Устойчивая архитектура - вектор системного развития проектной деятельности

Эко-концептуальная архитектура

Eco-conceptual architectural design

Учебное пособие

 

Допущено Уральским отделением Учебно-методического объединения вузов РФ

по образованию в области строительства в качестве учебного пособия

для магистров, обучающихся

по направлению 270800 – «Строительство» по всем формам обучения

 

Екатеринбург 2017

УДК 621.311.22:005 (075.8)

ББК 65.305.142 – 21я73

Э ХХ

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор А.Л. Кришан

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Заслуженный строитель России В.Н. Падчин

Генеральный директор Союза строителей Свердловской области

 

Авторы:

Родина Е.В., Мальцева И.Н., Ведищева Ю.С., Елохов А.Е., Мальцева К.В., Матвеева И.В., Монастырев П.В., Сергеева А.А., Шароварова Е.П.

 

Со-редакторы:

к.т.н., доцент Е.В. Родина

к.т.н., доцент И.Н. Мальцева

Э ХХ Эко-концептуальное архитектурное проектирование: учебное пособие / Под общ. ред. Е.В. Родиной, И.Н. Мальцевой – Екатеринбург: Изд-во ХХХ, 2017 – ХХХ с.

 

ISBN

 

В учебном пособии, разработанном научно-педагогическими работниками трех университетов: Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ), Воронежского государственного технического университета (ВГТУ), Тамбовского государственного технического университета (ТГТУ) и Института пассивного дома (Москва) в рамках международного проекта ERASMUS+ «Магистерская программа по инновационным технологиям в сфере энергоэффективного строительства для университетов и предприятий РФ и Армении» (ERASMUS+ MARUEEB), рассматриваются возможности и условия типологического развития зданий и сооружений в процессе их жизненного цикла, приведены примеры формирования и развития актуальных моделей в системе «зеленых» зданий в контексте глобальной адаптивной архитектуры; раскрывается роль влияния климатических условий местности на принципы проектирования эко-зданий в Российской Федерации, с указанием проектных норм по их ориентации; обсуждается характер влияния ветра на здания, их инфильтрацию и эксфильтрацию; приводится обзор отечественного и зарубежного опыта проектирования строительства энергоэффективных и пассивных зданий; раскрываются принципы и критерии экосертификации объектов «зеленого» строительства. А также дан обзор основных международных архитектурно-строительных конкурсов (США, Европа, Азия), вместе с практическими рекомендациями об эффективном участии в них.

Учебное пособие написано коллективом авторов: Часть 1 Введение – доцентом Е.В. Родиной. Часть 2 – доцентом Н.Н. Каганович и Е.П. Шароваровой (УрФУ, Екатеринбург). Часть 3 – профессором П.В. Монастыревым, ххх И.В. Матвеевой, ххх А.А. Сергеевой (ТГТУ, Тамбов). Часть 4 (раздел 4.1) – А.Е. Елоховым (Институт пассивного дома, Москва), Ю.С. Ведищевой (УрФУ, Екатеринбург). Часть 5 – доцентом И.Н. Мальцевой, К.В. Мальцевой (УрФУ, Екатеринбург). Части 6, 7, 8 – доцентом Е.В. Родиной (ВГТУ, Воронеж). Часть 9 Заключение – доцентом Е.В. Родиной (ВГАСУ, Воронеж).

Учебное пособие предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 08.04.01 «Строительство», а также для бакалавров, аспирантов, преподавателей и научно – технических работников, специализирующихся в области энергосбережения.

