуром холодоснабжения, рассчитанным на переменный расход. Основная автоматика и узлы управления находятся на стороне городских сетей и обслуживаются городскими службами. Система кондиционирования воздуха офисных, торговых и жилых помещений имеет опцию фрикулинга. Это позволяет практически полностью сократить потребление холода от городских сетей в холодное время года. Единственным слабым местом в проекте здания с тало помещение серверной, температурные условия в котором поддерживаются системой кондиционирования, использующей воду в качестве холодоносителя. Теплопоступления в этом помещении оказались значительно ниже проектных, поэтому для повышения эффективности функционирования системы в режиме неполной нагрузки обслуживающей организацией была установлена дополнительная регулирующая арматура с автоматикой. Стратегия проектирования. Вся команда проекта на начальной стадии участвовала в с оставлении «матрицы приоритетов». В нее вошли всевозможные решения, позволяющие снизить энергопотребление, рассматриваемые в разрезе стоимости, прогнозируемого эффекта экономии, срока окупаемости, воздействия на окружающую среду, влияния на получение сертификата LEED и т. п. В сочетании с использованием компьютерного моделирования энергопотребления здания эта «матрица» с тала удобным инструментом принятия решений при выборе вариантов реализации в проекте строительных элементов и инженерных систем. Даже незначительные изменения могут иметь огромный эффект. В середине процесса строительства команда проекта предложила в качестве дополнительной опции энергосбережения использовать в вентиляторах фэнкойлов жилых помещений только ЕСM-двигатели (electrically commuttated motors). Стоимость такого решения для 273 апартаментов была значительной, но именно это нововведение позволило получить дополнительные 3,1 % при оценке по LEED и набрать баллы, необходимые для получения оценки «Платиновый». Управление уровнем освещения. Система освещения в офисных помещениях частично управляется персоналом. В ручном режиме доступна опция снижения уровня освещенности на 15 % до минимально допустимой по нормам. Это решение позволило снизить степень общего освещения в офисных помещениях по зонам, при этом персонал использовал настольные светильники в случае необходимости получить яркое освещение на рабочем столе. |
В апартаментах предусмотрены двухскоростные фэнкойлы и комнатные контроллеры со встроенными термостатами. Помимо этого, возможно естественное проветривание через окна. Для снижения теплопоступлений от солнечной радиации на окна установлены роллеты.
Парковка, все коммерческие помещения и торговые точки имеют систему индивидуального учета всех потребляемых энергоресурсов.
Потребление тепловой энергии для охлаждения жилой части здания измеряется и делится на всех собственников пропорционально площади апартаментов при оплате коммунальных услуг. Потребление электроэнергии фиксируется счетчиками в каждой квартире.
Для снижения водопотребления в здании накапливается и используется дождевая вода. Но из-за городских законодательных ограничений использование дождевой воды для смыва в туалетах реализовано только для офисных помещений – в жилых не допускается (в настоящее время ограничения сняты).
В подземной части здания расположен резервуар на 190 л для сбора дождевой воды и конденсата от системы кондиционирования воздуха.
Часть воды применяется для системы водяного пожаротушения, оставшаяся часть – для смыва в туалетах и полива прилегающей территории.
Система рассчитана на вторичное использование 1 млн л воды в год.
Она позволяет полностью покрыть потребность в поливе газонов на кровле здания и на 90 % – потребность в воде на смыв в туалетах офисной части здания (фактические значения повторного использования воды пока не получены).
На крыше здания расположены зеленые насаждения общей площадью 370 м2. Это пространство используется в качестве рекреационной зоны для жильцов и посетителей здания и одновременно как элемент системы ливневой канализации, чтобы ограничить нагрузку на систему при сильных осадках. Затраты на создание систем ливневой канализации и хозяйственно-бытовой канализации были частично профинансированы городским комитетом по экологии, поскольку проект предполагал значительную экономию водопотребления и уменьшение сбросов в городскую систему канализации. Эти дотации снизили срок окупаемости инноваций, примененных в системах, до 10 лет.
