IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В 2002 году в Лондоне было закончено строительство одного из самых знаменитых энергоэффективных и экологичных зданий мира. Сити-холл является зданием, служащим резиденцией Администрации Большого Лондона(новое здание мери Лондона). Его создатель, известный всем архитектор сэр Норман Фостер(Sir Norman Foster), определил концепцию здания как «model of democracy, accessibility and sustainability» – это общественное здание должно было стать образцом открытости, доступности для посетителей и быть «жизнеудерживающим зданием».

РисРис 1. Здание Сити-холл (City Hall)

Здание располагается недалеко от Тауэрского моста, в Саутварке. В сооружение десять этажей, общая же высота составляет 45 м. Наиболее известен Сити-холл своей необычной формой, напоминающее срезанное яйцо. Данная форма была выбрана архитектором не случайно. По результатам ряда исследований была выявлена наиболее оптимальная форма, которая позволила бы сократить отрицательное воздействие окружающего климата на энергетический баланс здания и повысить полезное воздействие. Норман Форстер, так же стремился сократить поверхность сооружения и за счёт этого сэкономить потребляемую энергию [6].

Решение о том, что здание будет э энергоэффективным, было определено с самого начала проекта, таким образом, у инженеров получилось запроектировать данное здание как единую энергетическую систему. Строительство «обычного» здания и использование в нем энергосберегающих приборов и устройств, по мнению инженеров компании «Foster + Partners», приводит к снижению энергетической эффективности проекта. Такое возведение здания потребовала тщательного выбора основных характеристик, таких как его форма и ориентация относительно сторон света. Только после точного определения с этими характеристиками было возможно подобрать энергосберегающие инженерные решения.

Что же использовал Норман Фостер в данном сооружении?

1. Выбор формы здания, обеспечивающей минимальные теплопотери в холодный период и минимальные теплопоступления в теплый период года.

2. Использование элементов наружных ограждающих конструкций в качестве солнцезащитных устройств для снижения теплопоступлений с солнечной радиацией в теплый период года.

3. Широкое применение светопрозрачных наружных ограждающих конструкций для использования в здании преимущественно естественного освещения.

4. Высокоэффективная теплоизоляция и использование светопрозрачных ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными характеристиками (сопротивление теплопередаче светопрозрачных элементов наружных ограждающих конструкций составляет 0,83 м²•°C/Вт, непрозрачных ограждающих конструкций – 5,0 м²•°C/Вт).

5. Использование в теплый период года главным образом естественной вентиляции посредством двойных вентилируемых фасадов.

6. Утилизация тепла удаляемого воздуха для подогрева приточного воздуха.

7. Применение охлаждающих потолков вместо традиционной системы кондиционирования воздуха.

8. Использование низкотемпературных грунтовых вод в качестве источника холодоснабжения.

9. Применение в системе водяного отопления насосов с автоматически регулируемой скоростью вращения для снижения затрат энергии и получения комфортной температуры воздуха в обслуживаемых помещениях.

10. Использование системы автоматизации и управления зданием (Building Management System, BMS) для поддержания комфортных параметров микроклимата в помещениях и энергосбережения.

Так как Норман Фостер, является одним из основоположником стиля хай-тек, можно было смело предположить в каком стиле будет новое здание мэрии. Отличительной чертой данного направления архитектуры является большое количество стекла на фасадах. Большая площадь прозрачного остекления, конечно же, не осталась без внимания. Благодаря наклону здания на южную сторону и использования элементов фасада в качестве солнцезащитных устройств, стало возможным сделать минимальным теплопоступления от солнечной радиации в летнее время и воздействие прямого солнечного освещения, которое может вызвать дискомфорт. Внутри здания создается комфортная среда обитания людей и снижаются затраты на искусственное освещение из-за использования естественного освещения, проникающего через светопрозрачные конструкции фасада.

Рис 2.Схема здания мэрии с указанием основных энергоэффективных мероприятий

1 – минимальная площадь поверхности, на которую воздействует солнечная радиация; 2 – использование элементов наружных ограждающих конструкций в качестве солнцезащитных устройств; 3 – большая площадь остекления с северной стороны, не подверженной воздействию прямой солнечной радиации;4 – возможность естественного проветривания помещений через открываемые окна; 5 – охлаждение воздуха в помещениях посредством охлаждающих потолков; 6 – наружный воздух;7 – удаляемый воздух;8 – центральная установка механической приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией тепла;9 – скважина низкотемпературных грунтовых вод;10 – сборный резервуар

В здании мэрии, как и во многих других зданиях, созданных Норманом Фостером, инженерные решения неотделимы от архитектурного облика самого здания и направлены на снижение энергопотребления, экологичность и повышение качества микроклимата в помещениях. Это позволяет создателям здания говорить об «интегрированной» энергосберегающей системе климатизации.

