Ассоциация Производителей Энергоэффективных Окон
Ассоциация Производителей Энергоэффективных Окон




АРХИТЕКТУРА И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

автор Л.В. Хихлуха
академик-секретарь отделения архитектуры РААСН

Наша страна наряду с Монголией - самые холодные в мире. Потому особую важность в России имеют эффективные системы производства тепловой энергии, методы ее транспортировки с наименьшими потерями и технологии экономного потребления. В этом-то и состоит объективная истина формообразования и стилевого характера отечественной архитектуры.

Проблема отопления жилищ в России столетиями решалась посредством сооружения массивных каменных и деревянных стен, оконные проемы имели небольшую площадь. Особо расточительным по теплопотреблению стал период строительства панельных домов первых массовых серий в 1950-1960-х годах. Беспредельно низкие строительные нормы теплоизоляции конструкций действовали до 1994 года, следовательно, самое большее количество существующего жилья возведено по этим нормативам. Вот чем объясняется энергетический кризис, который сейчас переживает жилищно-коммунальная отрасль. Большинство населения не имеет физической возможности сократить расход энергии (прежде всего, тепла в системах централизованного отопления). Нет и финансовой мотивации к экономии в потреблении энергоресурсов. Поэтому важнейшей частью нового этапа жилищной политики является не только развитие строительства, но и модернизация и реконструкция существующего жилищного фонда с учетом сохранения и обновления жилья, снижения расходов на энергопотребление.

Как было уже сказано, теплосбережение в России вплоть до 1990 годов решалось за счет массивных конструкций (их масса на один м2 общей площади зданий из панелей поперечно-стеновой системы составляла 1,5 т, из крупных блоков - 1,75, а из кирпича продольно-стеновой системы - 1,9 т). Применение ресурсo- и энергоэффективных конструкций на основе смешанных архитектурно-строительных систем с использованием эффективных утеплителей снижает удельный вес здания в 2-2,5 раза по отношению к традиционным конструкциям. Тем не менее, в крупных городах продолжается массовое многоэтажное крупнопанельное домостроение на основе существующей производственной базы.

Достичь энергетической эффективности возможно только при системном подходе, учитывая два направления работы: обеспечение энергоэффективности, во-первых, зданий, а во-вторых - систем теплоснабжения. Если 30 % энергоресурсов связано с непроизводительными потерями в установках генерации, при транспортировке, распределении и учете тепловой энергии, то значительные потери энергии происходят непосредственно при потреблении, включающем в себя множество составляющих. Одна из них на данном этапе - теплоизоляция ограждающих конструкций (в том числе светопрозрачных ограждений), по которым уже приняты соответствующие нормативы. Известный в практике проектирования коэффициент комнатности как характеристика объемно-планировочного решения до сих пор не увязан с показателем удельного расхода тепла на отопление. Между тем он может и должен служить объективной характеристикой теплоэффективности здания. Проблема создания среды жизнедеятельности в соответствии с принципами устойчивого развития является сложной и многогранной. В наше время ее невозможно решить с использованием прежних моделей. После второй мировой войны в СССР господствовала идея обеспечения населения жильем в короткие сроки. Была поставлена задача скорейшей индустриализации строительства. Уменьшение количества типоразмеров строительных деталей и изделий, унификация вели к сокращению стоимости их изготовления, упрощению строительного производства на площадке, следовательно, к снижению стоимости самого строительства. Внедрение сборного железобетона положило начало новому этапу развития "архитектуры" с широким применением типового проектирования.

Сегодня мы признаем потребность в изучении и совершенствовании как проблемы в целом, так и архитектурных аспектов. Особое значение приобретают вопросы, связанные с окружающей средой, стоимостью, комфортом и надежностью эксплуатации зданий. Следует с горечью признать, что проектирование ведется без учета важнейших задач по созданию среды жизнедеятельности и человеческих потребностей, архитектурного формообразования зданий в зависимости от условий и места строительства. Несовершенство проектных решений, устаревшие нормативы, дефекты строительства и эксплуатации по-прежнему ведут к избыточным потерям тепла в зданиях (40 % - через ограждения, 30-40 % - через окна, 9 % - через крышу, 10-15 % - через полы первого этажа).

Относительный расход тепла на отопление зданий связан, прежде всего, с их геометрическими параметрами и функционально зависит от объемно-планировочного коэффициента (отношение периметра к площади здания или помещения при постоянной величине высоты этажа).

