Особенности современных зданий

Однозначного ответа на вопрос, какими должны быть современные здания, не существует. Ибо при проектировании и строительстве любого добротного дома необходимо увязывать между собой множество требований и ограничений. А они в той или иной мере противоречат друг другу. И так называемый человеческий фактор не следует забывать. Скажем, у архитектора одни мысли, у строителя – другие, у заказчика – третьи. Вместе с тем все ярче вырисовываются основополагающие решения современных построек. И ускоряет данный процесс матушка-природа.

Окружающая среда заставляет строить по-новому

В течение последних десятилетий развитие техногенной деятельности человечества происходит особенно интенсивно. Однако основывается она пока преимущественно на невозобновляемых источниках энергии: нефти, газе, угле. В связи с этим возникли две фундаментальные проблемы.

Первая проблема – энергетическая. Так, разведанных запасов угля хватит ориентировочно лет на 400, нефти и газа – на 30–35 и 45–50, соответственно. И хотя со временем будет освоена и часть прогнозных ресурсов этих ископаемых, стоимость их добычи будет постоянно возрастать. Вторая проблема – экологическая. Она проявляется в антропогенном загрязнении биосферы, которое приобретает все более грозные масштабы. Причем отнюдь не последнюю роль в загрязнении важнейшей части биосферы – атмосферы играют выбросы парниковых газов при отоплении зданий. Именно на них, по утверждению известного британского архитектора Нормана Фостера, приходится половина потребления энергии в развитых странах. Уместно подчеркнуть, что масштабы и скорость наступления катастрофических последствий неразумного хозяйствования людей на своей не очень-то большой планете ими же, скорее всего, явно недооцениваются. Но, похоже, природные катаклизмы последнего времени, не обошедшие стороной и казавшуюся раньше относительно безопасной в этом отношении Европу, заставляют строить по-современному и Беларусь.

Современные значит жизнеутверждающие

Теперь любому зданию надлежит быть, по меньшей мере, энергоэффективным. Можно припомнить, что подобными строениями на продвинутом Западе начали серьезно заниматься после мирового энергетического кризиса начала 1970-х. Вообще, энергоэффективному зданию по определению присуще экономное или, точнее, эффективное расходование энергии. Для такой современной постройки, кроме того, характерно высокое качество микроклимата, достижение которого является приоритетной задачей. Пока Беларусь не без значительных проблем подходит к массовому возведению в некотором смысле энергоэффективных объектов, на том же Западе развивается такое направление, как строительство зданий эпохи устойчивого развития. Это так называемые sustainable buildings, что в переводе с английского означает «жизнеспособные здания». А известный российский ученый Юрий Табунщиков ввел в обиход понятие «жизнеудерживающие здания». Впрочем, проникнувшись пафосом принципиально новой архитектуры, оправданно называть их даже жизнеутверждающими. Ведь они предназначены для функционирования в полной гармонии с человеком и окружающей средой.

Здание-опекун как системный продукт

Никакого поистине энергоэффективного здания не выйдет, если при проектировании не рассматривать его как единую энергетическую систему. Простое суммирование даже самых лучших, но не взаимоувязанных решений не отвечает принципам системности и, как правило, влечет за собой заметное ухудшение энергетической и экономической эффективности проекта.

Современные энергоэффективные здания имеют сбалансированные и примерно равноценные по значимости архитектурные, конструктивные,
конструктивно-технологические и инженерные решения. В целом такие объекты представляют собой одновременно тепловые ловушки, солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты. Причем делать их такими следует в первую очередь за счет архитектурных приемов, во вторую – за счет конструктивных решений и в третью – за счет верно подобранного инженерного оборудования. Очевидно, для оптимального и согласованного функционирования всех их компонентов современные здания надо автоматизировать. Здесь стоит назвать еще один важный термин – «интеллектуальное здание» (IB – intelligent building). Подобный архитектурный объект оснащается настолько умной автоматикой, что впору говорить о том, что он самостоятельно опекает и лелеет своих обитателей. Иными словами, надежно поддерживает на должном уровне свое состояние и сам отвечает за свою эксплуатацию.