В здании используется комбинация систем естественной и механической вентиляции. Офисные помещения, расположенные по периметру здания, могут проветриваться естественным образом через щелевые вентиляционные отверстия, расположенные под окнами. Естественному проветриванию способствует открытая планировка с большими внутренними объемами помещений. При открывании вентиляционных отверстий в данном помещении системы отопления и механической вентиляции могут отключаться автоматически, что позволяет минимизировать потери энергии [4].

Рис 3. Схема естественной вентиляции помещений:

1 – приток воздуха через щелевое отверстие в нижней части окна;2 – удаление воздуха через щелевое отверстие в верхней части помещения;3 – солнцезащитные устройства (шторы-жалюзи)

В здании мэрии использована концепция «двойного вентилируемого фасада», примененная, например, в другом здании, спроектированном Норманом Фостером, – здании «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне (см. «АВОК», 2002, № 3). Внутренняя оболочка двойного фасада представляет собой стеклопакет, заполненный инертным газом. Наружная оболочка (первый слой) выполняет роль ветрозащитного экрана и снижает конвективный тепловой поток между поверхностью окна и наружным воздухом. Между этими двумя слоями расположен воздушный промежуток, а также солнцезащитные устройства в виде штор-жалюзи. Внешний слой остекления имеет отверстия в нижней части (ниже вентиляционных щелевых отверстий). При естественном проветривании наружный воздух, прежде чем попасть в здание, проникает в промежуток между слоями, где нагревается под воздействием солнечной радиации. Затем приточный воздух попадает в помещение через щелевое отверстие, расположенное в нижней части окна. Эти щелевые отверстия открываются вручную людьми, находящимися в данном помещении. Удаление воздуха происходит через щелевое отверстие в верхней части помещения. На наружном слое и в воздушном промежутке также происходит первоначальное ослабление солнечной радиации. Дальнейшее резкое уменьшение солнечной радиации происходит посредством солнцезащитных устройств.

В здании мэрии используется комбинированное отопление – система воздушного отопления, совмещенная с вентиляцией, и система водяного отопления. В системе водяного отопления в качестве отопительных приборов используются конвекторы, установленные в зале заседаний и в офисах, а также напольное панельно-лучистое отопление в фойе. В офисных помещениях конвекторы установлены по внешнему периметру и располагаются в пространстве под фальшполом, что предотвращает выпадение конденсата на относительно холодных светопрозрачных наружных ограждающих конструкциях, предупреждает образование сквозняков и освобождает пространство в помещениях.

Горячая вода также используется для подогрева приточного воздуха в центральной приточной установке. Для приготовления горячей воды используются два газовых бойлера. Для снижения расхода энергии, затрачиваемой на циркуляцию теплоносителя, использованы насосы с регулируемой скоростью вращения, которые позволяют увеличить или уменьшить расход теплоносителя в зависимости от времени года, времени суток, занятости помещений и т. д.

Для поддержания и контроля требуемых параметров микроклимата в помещениях здания мэрии была разработана система автоматизации и управления зданием (Building Management System, BMS). Эта система запрограммирована на эффективное использование установленного инженерного оборудования и сбережение энергии при требуемом качестве микроклимата. Например, охлаждение воздуха в зале заседаний и в залах собраний осуществляется только в том случае, когда обслуживаемые помещения используются. Контролируется уровень воздухообмена и температура приточного воздуха, что позволяет обеспечить требуемый микроклимат в обслуживаемых помещениях

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. М. М. Бродач. Теплоэнергетическая оптимизация ориентации и размеров здания // Науч. тр. НИИСФ: Тепловой режим и долговечность зданий. М., 1987.

2. Ю. А. Табунщиков. Основы математического моделирования теплового режима здания как единой энергетической системы: Дис. д-ра техн. наук. М.: НИИСФ, 1983.

3. Ю. А. Табунщиков, Д. Ю. Хромец, Ю. А. Матросов. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1986.

4. Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях: Справочное руководство REHVA. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.

5. Ю. А. Табунщиков, М. М. Бродач, Н. В. Шилкин. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.

6. City Hall in London: Schief gewickelt // IntelligenteArchitektur. 2003. № 3–4.

Код для цитирования: Скопировать