Современные строительные технологии делают невозможное возможным. Сегодня дом – это не примитивная коробка с крышей. Здания становятся настолько «умными», что умеют самостоятельно дышать, вырабатывать электроэнергию, очищать воздух, а в перспективе, возможно, даже научатся думать.
ЗДАНИЯ ВЫРАБАТЫВАЮЩИЕ ЭНЕРГИЮ
Современному миру требуется все больше энергии. Концепция домов с «нулевым потреблением энергии» или «зеленых» зданий предполагает снижение энергопотребления до технологических минимумов. Однако новый тренд — создание зданий, производящих энергию, которая обеспечивает все энергетические потребности дома и даже превосходит их. То есть такие здания не только экономят электроэнергию, но и сами ее производят. Сейчас эта тенденция развивается преимущественно в двух направлениях: строительство зданий с интегрированными ветряными турбинами и зданий с фотоэлектрическими панелями. Ветер обычно выбирает путь наименьшего сопротивления, свободно обходя такие препятствия, как холмы, горные перевалы и здания, стоящие на пути. Если расположить ветряную турбину в одном из таких мест, можно увеличить производство энергии почти в два раза по сравнению с турбиной, генерирующей электроэнергию в невозмущенном потоке. Если же разместить ветрогенератор на подветренной стороне большого препятствия, выход энергии может сократиться на 50%. Учитывая эти особенности, архитекторы создали здания с интегрированными в них ветряными турбинам, фасады которых, помимо основной функции, выполняют роль усилителей ветровых установок, что позволяет генерировать больше энергии, чем ранее считалось возможным. Такие генерирующие ветер фасады способны преодолеть некоторые из проблем, традиционно присущих динамическим фасадам, например шум и вибрацию. Многие из зданий со встроенными ветроэнергетическими системами используют концепцию Wind Assisted Rotor Platform (WARP): устанавливают на внешней поверхности зданий обтекаемой формы небольшие ветровые турбины, вращающиеся модули которых направляют и усиливают потоки ветра (например, ветровые турбины, встроенные по краям в здания Chicago Parking).
Паркинг Greenway Self-Park, Чикаго, USA
Перед создателями 11‑этажного здания паркинга площадью 33 500 м 2 на 900 автомобилей было поставлено несколько главных задач: снизить выбросы углерода в атмосферу, уменьшить потребление электроэнергии и обеспечить работу паркинга за счет автономной системы энергообеспечения. В результате в юго-восточный угол здания было встроено 12 спаренных вертикальных турбин, поднимающихся выше уровня крыши и перенаправляющих вниз ветровые потоки. Выработанной электроэнергии вполне достаточно для освещения паркинга, а ее избыток передается в централизованную энергосистему города. Из других новаций в здании паркинга предусмотрены вентилируемый фасад, система сбора дождевой воды и «зеленая» кровля. На первом этаже здания расположены магазины, сам же паркинг, предлагающий своим клиентам полностью автоматизированную систему оплаты и парковки, начинается со второго этажа. Парковка для электрических транспортных средств предоставляется на бесплатной основе, равно как и станции для зарядки электромобилей. В 2011 году Greenway Self-Park был отмечен наградой Parking Institute Awards за лучший дизайн паркинга.
Башня ≪Жемчужная река≫ (PearlRiverTower), Гуанчжоу, Китай
Pearl River Tower — 71‑этажный небоскреб офисного назначения высотой 310 м — был задуман как энергоэффективное здание с положительным энергетическим балансом, которое бы полностью обеспечивало себя энергией, а ее излишки передавало в централизованную городскую энергосистему. Перед его создателями была поставлена задача собрать все самые передовые технологии в сфере «зеленого» строительства и органично воплотить их в одном здании. Большую часть электроэнергии небоскреб получает за счет энергии ветра. Этим продиктованы ориентация здания навстречу ветрам, дующим с юга, а также конструктивные особенности и форма фасада. Одним он напоминает гигантскую волну, другим — крыло с двумя поперечными щелями, куда устремляются потоки ветра, прежде чем попасть на лопасти турбин, спрятанных внутри здания. Эти ветряные туннели расположены на уровне 20–21 и 40–41 этажей, где дуют сильнейшие ветры, однако благодаря конструктивному решению фасада их скорость усиливается в 2,5 раза. В результате здание получает в 15 раз больше энергии, чем могли бы выработать обычные автономные ветряные мельницы. Кроме своего основного назначения, технологические отверстия на фасаде небоскреба способствуют уменьшению ветровой нагрузки на здание. Не менее активно в небоскребе «Жемчужная река» используется солнечная энергия. Фасад башни оснащен крупномасштабными солнечными батареями, генерирующими электроэнергию, а установленные здесь солнечные коллекторы обеспечивают обогрев здания и горячее водоснабжение. Проектировщики предусмотрели массу инноваций, существенно экономящих средства на обслуживание небоскреба. Вместо централизованного воздушного кондиционирования помещений применена система, основанная на циркуляции хладагента по разветвленным каналам, проложенным в полу. Снижению нагрева здания способствует специальное двойное остекление южного фасада (с вентиляцией между стекол) и антибликовое покрытие стекол в окнах. Использование естественного освещения максимизировано посредством датчиков управления светом, которые интегрированы в систему автоматизированных жалюзи. Причем сами жалюзи оборудованы фотоэлектрическими элементами и эффективно собирают солнечную энергию даже в закрытом состоянии. В башне налажен сбор дождевой воды и действует система очистки и рециркуляции технической воды (используемой, например, для слива), что сводит к минимуму зависимость от внешних источников водоснабжения. Позаботились проектировщики и о системе осушения воздуха, что необыкновенно важно для жаркого и влажного климата Гуанчжоу. К сожалению, мечта о «нулевом» небоскребе так и осталась мечтой. Зданию приходится потреблять электроэнергию из сети. Однако благодаря применению энергоэффективных технологий башне «Жемчужная река» удалось сократить потребности в электроэнергии почти на 60%. Сегодня она является самым «зеленым» высотным зданием в мире.