В холле здания постоянно находится консьерж, через которого можно заказать все –
от столика в ресторане до химчистки
ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯКомммерческие помещения. Открывающиеся окна вдоль главного фасада привлекательны для рестораторов. Офисы. Необработанные поверхности стен в больших офисных помещениях с открытой планировкой создают «живые» и способствующие командной работе акустические условия, но на некоторых рабочих местах могут возникать зоны с низким уровнем акустического комфорта. Жилые помещения. Большая тепловая масса здания из бетонных конструкций позволяет эффективно использовать систему охлаждения лучистыми панелями в жилых помещениях, где стены и колонны выполнены из необработанного архитектурного (лицевого) бетона. Деревянный пол изолирован от плиты перекрытия пористым шумоизолирующим материалом. Поверхность деревянного пола выполнена с учетом сезонного расширения/сжатия конструкции. Разработка стратегии учета потребления энергетических ресурсов началась довольно поздно, когда остальные разделы проекта были почти готовы. В результате эффективность системы оказалась довольно низкой – при высокой стоимости система не снимает индивидуальные показатели с целого ряда крупных потребителей энергии. Для подобных проектов довольно важно разрабатывать систему диспетчеризации и учета потребления энергоресурсов на самом раннем этапе проектирования. Крыша здания. Периметральное остекление парапета крыши в зоне отдыха защищает людей на террасе от ветра, но при этом создает потоки воздуха, негативно влияющие на производительность ветрогенераторов. Зеленая крыша снижает расход в системе ливневой канализации, выступает в качестве дополнительной теплоизоляции и позволяет создать на крыше зону отдыха для жильцов и посетителей здания. |
УЧАСТНИКИ ПРОЕКТАСобственник: Gerding Edlen Development. Архитектурное бюро (ландшафтная архитектура, консультант по LEED): ZGF Architects LLP. Генеральныйподрядчик: Hoffman Construction Company. Проектировщик по механическим и электротехническим системам: Glumac, Total Mechanical. Моделирование энергопотребления: Glumac. Конструкторскиерасчеты: KPFF Consulting Engineers. Общестроительное проектирование: David Evans and Associates. Консультанты по экологии и защите окружающей среды: Grant Associates (Портленд). |
Отопление всех помещений здания осуществляется от собственной высокоэффективной котельной.
Система горячего водоснабжения работает от собственного котла и дополнена солнечным коллектором, расположенным на крыше здания.
Площадь солнечного коллектора составляет 126 м2. Он используется для первичного нагрева воды в системе горячего водоснабжения.
Второй источник возобновляемой энергии (четыре ветрогенератора) помещен также на здании.
Этот проект с тал первым опытом применения ветрогенераторов на крыше многоэтажного здания, расположенного в плотной городской застройке.
В в е р х у. Панорамные окна позволяют максимально использовать возможности дневного света для организации естественного освещения. Окна открываются и используются для естественной вентиляции помещений
В н и з у. Зона отдыха на кровле имеет закрытое помещение с камином и кухней площадью 65 м2. Легко трансформируемая мебель позволяет использовать пространство для проведения ужинов на большое количество персон и как класс для занятий йогой
Ветротурбина находится на отметке 97 м от уровня земли. Конструкция опоры разработана с у четом необходимости обеспечить возможность удобного обслуживания механизма.
В проектировании участвовал известный датский специалист по использованию энергии ветра Зандер Мертенс. При разработке проекта учитывались топографические характеристики местности, погодные условия и данные о розе ветров.
Совместно с разработчиками Госсамер Альбатроса (летательный аппарат, использующий для полета только мышечную силу пилота) команда проекта проводила эксперименты в аэродинамической трубе, для того чтобы построить модель течения ветра над зданием и вокруг него. Турбина диаметром 3,65 м имеет управляемую шарнирную основу, которая позволяет поворачивать лопасти к ветру.
Понимая важность и значимость использования пилотного проекта ветрогенераторов на крыше здания в городской черте, Департамент энергетики и Энергетический фонд Портленда поддержали команду проекта, выделив 198 000 долл. США в виде налоговых льгот и грантов. Этот проект должен стать отличным примером для остальных участников рынка строительства.