 

УДК 621.311.22:005 (075.8)

ББК 65.305.142 – 21я73

ISBN                                                                          © Авторы публикаций, 2017

© Дизайн обложки Кобзева С.В., 2017

© Оформление Изд-ва Першина Р.В., 2017

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

Введение

       Дорогие студенты! Перед вами учебное пособие «Эко-концептуальный архитектурный дизайн», созданное усилиями профессоров и доцентов трех университетов: Уральского Федерального Университета им. Б.Н. Ельцина, Воронежского Государственного Технического Университета и Тамбовского Государственного Технического Университета, в рамках нового образовательного проекта магистерской программы MARUEEB (Master Degree in Innovative Technologies in Energy Efficient Buildings for Russian & Armenian Universities and Stakeholders), cофинансируемого программой Erasmus + Европейского Союза. Авторы данного пособия надеются, что представленные здесь материалы послужат хорошей стартовой базой в области проектирования энергосберегающих зданий и вдохновят вас, дорогие наши студенты, будущих специалистов в области энергосбережения на создание уникальных эко-концептуальных архитектурных проектов. Ведь сегодня проблема энергосбережения – это мировая проблема! Это вызов! При этом проектирование экологически устойчивых зданий обнаруживает себя как чрезвычайно интересная и трудная задача, при которой проектировщик фактически должен стать «ловцом» сил природы этого мира, направляя эти силы на обслуживание проектируемых архитектурных пространств, с целью экономии природных ресурсов и не загрязнения окружающей среды!

       Данное учебное пособие открывает Глава 2, «Концептуальное развитие архитектурной типологии эко-устойчивых зданий», в которой вы найдете базовую информацию о концепции устойчивого развития архитектуры, принятой на сегодняшний день мировым сообществом; о типологии архитектурного пространства, как альтернативного метода классификации зданий и сооружений по отношению к основному, до недавнего времени общепринятому - классификации зданий и сооружений по функциональному признаку. Здесь же дается объяснение эволюции понятия «Архетип», как принципа организации различных видов архитектурных пространств, а корреляция таких понятий как «форма» и «функция» дается в тесной связи с конструктивным решением зданий. Далее в главе обсуждаются возможности и условия типологического развития зданий и сооружений, в процессе их жизненного цикла, а также основные критерии устойчивого развития архитектуры. На сегодняшний день (2017), постепенно складывается системный ряд новых моделей зданий в рамках традиционных классификаций, которые подробно описываются в данной главе. В заключении приведены примеры формирования и развития актуальных моделей в системе «зеленых» зданий в контексте глобальной адаптивной архитектуры.

       Энергоэффетивными можно считать сооружения, в которых экономия энергоресурсов достигается за счет применения инновационных решений, которые приемлемы с экологической и социальной точек зрения, технически осуществимы и экономически обоснованы. В этом контексте, Главе 3, «Архитектурное и объемно-планировочное решение энергоэффективных зданий», представляет много интересного наглядного материала (планов, разрезов и фасадов различных типов «зеленых» зданий – жилых и общественных). Также здесь раскрывается роль влияния климатических условий местности на принципы проектирования эко-зданий в Российской Федерации, с указанием проектных норм по их ориентации; обсуждается характер влияния ветра на здания, их инфильтрацию и эксфильтрацию. В главе указывается, что наличие сложногорельефа может существенно влиять на принимаемые проектные решения. В связи с этим рассматриваются различные типы ландшафта и водоемы. Особый интерес представляет таблица «Основные закономерности формирования микроклимата в различных условиях подстилающей поверхности», которая дает информацию для проектировщиков о том, какие склоны наиболее предпочтительны для создания разных типов энергоэффективных зданий в районах с различными климатическими условиями. Далее обсуждается роль зеленых насаждений и их оптимальное расположение относительно здания в различных климатических зонах. Многочисленные исследования показывают, что зеленые насаждения и травяные покрытия в летний период благоприятно воздействуют на радиационный режим застройки, снижают тепловую нагрузку на открытые поверхности, уменьшая поступление солнечной радиации. В данной связи подробно рассмотрены принципы естественного охлаждения и нагрева зданий. Большую часть этой главы составляет подробное описание различных видов и типов «зеленых» жилых зданий (гелиозданий «солнечных зданий», ветроэнергоэффективных зданий, зданий с применением гидро и геотермальной энергии, заглубленных зданий). В заключении представлены оригинальные примеры архитектурно-планировочного решения энергоэффективных общественных зданий из городов мира.

