Программа «Солнечный город»: энергоэффективные технологии в строительстве
Сообщение, сделанное директором ООО «Витебская экономическая ассоциация АСК» Юрием Сергеевым на семинаре «Современные эффективные технологии, материалы, изделия и инженерное оборудование, применяемые при ремонте, реконструкции и тепловой модернизации жилищного фонда» в рамках выставки «Стройинвест-2005».
Обеспечение дальнейшей урбанизации населения в условиях снижения запасов органического топлива и необходимости уменьшения экологических нагрузок
на окружающую среду требует выработки принципиально новых подходов к современному градостроительству. Осуществлению данной цели служит в том
числе и разработанная программа энергосбережения «Солнечный город». Действительно, наиболее доступным и практически неисчерпаемым источником
энергии является Солнце. Так называемая солнечная постоянная, то есть плотность энергии излучения, для Земли составляет около 1,4 кВтч/м2. При
этом современные нормативы расхода энергоресурсов для 1 м2 жилья — около 100 кВт в год. То есть теоретически для закрытия данной потребности
достаточно 70 солнечных часов. К сожалению, распределение солнечной энергии на Земле неравномерно и сильно зависит от географической широты и
состояния атмосферы. Например, некоторые районы Земли имеют по 300 солнечных дней в году. Для средней полосы России и Беларуси характерно
преобладание облачных и пасмурных дней. Количество солнечных дней не превышает 20 в год. Тем не менее, при грамотном использовании и этой
энергии вполне достаточно для обеспечения жилищных нужд. С другой стороны, для Беларуси чрезвычайно актуальна проблема снижения общего
энергопотребления и доведения доли собственных энергоресурсов хотя бы до 30%.
Основной вклад в энергопотребление вносят современные мегаполисы. Как правило, для городской застройки характерны единичные узкоформатные здания
с централизованными сетями тепло- и электроснабжения, наземным транспортным сообщением, наличием промышленных предприятий и, как правило,
неблагоприятной экологической обстановкой. Не затрагивая всех аспектов традиционных технических решений, следует отметить, что отопление
объектов жилищно-коммунальной сферы требует потребления более 40% всех энергоресурсов, а эффективность централизованного теплоснабжения не
превышает 50%. Значительной составляющей энергопотерь являются также существующие системы вентиляции и кондиционирования. А ежегодное повышение
этажности зданий требует применения все более дорогого инженерного обеспечения. Своего рода апофеозом развития современного города
представляется проект так называемой бионической башни. Это трехсотэтажное здание высотой 1228 м, разделенное на 12 вертикальных кварталов. В
этих кварталах расселяется 100 тыс. человек. Возможно, данная идея и является технически осуществимой. Однако попробуем все же перейти от
подобной Вавилонской башни к ковчегу «Солнечного города».
Концепция строения, предлагаемая автором, основана на размещении под единой частично светопрозрачной кровлей комплекса жилых, административных,
торговых, спортивных и иных помещений, разделенных световыми коридорами с поэтапным изменением функционального назначения. Наружное кольцо
застройки — жилые помещения, школы, детсады. Ближе к ядру размещаются офисные и торгово-бытовые помещения. Ядром же в данном случае является
стадион-амфитеатр. Подземная часть строения — это водоем-теплоаккумулятор, парковки, остановки транспорта, подсобные помещения. Физические
принципы организации естественного освещения накладывают определенное ограничение на этажность (максимальная высота надземного строения — 5-6
этажей). При этом в здании радиусом 1 км можно разместить до 20 млн м2 помещений, обеспечив проживание 30 тыс. и более человек. В подкровельном
пространстве располагаются парковая зона, оранжерея, а также системы обеспечения поярусного освещения и гелиоколлекторы. Таким образом, в
границах одного строения можно обеспечить комфортное проживание большого количества людей со всеми благами цивилизации в пределах пешеходной
доступности. При этом парковые и оранжерейные площадки снимают проблему отчуждения земли под застройку, а современные средства инженерного
обеспечения, оптимизация как внутреннего объема, так и площадей наружных ограждений позволяют рассчитывать на выход на ноль потребления от
внешних источников (что, однако, не исключает наличия собственной мини-ТЭЦ для пикового потребления). По основному источнику энергии это
«Солнечный город» (имеется в виду энергетическая составляющая). Каковы основные преимущества подобной застройки? Во-первых, это комплексный
подход к решению жилищных, энергетических, транспортных и экологических проблем. Во-вторых, сохранение плотной городской застройки (возможно
даже увеличение ее плотности). В-третьих, проект осуществим уже на существующем технологическом уровне и, к тому же, в различных условиях — от
столичного микрорайона до городка нефтяников, большого спортивно-торгово-развлекательного комплекса или бизнес-сити. Далее, основываясь на одном
из базовых проектов, г-н Сергеев изложил принципы программы «Солнечный город».