Ветрогенераторы рассчитаны на производство около 10 000 кВт•ч электроэнергии в год, что составляет 1 % от полного потребления электроэнергии офисной части здания или полное электропотребление системы лифтов и элеваторов в здании. Фактическая производительность составила 60 % от проектной, что на практике продемонстрировало всю сложность размещения и эксплуатации ветрогенераторов в городской зоне.
Опыты в аэродинамической трубе помогли рассчитать минимальное расстояние от крыши до ветротурбины, при котором удастся избежать влияния турбулентных потоков воздуха, образующихся у здания, на устройство.
Турбина была установлена именно на этой отметке, поскольку разместить ее выше и получить некий запас от расчетной высоты установки технически не представлялось возможным из-за пространственных ограничений крыши здания.
Изучив фактические данные производительности и движение ветротурбины в течение года, проектировщики пришли к выводу, что в холодное время турбулентные потоки воздуха, образующиеся у крыши здания, все-таки оказывают влияние на работу турбины.
Производительность солнечного коллектора оказалась лучше ожиданий и расчетов. Расход газа на подготовку воды системы горячего водоснабжения значительно меньше, чем у систем с аналогичным расходом воды, и условно от использования газа можно практически полностью отказаться на период четырех самых жарких недель (июль-август) в году.
Эксплуатационные характеристики здания и оценка удовлетворенности посетителей и жильцов здания
Результаты мониторинга эксплуатационных показателей здания и исследования удовлетворенности обитателей здания показали, что в целом фактические показатели соответствуют проектным. Результаты оправдали ожидания, при этом удалось найти слабые стороны проекта и определить направление реконструкции систем в будущем.
Годовое удельное потребление энергии за период с октября 2009 года по сентябрь 2010 года составило 142,59 кВт·ч/м2 (первый год эксплуатации здания), что ненамного, но ниже целевых показателей соответствующего года программы «Архитектура-2030» и на 40,5 % ниже рекомендаций стандарта ASHRAE Standard 90.1–2004.
Основные направления снижения энергопотребления – это контроль освещения во всем здании и использование естественного проветривания в его офисной части.
Разработана программа измерения, документации и анализа эксплуатационных показателей здания. В ходе реализации этой программы команда проекта постарается найти способы «донастройки» системы контроля и управления инженерных систем здания, чтобы еще больше снизить потребление энергии.
Исследование удовлетворенности сотрудников офисных помещений здания показало, что уровень комфорта людей, находящихся в помещении, довольно высок. Серия исследований проводилась во взаимодействии с Центром микроклимата помещений по разработанной ими программе с помощью веб-интерфейса и специальных аналитических онлайн-программ.
Одним из направлений для реконструкции и улучшения в будущем стала акустика помещений. Исследования показали, что в открытом офисном пространстве из-за большого количества твердых поверхностей, отражающих шум, и шума от работы системы вентиляции уровень акустического комфорта в отдельных зонах довольно низок. Для решения данной проблемы в точно выверенных местах в офисе будут установлены акустические звукопоглощающие панели. Помимо этого, будет применена активная система – генерация фонового белого шума.
Высокий результат («значительно лучше, чем на прошлом месте работы») в исследовании получила оценка сотрудниками качества воздуха в помещении, во многом благодаря применению системы вытесняющей вентиляции.
Никаких формальных исследований удовлетворенности обитателей жилых помещений не проводилось, но многие из жильцов, заполняя документы на аренду апартаментов, указали «экологическую устойчивость» здания как основную причину выбора Twelve West. Расчетный срок полной наполняемости арендаторов жилых помещений составлял 12 месяцев, но по факту был равен всего шести месяцам.
ОБ АВТОРАХПитер ван дер Мелен – член американской ассоциации архитекторов (AIA), аккредитованный специалист – LEED, архитектор и п артнер ZGF
|
Здание Twelve West помогло органично соединить несколько городских районов. Повысилась посещаемость магазинов и ресторанов в Вест-Энде людьми из соседних районов.
Уровень удовлетворенности сотрудников офисных помещений довольно высок. Многие из энергоэффективных решений приняты на стадии проектирования и оказались успешными – климатические балки, естественное проветривание и максимальное использование дневного света для естественного освещения помещений.
Перевод с английского и техническое редактирование выполнены Владимиром Устиновым. ●