       В Главе 4, «Обзор отечественного и зарубежного опыта проектирования строительства энергоэффективных зданий в начале 21 века», даются примеры реализованных пассивных домов Европы - Германии, Австрии, Норвегии, Франции (таунхаусы, коттеджи, многоквартирные жилые дома, школы, офисные и административные здания, реконструкция старых зданий). Далее обсуждаются особенности проектирования энергоэффективных и пассивных зданий в странах Азии, приводятся примеры реализации энергоэффективных объектов. Подчеркивается грамотное использование Азиатками проектировщиками природных условий площадок строительства, а также применение последних инженерных и объемно-планировочных решений, значительно повышающих энергоэффективность зданий. В заключении рассматривается проектирование и строительство энергоэффективных и пассивных зданий в США и Канаде.

Глава 5, «Эко-сертификация объектов «зеленого» строительства в России и за рубежом», затрагивает описание очень важного практического инструмента «зеленого строительства», а именно системы сертификации или рейтинговые системы для оценки показателей зданий на этапах проектирования, строительства и эксплуатации. Диверсифицированная структура систем сертификации, учитывающая различные критерии, позволяет оценить энергоэффективность и ресурсосбережение здания для обеспечения его обитателей соответствующим уровнем комфорта и функциональности. Таким образом, каждый этап при «зеленом» строительстве выполняется в соответствии с экологической целесообразностью. Оценка здания как среды обитания относится не только к самому строительному объекту, а ко всему, что входит в понятие «среда обитания», в том числе и к окружающему здание пространству. Данная глава описывает основные, принятые сегодня в мире, системы сертификации «зеленых» зданий: Стандарт BREEAM (Великобритания), Стандарт LEED (США), Стандарт WELL (США), Стандарт LBC (США), Стандарт DGNB (Германия), Стандарт GREEN ZOOM (Россия), Стандарт HQE ™ (Франция), Стандарт Three Stars (Китай), Стандарт CASBEE (Япония), Стандарт «Green Star» (Австралия) и Стандарт «LEED India» (Индия). В заключении подчеркивается, что внедрение «зеленых» стандартов – это долгое, дорогостоящее и кропотливое дело. Однако, давление рынка стремительно нарастает, в результате каждое предприятие будет вынуждено радикально пересмотреть свой бизнес на основе современных экологических требований к ресурсосбережению, технологичности и социальной ответственности. Главной задачей зеленых стандартов завтрашнего дня будет комплексная эффективность или жизнеустойчивость объекта в пределах всего жизненного цикла искусственной среды обитания человека, интегрированной в естественную.

       В Главе 6 «Обзор крупных международных архитектурных конкурсов по проектированию энергоэффективных зданий» (“Overview of major international architectural competitions in the design of energy efficient buildings") информация дается на английском языке. Это сделано не случайно. Данная магистерская программа предоставляет возможность студентам участвовать в международных конкурсах по выбору (4 семестр, команды до 5 человек), а так как международный язык конкурсов – английский, то и информация о них предоставлена на этом языке. В начале дается обзор современных типов, форматов и категорий международных конкурсов по проектированию «зеленых» зданий. Далее обсуждаются главные конкурсы по проектированию энергосберегающих зданий в США (Solar Decathlon 2017 Competition and ASHRAE 2017 Student Design Project Competition). Потом описываются основные международные концептуальные конкурсы по проектированию высотных зданий (Major Tall Building international competitions: CTBUH International Student Tall Building Design Competition, eVolo Skyscraper competition), которые хотя и не являются узко специализированными, однако экологичность является одним из главных их требований. Данные конкурсы будут особенно интересны многопрофильным студенческим командам, участники которых горят желанием создать новые модели небоскребов с необычной архитектурной и инженерными системами, позволяющими экономить энергию нашей планеты. Затем, обсуждаются основные архитектурные конкурсы Европы (Major international competitions (Europe)), такие как Olymp’Arts Competition 2019, The International Competition in Architecture: Imagine your Future; Make Your Dreams Real. В заключении описаны ведущие международные конкурсы Азии в контексте «зеленого» дизайна (FuturArc Prize, ITAD competition). 2019 Внимание! Подать заявку на участие в конкурсе по дисциплине архитектура можно до конца этого, 2017 года!. Тема конкурса «Энергия», в остальном полная свобода! Подача заявок на остальные, описанные в данном пособие конкурсы, в 2017 году уже закончилась, но откроется снова в 2018!