Особенностью программы является то, что это частный проект, направленный на внедрение в строительство новейших научно-технических достижений
различных отраслей, каковые достижения могут быть использованы для комплексного решения жилищных, производственных, энергетических,
транспортных, экологических проблем современного градостроительства. И вот каковы некоторые частные возможности применения авторских разработок.
Как известно, сегодня расширить формат застройки не позволяют требования по инсоляции. Обычные окна не обеспечивают достаточной освещенности в
глубине помещений дальше 6 м от проема (для подземных же объектов это и вовсе неприемлемое решение). Выходом в данном случае является применение
зенитных фонарей. Однако в стандартном исполнении это малоэффективное устройство, так как при низких углах подъема Солнца его лучи в проем не
попадают (вместе с тем на широте Минска солнечная составляющая — существенная часть природного энергопотенциала). При увеличении угла подъема
Солнца количество светового потока увеличивается, в летний полдень достигая максимума примерно на 0,8 площади проема. Применение авторской
разработки (зенитного фонаря на основе поворотного зеркала-концентратора) позволяет увеличить эффективность захвата солнечного потока в
несколько (по крайней мере, в 5) раз. При этом освещенность здания прямыми лучами остается стабильной вне зависимости от угла подъема Солнца и
его положения. Это дает возможность внедрения в комбинации с источником искусственного света системы постоянного поддержания освещенности. При
этом зенитный фонарь диаметром примерно 1,5 м оказывается эквивалентным окну размером 2х2 м, причем постоянно повернутому к Солнцу. Таким
образом, используя недорогие устройства, занимающие 5-10 % площади крыши, можно на ряде объектов отказаться от окон. И перейти к
широкоформатному строительству, ограниченному лишь конструктивными возможностями материалов и фантазией архитекторов. Унификация подобных систем
освещения позволяет управлять большим их количеством с единого пульта. Речь идет об освещении как еще проектируемых, так и уже существующих
торговых комплексов, производственных цехов, складов, подземных гаражей, переходов, путепроводов, станций метрополитена. Для освещения глубоко
расположенных объектов (в частности, метро) целесообразно использовать более серьезные изделия — так называемые активные солнечные
концентраторы, дающие многократное увеличение плотности потока солнечного света. Теоретический предел кратности — около 46 тыс.раз. То есть,
используя окно размером 2х2 м, можно загнать пучок света в световод диаметром примерно 1 см (иное дело, нужно ли это для стройки).