Полусфера не подходит

Форма наружной оболочки современного здания в энергетическом отношении должна быть оптимальной. То есть отношение площади оболочки к отапливаемому объему, расположенному в ее пределах, должно быть минимально возможным. Значит, самая энергоемкая форма – полусферическая. Еще один плюс такой оболочки – ее наилучшим образом обтекают ветровые потоки. Однако с объемно-планировочной и строительной точки зрения полусфера имеет существенные недостатки. Так, она предполагает наличие неиспользуемых, используемых нерационально или неудобных в эксплуатации мест здания, вызывает трудности в устройстве криволинейных конструктивных элементов и их сопряжений (например, наружной облицовки на относе, бетонной и железобетонной части наружных стен и покрытия), усложняет задачу разводки инженерных коммуникаций. Подобные минусы присущи также конусным и пирамидальным обводам. Стало быть, предпочтение нужно отдавать вертикальным стенам. При этом здание в плане может быть круглым, многогранным и прямоугольным, в том числе квадратным. Эффективны в энергетическом отношении закругленные углы наружных стен. И по возможности следует избегать внутренних углов наружных стен. Впрочем, тут необходима оговорка – речь идет о жилых и подобных им по архитектуре общественных зданиях. А, например, для определенных производственных и уникальных общественных объектов как нельзя лучше подходят большепролетные конструкции – в частности, оболочки двоякой гауссовой кривизны.

Без правильной ориентации не обойтись

Современные здания необходимо правильно ориентировать по сторонам горизонта. В Беларуси наибольшие по площади фасады с максимумом остекления должны быть обращены на юго-запад или немного южнее (с отклонением до 10° от юго-западного направления к югу). Такая их ориентация диктуется как особенностями солнечного сияния, так и направлением господствующих ветров. За этими фасадами следует располагать преимущественно помещения дневного пребывания. Спальни, санитарно-технические узлы, кладовые, лестницы, гаражи, коридоры и другие коммуникационные и вспомогательные помещения разумно размещать не на самой солнечной стороне здания. И в принципе следует стремиться к минимально возможной площади светопроницаемых наружных конструкций, имеющих, как правило, сравнительно низкую теплоизолирующую способность. Ведь в Беларуси число часов солнечного сияния (а значит, количество солнечной энергии) в холодное время невелико. По этой же причине наши теплицы (зимние сады, оранжереи, галереи) должны иметь скромную глубину – видимо, не более 1,8 м. При этом величину сопротивления теплопередаче стены, которая закрыта остеклением теплицы, логично принимать не менее чем 0,75 аналогичной величины для рядовой наружной стены. В определенных случаях хороши внутренние дворики – атриумы.

Красота красоте рознь

С брежневских времен в Беларуси стали возводить изогнутые в плане многоэтажные здания массовой застройки, во многих случаях состоящие из блок-секций переменной этажности. При этом их расположение на местности носит в значительной степени вольный характер. С одной стороны, это красиво – по сравнению с унылой застройкой первых микрорайонов. Но во всем, как известно, нужна мера. А доведенная почти до абсурда композиционная свобода имеет мало общего не только с современными подходами к проектированию, но и с красотой. Пример морально устаревшей городской архитектуры на фото 1 – это сравнительно молодые «каменные джунгли» Минска. Но зачастую и современные решения на белорусской земле далеки от идеала.

На фото 2 и 3 – немецкое энергоэффективное общественное здание с атриумом. Такой вариант в данном случае оправдан достаточной продолжительностью солнечного сияния во время мягкой зимы. Здесь даже есть специальная труба (фото 3), в которую с целью отопления здания закачивается теплый воздух из-под стеклянной крыши. У нас же неоправданно большие площади остекления на ряде новых объектов являются лишь данью моде. К примеру, огромная стеклянная стена главного фасада минского железнодорожного вокзала «смотрит» на северо-восток.

Архитектурные штаны

У белорусских студентов-архитекторов и их наставников в моде здания самых замысловатых очертаний. Иной раз в учебном проекте коттедж напоминает либо пытающуюся завязаться в узел селедку, либо упавшие с бельевой веревки штаны. Впрочем, в процессе приобщения к таинствам профессии даже самые умопомрачительные формы могут быть полезны. Беда, когда ими одержимы взрослые архитекторы. Тем более если они проектируют массовое жилище. И будто бы играют в кубики (фото 1). Между тем самые свежие научные данные свидетельствуют: через пять-десять лет на Земле могут возникнуть серьезнейшие проблемы с климатом. Конечно, если люди прямо сейчас не перестанут бездумно калечить свою среду обитания, в том числе расточительно возводить и эксплуатировать здания. Далее уместно привести несложные геометрические построения и результаты соответствующих расчетов. Они, между прочим, способны многое объяснить в отношении формообразования архитектурных объектов.

Математикой по излишествам

На рисунке А показаны две схемы планов умозрительных зданий одинаковой конструкции и с равной площадью окон и входных дверей. Один план, заштрихованный горизонтальными линиями, квадратный. Другой план, заштрихованный вертикальными линиями, имеет двенадцать углов. Площади обоих планов одинаковы. Зато периметр второго длиннее периметра первого примерно в 1,41 раза. Стало быть, и площадь вертикальных наружных ограждений, если их высота в двух случаях одинакова, у второго здания будет во столько же раз больше. Это же касается и потерь тепла через вертикальную часть наружной оболочки второго объекта. Впрочем, если углы стен той и другой постройки выполнить традиционным образом, то эти не самые лучшие в теплотехническом отношении места дадут весомую прибавку к уже начисленному 41 проценту превышения. Восемь дополнительных углов здания усложненной формы отмечены кружками.