       Глава 7, «Основные критерии отбора победителей международных архитектурных конкурсов по проектированию энергоэффективных зданий» (“The main criteria for the selection of the winners of international architectural competitions in the design of energy efficient buildings"), является продолжением предыдущей. Она также написана на английском языке. Информация в этой главе направлена на то, чтобы помочь студентам наиболее эффективно подготовиться к принятию участия в международных конкурсах. В начале главы описываются 10 мегатрендов, формирующих будущее «зеленого» строительства через призму концепции «Прошлое + Настоящее + Будущее». Далее даются советы по оптимальной подготовке, этике поведения и выбору подходящих видов конкурсов. Дается информация по наиболее эффективной подаче проектных предложений (балансу между концептуальной и практической частью конкурсной заявки). В заключении приводится общеобразовательная информация о глобальном международном конкурсе для профессионалов (не для студентов!) Green Building & City Solutions Awards 2017 among professionals. Данные материалы направлены на то, чтобы студенты, решившие принять участие в международном конкурсе, не изобретали велосипед, а были готовы разрабатывать свои новые концепции опираясь на современные знания о стратегических направлениях развития эко-архитектуры в профессиональной среде в начале 21-го века.

       Глава 8, «Процесс подачи заявок на архитектурные конкурсы» (The application process for architectural competitions), является логическим завершение Главы 6 и 7. В ней описывается процесс подачи электронной заявки на конкурс; даются советы по пересылке проектных подрамников и файлов, обсуждается проблема оплаты регистрационного взноса (платить или не платить?). Рассматривается ценность виртуальных (компьютерные файлы) и реальных презентаций (планшеты и макеты). В заключении обсуждается очень важный аспект любого конкурса - deadline - крайний срок регистрации и крайний срок подачи проектных решений!

       В заключительной части всего пособия дан общий обзор целей и задачей данной европейской образовательной программы Эразмус+ MURAEEB.

       В конце предоставлен общий Глоссарий ко всем главам. Библиографические ссылки даются в конце каждой главы.

       Авторский коллектив данного пособия и вся международная команда проекта MURAEEB Erasmus+ надеется, что предлагаемое пособие «Эко-концептуальный архитектурный дизайн» в рамках инновационной магистерской программы “Master Degree in Innovative Technologies in Energy Efficient Buildings for Russian & Armenian Universities and Stakeholders" будет способствовать расширению мировоззрения и глобальных навыков студентов, оказывая тем вклад в будущее нашей планеты посредством сохранения ее экологии.

 

 

 

 

2. Концептуальное развитие архитектурной типологии

экоустойчивых зданий

Каганович Н. Н., доцент, Шароварова Е. П.,

Уральский федеральный университет

 

Устойчивая архитектура - вектор системного развития проектной деятельности

«Архитектор проектирует здания для настоящего, помня о прошлом и задумываясь о будущем, о котором, по сути, ничего не известно. Не существует технологических барьеров для возведения устойчивой архитектуры, одни лишь политические. Архитектура будущего может стать архитектурой настоящего.»