Минимизируя потери при передаче путем внедрения оптоволоконных линий, можно добиться примерно 40-процентной экономии затрат на освещение
подземных сооружений. Заменив традиционную систему освещения системой постоянного поддержания освещенности, которая очень экономично использует
искусственный свет при отсутствии солнечного, убрав окна как основной источник теплопотерь зимой и избыточного тепла летом, можно значительно
увеличить общее термическое сопротивление объекта и пересмотреть принцип организации отопления-охлаждения. Так как основные теплопотери будут
приходиться на обеспечение рекуперативного воздухообмена, становится возможным применение единого источника «тепло-холод». Основным отличием
подобной системы от существующих является применение секционных теплоаккумуляторов и использование геотермической ступени в качестве источника
холода. Разумеется, для жилых помещений подобное устройство нуждается в доработке, но для монообъемных торговых и производственных комплексов
гарантировано значительное снижение энергозатрат. Частный случай подобной установки — источник холода на солнечной энергии, то есть система
подмеса охлажденного воздуха, использующая энергию солнечных батарей и обеспечивающая приток холодного воздуха в вентиляцию только тогда, когда
это необходимо (то есть в летний период, когда солнечная активность максимальна).
ООО «ВЭА АСК» образовано в августе 1990 г. и является одной из первых коммерческих организаций постсоветского Витебска. Основное направление
деятельности — выполнение строительно-монтажных и отделочных работ. Компания принимала участие в новом строительстве и реконструкции ряда
объектов Витебска, Минска, Москвы, является победителем конкурса «Лучший предприниматель Витебской области» в номинации «Строительство» (2000
г.). С 2002 г. активно развивает собственные разработки в области энергоэффективного строительства. В 2005 г. ООО «ВЭА АСК» позиционирует на
строительном рынке Беларуси новый вид услуг — энергоэффективный тюнинг. Это комплекс мероприятий по проектированию, реконструкции, новому строительству и инженерному обеспечению зданий и сооружений, осуществляемых с целью существенного снижения энергетических эксплуатационных расходов.
В Москве ООО «ВЭА АСК» сотрудничает с Российской академией архитектурных и строительных наук. В конце ноября 2004 г. состоялась встреча
руководства компании с мэром Москвы Юрием Лужковым, которому была представлена программа «Солнечный город». Сейчас она рассматривается мэрией на
предмет ее применения. Для Москвы данная идея особенно актуальна по причине значительного распространения здесь подземного и широкоформатного
строительства. Так, площади последних по времени сдачи в эксплуатацию московских торговых комплексов достигают 300 тыс. м2. Внедрение
предлагаемой идеи вполне может улучшить инсоляцию как существующих, так и проектируемых объектов в Беларуси.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Обеспечение дальнейшей урбанизации населения в условиях снижения запасов органического топлива и необходимости уменьшения экологических нагрузок
на окружающую среду требует выработки принципиально новых подходов к современному градостроительству. Осуществлению данной цели служит в том
числе и разработанная программа энергосбережения «Солнечный город». Действительно, наиболее доступным и практически неисчерпаемым источником
энергии является Солнце. Так называемая солнечная постоянная, то есть плотность энергии излучения, для Земли составляет около 1,4 кВтч/м2. При
этом современные нормативы расхода энергоресурсов для 1 м2 жилья — около 100 кВт в год. То есть теоретически для закрытия данной потребности
достаточно 70 солнечных часов. К сожалению, распределение солнечной энергии на Земле неравномерно и сильно зависит от географической широты и
состояния атмосферы. Например, некоторые районы Земли имеют по 300 солнечных дней в году. Для средней полосы России и Беларуси характерно
преобладание облачных и пасмурных дней. Количество солнечных дней не превышает 20 в год. Тем не менее, при грамотном использовании и этой
энергии вполне достаточно для обеспечения жилищных нужд. С другой стороны, для Беларуси чрезвычайно актуальна проблема снижения общего
энергопотребления и доведения доли собственных энергоресурсов хотя бы до 30%.