Следует иметь в виду, что из-за многофакторности исходных предпосылок, влияющих на оптимальный модуль ячейки, не может существовать одного оптимального решения, а должна рассматриваться некоторая область их вариантов. Это значит, что в основу проектирования должен быть положен ряд ячеек различных размеров, по которым можно выявить динамику изменения относительного расхода тепла. Только так мы сумеем определить наиболее экономичные модульные конструктивные ячейки. Расчеты показывают, что увеличение размера ячейки от 3,6 до 6 м приводит к снижению расхода тепла почти на 40 %. При дальнейшем увеличении - от 6 до 8,4 м и от 8,4 до 10,8 м - расход снижается только на 25 %, с 10,8 до 13,2м - на 18,5% и с 13,2 до 15,5 м - на 17%. Таким образом, варианты геометрических параметров энергоэкономичных ячеек целесообразно рассматривать в диапазоне от 3,6 до 10,8 м с учетом применения различных конструкций и материалов. Однако выбор оптимальной величины модульной конструктивной ячейки должен быть обоснован с точки зрения расхода не только тепла, но и основных строительных материалов и трудоемкости.

Оптимальные размеры несущих конструкций предусматривают получение достаточной надежности при минимальном расходе строительных материалов. Практика проектирования показывает, что увеличение пролета здания в 2 раза приводит к четырехкратному увеличению изгибающего момента, то есть к существенному утяжелению конструкций, поэтому размеры пролета должны определяться фактически необходимым свободным пространством. В противном случае увеличение габаритов ячейки при компоновке здания может оказаться дорогостоящим.

Поиски новых типов жилища в XXI веке, связанные с необходимостью изменения строительной типологии дома в соответствии с современными социально-экономическими условиями, направлены на создание приемов и схем, расширяющих возможности вариантного проектирования. Практика проектирования показывает, что в малоэтажном и многоэтажном домостроении предпочтительными и перспективными являются пролеты 4,8 м и 7,2 м. Пролет 4,8 м обеспечивает оптимальные архитектурно-планировочные решения в соответствии с действующими нормами проектирования. Он дает возможность получить рациональную ширину корпуса здания, а также самые разнообразные типы домов по двухпролетной схеме. Его применение допускает трансформацию планировочного пространства и вариантность проектирования. Пролет 7,2 м при однопролетной схеме оптимален для всех типов домов и позволяет осуществить кардинальную трансформацию архитектурно-планировочного пространства. Предпочтительность проектирования малоэтажных зданий на пролете 4,8 м и соответствующей ему конструктивной ячейке подтверждается современной отечественной и зарубежной практикой (в Швеции, США, Италии используется шаг стен, близкий к 4,8 м).

В ближайшем будущем станет нормой расширение типологии жилых зданий. Наряду с уже сложившимися относительно новыми для России малоэтажными и многоэтажными домами повышенной площади жилых ячеек, а также комфортности и качества должны появиться многофункциональные жилые структуры. Новая типология жилища и типов жилых домов повлекут за собой дальнейшую их дифференциацию в зависимости от уровня спроса и доходов потребителя. Но требования к энергосбережению остаются в силе. Типология жилого дома оказывает существенное влияние на потребление энергии, а главное - на эффективность ее распределения.

Российскими специалистами (на основе проведенных исследований и анализа передового опыта, накопленного в РФ и за рубежом) разработаны и внедряются архитектурно-строительные системы для зданий различного назначения с применением безригельного каркаса. Создание современного отечественного оборудования для выполнения работ в условиях строительной площадки позволило сократить материалоемкость таких зданий на 30-40 %, а трудоемкость - на 20 %. Построено уже несколько десятков 16-этажных жилых домов, в том числе в Москве и Московской области, в Краснодаре и других регионах страны.

В то же время качественные параметры применяемых сейчас архитектурных систем в большинстве своем не отвечают новым требованиям по энергоэффективности, ресурсосбережению. Большая часть объемов массового жилищного строительства выполняется по модернизированным типовым проектам с утеплением только ограждающих конструкций стен. Несмотря на новые требования по усилению теплоизоляции, практически все индивидуальные застройщики (а объемы осуществляемого ими строительства составляют более 40 % от общих объемов по стране) полностью их игнорируют.

В 1997 году была утверждена подпрограмма "Архитектурно-строительные системы жилищного строительства ГЦП "Жилище". В ней впервые рассматривались архитектурно-строительные системы нового поколения, обеспечивающие широкие возможности организации внутреннего пространства жилых зданий, гигиеническое качество, безопасность и комфорт жилья, а также повышение энергоэффективности и снижение материалоемкости строительства на основе технического перевооружения действующей материально-технической базы домостроения и создания новых технологий производства. К сожалению, они так и не получили своего осуществления в полной мере.