На рисунках Б и В – объемные схемы еще одной пары умозрительных отапливаемых построек. Обе состоят из четырех одинаковых частей в форме коробок – прямоугольных параллелепипедов. Значит, объемы этих зданий равны. Но не равны площади их наружных ограждений. Во втором случае дополнительной оказалась крыша одной коробки. Кроме того, прибавилось четыре проблемных горизонтальных угла. Они отмечены цилиндрами. А что получится, если план показанной на рисунке В постройки еще и усложнить – примерно так, как во втором случае на рисунке А? Совсем плохо в отношении теплопотерь получится. Вот почему, в первую голову, современные здания не должны отличаться сложными формами наружной оболочки.
Чем шире, тем лучше

Уменьшению потерь тепла способствуют и широкие корпуса домов – в частности, больших многоквартирных. Оптимальный широкий корпус – это двадцать метров или немногим более. Опять порция математики. Пусть, к примеру, ширина одного умозрительного здания в виде прямоугольного параллелепипеда составит одну единицу, а другого, того же вида, – две единицы. При этом у них будут одинаковыми объемы и высота (восемь единиц). Если длину первого принять равной тоже восьми единицам (это всего лишь удобное арифметическое совпадение), то длина второго окажется в два раза меньше. Далее надо вычислить отношения площадей наружной оболочки к объему обоих зданий. В случае узкого корпуса получается 2,38, а в случае широкого – 1,63. Очевидно, в энергетическом плане второй вариант гораздо лучше. Еще нюанс. По возможности два или несколько зданий следует объединять в одно. Доказательство от противного: если разделить одно здание на два, выйдет две новые наружные стены, через которые будет дополнительно теряться тепло. А что с небольшими зданиями в данном смысле делать? Блокировать. Создавая при этом, если есть возможность, внутренние дворики. Подобные дворики, кстати, зачастую служат неотъемлемыми элементами больших зданий с широкими корпусами.

Нет правил без исключений

Конечно, напрочь отменить наружные оболочки усложненной формы (шатрового типа или двоякой гауссовой кривизны) в жилых и подобных им общественных зданиях едва ли удастся. Хотя бы по той причине, что всегда найдутся люди, которым без них жизнь не мила. Любопытный вариант из немецкого опыта экологического строительства показан на фото 4 и 5. Это проектная мастерская. Основная часть ее светонепроницаемой оболочки выложена из профилированных (оцилиндрованных) бревен. На южном фасаде – теплица. В холодные периоды года она играет роль как теплового буфера (в пасмурную погоду и темное время суток), так и отопительного элемента («заряжаясь» достаточным количеством энергии, когда светит солнце).

Вершина крыши представляет собой светопроницаемый фонарь. Нелишне заметить, что эффективность верхнего естественного освещения гораздо выше, чем аналогичного освещения через вертикальные окна. Светонепроницаемая часть кровли – с грунтовым покрытием и озеленением. Это чуть ли не идеальный вариант приспособления здания к ветру и уменьшения его перегрева в жаркую погоду. На отопление рассматриваемой немецкой постройки тратится совсем немного энергии. Это здание является, в полном смысле этого слова, энергоэффективным и неплохо могло бы смотреться даже на какой-нибудь белорусской опушке.

О балконах лучше забыть

Все отлично знают, что большое количество зданий в виде унылых прямоугольных параллелепипедов – зрелище не самое приятное. Такое мы, как говорится, проходили. Для спасения положения предназначены, в первую очередь, лоджии, террасы и галереи. Но в современных зданиях им положено представлять собой независимые конструкции. Почему, спрашивается? Дело в том, что, будучи внедренными в несущую часть стен с высокими теплотехническими свойствами, в состав которых во многих случаях входит слой эффективного утеплителя, они его пересекают и образуют «мостики холода». Самой неудачной конструкцией в этом плане видится балкон, плита которого в классическом конструктивном исполнении является заделанным в стену консольным элементом. Что касается лоджий, террас и галерей, то их целесообразно просто приставлять к основному объему здания в виде самостоятельной этажерки. Ее элементы небольшой площади поперечного сечения могут входить в наружную оболочку здания исключительно в целях обеспечения устойчивости пристройки. На фото 6 показан берлинский вариант приставных лоджий, за которыми находится вентилируемая стена с экраном из керамогранитных плит.

(Продолжение следует)

Дмитрий ЖУКОВ,
канд. техн. наук
фото и рисунок автора