Основной вклад в энергопотребление вносят современные мегаполисы. Как правило, для городской застройки характерны единичные узкоформатные здания
с централизованными сетями тепло- и электроснабжения, наземным транспортным сообщением, наличием промышленных предприятий и, как правило,
неблагоприятной экологической обстановкой. Не затрагивая всех аспектов традиционных технических решений, следует отметить, что отопление
объектов жилищно-коммунальной сферы требует потребления более 40% всех энергоресурсов, а эффективность централизованного теплоснабжения не
превышает 50%. Значительной составляющей энергопотерь являются также существующие системы вентиляции и кондиционирования. А ежегодное повышение
этажности зданий требует применения все более дорогого инженерного обеспечения. Своего рода апофеозом развития современного города
представляется проект так называемой бионической башни. Это трехсотэтажное здание высотой 1228 м, разделенное на 12 вертикальных кварталов. В
этих кварталах расселяется 100 тыс. человек. Возможно, данная идея и является технически осуществимой. Однако попробуем все же перейти от
подобной Вавилонской башни к ковчегу «Солнечного города».
Концепция строения, предлагаемая автором, основана на размещении под единой частично светопрозрачной кровлей комплекса жилых, административных,
торговых, спортивных и иных помещений, разделенных световыми коридорами с поэтапным изменением функционального назначения. Наружное кольцо
застройки — жилые помещения, школы, детсады. Ближе к ядру размещаются офисные и торгово-бытовые помещения. Ядром же в данном случае является
стадион-амфитеатр. Подземная часть строения — это водоем-теплоаккумулятор, парковки, остановки транспорта, подсобные помещения. Физические
принципы организации естественного освещения накладывают определенное ограничение на этажность (максимальная высота надземного строения — 5-6
этажей). При этом в здании радиусом 1 км можно разместить до 20 млн м2 помещений, обеспечив проживание 30 тыс. и более человек. В подкровельном
пространстве располагаются парковая зона, оранжерея, а также системы обеспечения поярусного освещения и гелиоколлекторы. Таким образом, в
границах одного строения можно обеспечить комфортное проживание большого количества людей со всеми благами цивилизации в пределах пешеходной
доступности. При этом парковые и оранжерейные площадки снимают проблему отчуждения земли под застройку, а современные средства инженерного
обеспечения, оптимизация как внутреннего объема, так и площадей наружных ограждений позволяют рассчитывать на выход на ноль потребления от
внешних источников (что, однако, не исключает наличия собственной мини-ТЭЦ для пикового потребления). По основному источнику энергии это
«Солнечный город» (имеется в виду энергетическая составляющая). Каковы основные преимущества подобной застройки? Во-первых, это комплексный
подход к решению жилищных, энергетических, транспортных и экологических проблем. Во-вторых, сохранение плотной городской застройки (возможно
даже увеличение ее плотности). В-третьих, проект осуществим уже на существующем технологическом уровне и, к тому же, в различных условиях — от
столичного микрорайона до городка нефтяников, большого спортивно-торгово-развлекательного комплекса или бизнес-сити. Далее, основываясь на одном
из базовых проектов, г-н Сергеев изложил принципы программы «Солнечный город».
Особенностью программы является то, что это частный проект, направленный на внедрение в строительство новейших научно-технических достижений
различных отраслей, каковые достижения могут быть использованы для комплексного решения жилищных, производственных, энергетических,
транспортных, экологических проблем современного градостроительства. И вот каковы некоторые частные возможности применения авторских разработок.