Открытая архитектурно-строительная система включает:

  • модули различных подсистем, для которых можно применить взаимозаменяемые узлы, детали и конструкции, созданные на основе существующей нормативной базы строительства;

  • возможности организации внутреннего пространства с использованием различных конструктивных решений зданий;

  • координированный набор типоразмеров унифицированных строительных изделий, которые могут применяться для возведения зданий различного назначения;

  • охват строительства как малоэтажного (до 4 этажей включительно) на основе легких унифицированных конструкций, деталей и элементов, так и многоэтажного - на основе каменных материалов или металлических конструкций, а также разнообразных легких ограждающих конструкций;

  • единую модульную систему и конструктивные элементы, взаимозаменяемые с элементами других архитектурно-строительных систем в соответствии с заданным уровнем унификации.

Высокий уровень унификации конструкций, изделий и элементов обеспечивается набором:

  • универсальных конструкций и элементов, из которых можно проектировать различные варианты систем;

  • универсальных узлов и сопряжении, обеспечивающих совместимость элементов независимо от выбранной конструктивной системы.

Создание открытой архитектурно-строительной системы на основе единой модульной координации должно обеспечить привязку всех элементов здания к модульным разбивочным осям и монтажным горизонтам независимо от материала и толщины сопрягаемых элементов и расположения их в плане. Одним из актуальных направлений ресурса- и энергосбережения является создание нового поколения элементов строительных конструкций массового применения (энергоэффективные ограждающие конструкции, светопрозрачные ограждения), обладающих повышенным уровнем теплозащиты. Производство таких изделий должно составлять основу строительной индустрии, а их применение позволит снизить стоимость, повысить качество и ускорить возведение объектов. Широкая номенклатура конструкций дает возможность проводить многовариантное проектирование, детально и с высокими потребительскими свойствами (надежностью, долговечностью, экологичностью, эстетичностью) отрабатывать конструктивные решения.

Формирование современного архитектурно-художественного облика застройки невозможно без элементов светопрозрачных конструкций. Повышение теплотехнических качеств окон, наружных остекленных дверей и витражей позволяет сократить потери тепла от общих в здании до 30-40 %. В настоящее время отечественные производители наладили выпуск современных переплетов из ПВХ-профилей, дерева, алюминия, дерево-алюминия для энергоэффективных окон (по разным оценкам - до 5 млн. м2). Однако при условии ежегодной замены остекления в существующих домах (5 % в год) и установки таких окон во вновь строящихся зданиях потребности регионов Российской Федерации возрастут в 5-7 раз.

По удельному весу в общем объеме жилищного строительства здания со стенами из кирпича и мелких блоков занимают в настоящее время второе место. В перспективе мелкоштучные материалы (в основном различные виды камней и блоков) могут с успехом применяться в малоэтажном строительстве при условии разработки конструкций, отвечающих требованиям теплоэффективности жилых зданий.

В основу архитектурно-строительных систем массового малоэтажного жилищного строительства, применяемых в городах и других поселениях, должны быть положены конструкции из местного строительного материала, древесины, а также созданные на основе тонкостенного металлического холодногнутого профиля и эффективных утеплителей в форме оставляемой опалубки.

Для развития деревянного домостроения необходимо наладить массовый выпуск индустриальных конструкций, изделий и деталей на базе открытой системы типизации, то есть совершить переход от типовых домов к унифицированным конструкциям для различных типов зданий.

Холодногнутые тонкостенные металлические несущие элементы применяются в качестве стоечно-балочных и плоских рамных систем, а также пространственных решетчатых ферм покрытий. Благодаря легкости обработки и разнообразию форм сечений их целесообразно использовать как несущие элементы зданий, кровли и стеновых панелей. Системы из монолитного железобетона на основе оставляемой опалубки из эффективных утеплителей являются стеновыми или каркасными. В зависимости от типа элементов опалубки они обеспечивают строительство стен и перекрытий зданий любой этажности, но особенно эффективны в малоэтажном жилищном строительстве в районах со сложными инженерно-геологическими и погодными условиями.

Для перехода к открытой архитектурно-строительной системе потребуется перестройка предприятий домостроения и промышленности строительных материалов. Решение этой проблемы должно исходить из необходимости преобразования производства на всех этапах создания готовой строительной продукции: от проектирования до возведения жилых зданий на базе разработки сырьевых запасов, производства строительных материалов и выпуска строительных конструкций.

Важнейшей частью нынешнего этапа жилищной политики на долгосрочную перспективу является не только новое строительство, но модернизация и реконструкция существующего фонда жилья с учетом его сохранения и обновления, снижения расходов энергопотребления и снижения выбытия по ветхости.

В настоящее время жилищный фонд России составляет более 2,8 млрд. м2, около 2 % из них является ветхим и аварийным, третья часть имеет физический износ более 30 %. Ежегодно выбывает около 4 млн. м2 жилья. Резкое сокращение финансирования на проведение капитального ремонта может привести к тому, что в ближайшие 10-15 лет значительное количество жилья из-за потери потребительских качеств станет неперспективным в качестве источника доходов местных бюджетов.