Норманн Фостер

(BERLOGOS интернет-журнал о

дизайне и архитектуре. 25.04.2016)

       Концепция устойчивого развития, принятая мировым сообществом, с учетом основных и наиболее важных критериев этого развития в целом подразумевает воплощение соответствующих принципов в различных сферах жизнедеятельности, обретая исключительное значение в области архитектуры и строительства. Архитектура, являясь универсальной составляющей бытия человека и общества, во все исторические эпохи была выражением духа времени и имела определенное для каждой эпохи содержание, "ее пространство это многомерная  жизненная среда человека и суб-система природы в контексте времени, информации и человека" [5, 80]. Самые первые попытки древнего человека обустроить примитивное жилище были не чем иным, как попыткой организовать пространство − искусственную среду обитания и жизнедеятельности, создать "вторую природу", тем самым положив начало наступлению человека на первозданную природу. С другой стороны, само развитие архитектурной теории и практики, начиная от исторически традиционных местных приемов до современных новаторских подходов, сохраняло в той или иной стремление и некий потенциал для преодоления этих противоречий. Тем не менее, сегодня эти противоречия углубились настолько, что ситуация стала угрожающей для обеих сторон, для будущих поколений и судьбы планеты.

       Архитектура, как искусственно созданная среда обитания, имеет две основные составляющие: сущностная и временная, которые в процессе своего развития и взаимодействия формируют на определенных этапах не только психологию ее восприятия, но прежде всего ее понимание, внося все новые и новые смыслы, объединенные сегодня в контексте общего развития актуальным понятием "устойчивость" (sustainability, deNachhaltigkeit). Сегодня это понятие вбирает в себя целый ряд определений и терминов, имеющих прямое отношение к архитектурной типологии: "зеленые здания", экоустойчивые здания, энергоэффективные здания и соответственно: "зеленая архитектура", экоустойчивая архитектура, экологическая архитектура – аркология, "низкозатратная архитектура" и проч.

Архитектура, как составляющая материальной среды и духовной жизни общества, будучи по мере его исторического развития изменяемой, остается в определенном временном отрезке стабильной, что в целом определяется понятием "динамического баланса", который и обеспечивает ее устойчивость, а стабильное и изменяемое это не что иное как элементы "устойчивости". Рассматривая понятие "стабильное устойчивое" можно выделить материально-духовную составляющие: сохранение историко-культурного наследия и памятников архитектуры в том числе, как основы культурной идентичности народов. Вектор устойчивого развития в данном контексте определяется сохранением и транслированием. При этом в объектах прошлого проявляется типичное и уникальное, происходит процесс интегрирования в статус памятников архитектуры. Стабильное характеризуется, прежде всего, физико-механической прочностью, инженерно-технической надежностью, способностью к сохранению и инерционности свойств. Понятие "изменяемое устойчивое" можно рассматривать как реакции на различные внешние и внутренние изменения в обществе (включая инновационные технологии) и в природной среде, а свойства архитектурной формы: адекватность по отношению к внешним факторам и эволюционность по отношению к внутренним и внешним факторам. Как результат - трансформация и преобразование архитектурной формы: морфология (строение), семантика (значение) и функционального назначения. Непрерывность процесса изменяемости это по сути трансформация его в "стабильное", архитектурная форма становится устойчивым элементом среды жизнедеятельности, определяя основные аспекты устойчивого развития: экономические, социальные, экологические, важно при этом выявить оптимальное соотношение стабильного и изменяемого. Можно также представить стабильное как каркас, а изменяемое как ткань архитектурной формы, а в прямом смысле − организация архитектурного и природного пространства и оболочки формы, при этом, выявляются три типа:

- стационарная форма, обеспечивающая микроклимат за счет инженерных систем и частично изменения формы оболочки (многофункциональный комплекс Riverview, Pelli Clarke Pelli Architects, Ухань, Китай, сертифицированный по BREEAM);

- передвигающаяся (динамичная) архитектурная форма, чувствительная к погодным изменениям за счет движения оболочек постройки: раскрытия/закрытия, перемещения форм, изменения углов наклона козырьков, жалюзи, навесов - «Скользящий дом» (dRMM Architecture, Суффолк, Великобритания) (рис. 2.1);

- интерьерное пространство, содержащее фрагменты природной среды, влияющие на микроклимат объекта (Cybertecture Egg арх.James Lau, Мумбаи, Индия) Эти работы осуществляются в рамках исследования биоадаптивных оболочек здания [9, 6-7].