Как известно, сегодня расширить формат застройки не позволяют требования по инсоляции. Обычные окна не обеспечивают достаточной освещенности в
глубине помещений дальше 6 м от проема (для подземных же объектов это и вовсе неприемлемое решение). Выходом в данном случае является применение
зенитных фонарей. Однако в стандартном исполнении это малоэффективное устройство, так как при низких углах подъема Солнца его лучи в проем не
попадают (вместе с тем на широте Минска солнечная составляющая — существенная часть природного энергопотенциала). При увеличении угла подъема
Солнца количество светового потока увеличивается, в летний полдень достигая максимума примерно на 0,8 площади проема. Применение авторской
разработки (зенитного фонаря на основе поворотного зеркала-концентратора) позволяет увеличить эффективность захвата солнечного потока в
несколько (по крайней мере, в 5) раз. При этом освещенность здания прямыми лучами остается стабильной вне зависимости от угла подъема Солнца и
его положения. Это дает возможность внедрения в комбинации с источником искусственного света системы постоянного поддержания освещенности. При
этом зенитный фонарь диаметром примерно 1,5 м оказывается эквивалентным окну размером 2х2 м, причем постоянно повернутому к Солнцу. Таким
образом, используя недорогие устройства, занимающие 5-10 % площади крыши, можно на ряде объектов отказаться от окон. И перейти к
широкоформатному строительству, ограниченному лишь конструктивными возможностями материалов и фантазией архитекторов. Унификация подобных систем
освещения позволяет управлять большим их количеством с единого пульта. Речь идет об освещении как еще проектируемых, так и уже существующих
торговых комплексов, производственных цехов, складов, подземных гаражей, переходов, путепроводов, станций метрополитена. Для освещения глубоко
расположенных объектов (в частности, метро) целесообразно использовать более серьезные изделия — так называемые активные солнечные
концентраторы, дающие многократное увеличение плотности потока солнечного света. Теоретический предел кратности — около 46 тыс.раз. То есть,
используя окно размером 2х2 м, можно загнать пучок света в световод диаметром примерно 1 см (иное дело, нужно ли это для стройки).
Минимизируя потери при передаче путем внедрения оптоволоконных линий, можно добиться примерно 40-процентной экономии затрат на освещение
подземных сооружений. Заменив традиционную систему освещения системой постоянного поддержания освещенности, которая очень экономично использует
искусственный свет при отсутствии солнечного, убрав окна как основной источник теплопотерь зимой и избыточного тепла летом, можно значительно
увеличить общее термическое сопротивление объекта и пересмотреть принцип организации отопления-охлаждения. Так как основные теплопотери будут
приходиться на обеспечение рекуперативного воздухообмена, становится возможным применение единого источника «тепло-холод». Основным отличием
подобной системы от существующих является применение секционных теплоаккумуляторов и использование геотермической ступени в качестве источника
холода. Разумеется, для жилых помещений подобное устройство нуждается в доработке, но для монообъемных торговых и производственных комплексов
гарантировано значительное снижение энергозатрат. Частный случай подобной установки — источник холода на солнечной энергии, то есть система
подмеса охлажденного воздуха, использующая энергию солнечных батарей и обеспечивающая приток холодного воздуха в вентиляцию только тогда, когда
это необходимо (то есть в летний период, когда солнечная активность максимальна).
ООО «ВЭА АСК» образовано в августе 1990 г. и является одной из первых коммерческих организаций постсоветского Витебска. Основное направление
деятельности — выполнение строительно-монтажных и отделочных работ. Компания принимала участие в новом строительстве и реконструкции ряда
объектов Витебска, Минска, Москвы, является победителем конкурса «Лучший предприниматель Витебской области» в номинации «Строительство» (2000
г.). С 2002 г. активно развивает собственные разработки в области энергоэффективного строительства. В 2005 г. ООО «ВЭА АСК» позиционирует на
строительном рынке Беларуси новый вид услуг — энергоэффективный тюнинг. Это комплекс мероприятий по проектированию, реконструкции, новому строительству и инженерному обеспечению зданий и сооружений, осуществляемых с целью существенного снижения энергетических эксплуатационных расходов.
В Москве ООО «ВЭА АСК» сотрудничает с Российской академией архитектурных и строительных наук. В конце ноября 2004 г. состоялась встреча
руководства компании с мэром Москвы Юрием Лужковым, которому была представлена программа «Солнечный город». Сейчас она рассматривается мэрией на
предмет ее применения. Для Москвы данная идея особенно актуальна по причине значительного распространения здесь подземного и широкоформатного
строительства. Так, площади последних по времени сдачи в эксплуатацию московских торговых комплексов достигают 300 тыс. м2. Внедрение
предлагаемой идеи вполне может улучшить инсоляцию как существующих, так и проектируемых объектов в Беларуси.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 07 за 2005 год в рубрике энергетика