Сегодня требуется коренная комплексная реконструкция многих районов, изменение их пространственно-планировочной структуры, обновление архитектуры жилых домов, повышение технического качества квартир и инженерного оборудования. Основными объектами реконструкции должны стать районы морально и технически устаревшей по архитектурно-планировочным и техническим параметрам застройки, серой однообразной архитектуры, с большими ничейными и бесхозными дворами, внутриквартальными и микрорайонными пространствами, в которых человек не находит себе удобной экологической ниши и содержать которые в новых экономических условиях непосильное дело для муниципальных служб.

Проблема массового жилища особенно осложняется моральной и технической деградацией жилой застройки 1950-1960-х годов. Дома первых массовых серий требуют обновления, к тому же прошел нормативный срок проведения их капитального ремонта. Объем жилищного фонда пятиэтажек составляет порядка 250 млн. м2 общей площади, в Москве - более 20 млн. м2, в Санкт-Петербурге - более 10 млн. м2. В этом фонде размещается существенная часть социального жилья посемейного заселения (около 10 % всего жилищного фонда страны, в котором проживает более 15 млн. человек).

Зарубежный и отечественный опыт реконструкции показывает, что здание может быть повышено на 1-2 этажа за счет его расширения, увеличения размеров кухонь и летних помещений. Устройство мансард не только увеличивает общую площадь дома на 20-40 %, но и уменьшает потери тепла через кровлю на 7-9 %, значительно улучшая архитектурную выразительность здания.

В условиях рыночных отношений (установленной стоимости на землю, резко возросшей стоимости энергоносителей и основных строительных материалов) особенно ярко проявляется экономическая эффективность по следующим позициям:

  • реконструкция не требует нового участка земли;

  • прирост жилой площади происходит за счет реализации резервов на существующих территориях, а также градостроительного освоения малоуклонных, плоских крыш и пустующих чердаков зданий, пригодных для устройства надстроек (в том числе мансардного этажа как наиболее оптимального варианта) без отселения жителей, что в 1,5 раза дешевле, чем строительство на новых территориях. На 25-40 % снижаются расходы на создание инженерной и транспортной инфраструктуры;

  • реконструкция - одно из средств гармонизации квартирной структуры в существующих районах;

  • реконструкция повышает социальную привлекательность жилья, а с учетом получения дополнительных новых площадей (как правило, в центральных районах города) и его перспективность для инвесторов.

Начало эксперименту по реконструкции жилых домов первых массовых серий было положено в СССР еще в 1980-х годах, когда были реконструированы два здания в Минске и Краснодаре. Работы возобновились в середине 1990-х годов и в настоящее время развертываются в ряде регионов РФ.

Ведущими экспериментами стали пилотные проекты реконструкции 4-этажного дома в Лыткарино Московской области, 5-этажных панельных жилых домов в Санкт-Петербурге, Сургуте, кирпичного дома в Новочебоксарске Чувашской Республики. Завершаются работы по реконструкции 5-этажного панельного дома в Архангельске и 5-этажного кирпичного общежития в Северодвинске.

Главная цель эксперимента - капитальный ремонт существующих жилых домов с учетом утепления наружных ограждающих конструкций и замены внутренних сетей с установкой регулирующих приборов, системы инженерного оборудования, а также увеличение общей площади жилья за счет надстройки мансардного этажа. Работы проводились без отселения жильцов этих домов с обеспечением мероприятий безопасности во время производства строительных работ.

Опыт реконструкции пилотных объектов показывает реальную возможность обновления жилья без больших материальных и финансовых затрат, экономию тепла на 30-35 %, воды на 50 %, получения до 20-25 % дополнительной площади при надстройке зданий мансардным этажом. Часть прибыли от реализации, включая экономию энергоресурсов, может реинвестироваться в продолжение реконструкции.

Совершенствование архитектурно-градостроительных и социальных решений за счет реконструкции возможно в любых условиях, в малых, средних и крупных городах. Проблема в том, каким образом и в каких объемах производить изменения, чтобы материальные затраты не были чрезмерно велики, чтобы не был нанесен ущерб культуре и традициям, чтобы создавалась соразмерная человеку жилая среда.

Одна из важнейших задач проведения реконструкции жилищного фонда - это разработка стратегических направлений, определяющих архитектурную, градостроительную и техническую политику, которая бы обеспечивала динамику роста возобновления жилья и устойчивое развитие городов России.

источник www.stroi.ru
Архитектура и строительство Москвы, No.2-3 от 05.06.2003