Бахрейнский всемирный торговый центр (BahrainWorldTradeCentre), Манама, Бахрейн
Бахрейнский всемирный торговый центр — это 240‑метровый комплекс, состоящий из двух 50‑этажных башен, 34 этажа которого занимают офисы, а на остальных расположены торговые помещения, фитнес-центр и рестораны. Из 26 работающих в башнях лифтов 4 — панорамные. В комплексе имеется отличный паркинг на 1700 автомобилей. Но не это прославило БВТЦ — он стал первым в мире крупным зданием, на котором установлены ветряные турбины. Bahrain World Trade Centre имеет весьма презентабельный вид: его парусообразные башни соединены с помощью трех 30‑метровых воздушных мостов, на которых одна над другой установлены турбины. Огромные ветряки диаметром 29 метров не портят облика небоскреба, а скорее украшают его. Конструкция мостов абсолютно безопасна и способна не только нести огромный вес турбин, но и поглощать вибрации ветрогенераторов. Мосты имеют эластичные соединения, позволяющие компенсировать отклонения башен от оси расстояние до 50 см. Ветряные турбины ориентированы на север, поскольку именно оттуда, со стороны Персидского залива, ветер дует наибольшее количество дней в году. Клиновидные башни развернуты так, что образуют между собой воздушный туннель, в котором сила ветра возрастает примерно на 30%. Турбины небоскреба вырабатывают за год 1,1– 1,3 ГВт электроэнергии (до 15% потребностей здания) — этого бы хватило на освещение в течение года 300 домов. БВТЦ использует ветряные турбины как часть общей стратегии по уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу, наряду с вторичным использованием воды, переработкой мусора и энергосберегающими технологиями. В этом уникальном здании автоматизированы все системы жизнеобеспечения. Бахрейнский всемирный торговый центр был отмечен двумя престижными наградами в области архитектуры — LEAF Awards и The Arab Construction World.
≪Cтрата≫ (StrataTowerSE1), Лондон, Великобритания
Strata Tower SE1–148‑метровый, 43‑этажный жилой небоскреб с подземным паркингом, рассчитанный на проживание около 1 000 человек (408 апартаментов). Это здание считается углеродно-нейтральным — таким, которое ни прямо, ни косвенно не участвует в производстве углеродных выбросов в атмосферу. Strata является первой в мире высоткой со встроенными ветряными турбинами. Из-за своего технологичного дизайна башня получила прозвище Бритва (Razor). Три ветряные 9‑метровые турбины в верхней части здания производят до 50 МВт электроэнергии в год. Конструкция спланирована так, чтобы в течение года работать максимально эффективно. Вместо привычных трех лопастей у этих ветряных турбин пять — для минимизации уровня шума и вибрации. Ветровая энергия покрывает около 8% общей потребности здания в электроэнергии. Этого достаточно, чтобы поддерживать в рабочем состоянии внутреннюю инфраструктуру небоскреба, включая три скоростных лифта, автоматические кабинки для мытья окон, помещения общего пользования, подземные вело- и автостоянки. Основные инженерные коммуникации Strata вполне традиционны: в здании установлены котлы на твердом топливе, централизованные системы воздушного кондиционирования, действует комбинированная система бесперебойного обеспечения тепловой и электрической энергией. С целью экономии электроэнергии в башне используются естественная вентиляция и специальные стекла с улучшенной изоляцией. В здании внедрена автоматическая система управления стеклопакетами окон, что позволяет максимально полно использовать естественное освещение и проветривать помещения. Предусмотрена также система сбора дождевой воды мдля повторного использования. Энергозатраты на квартиру в Strata существенно меньше (до 40%), чем на типичную среднюю квартиру по стране. Воплощенные в Strata Tower SE1 конструкционные, дизайнерские, инженерные и «зеленые» инновации отмечены многочисленными наградами.
СТЕКЛО, ПРОИЗВОДЯЩЕЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ
Задача стекла — защищать дом от жары и холода, шума, пыли и дыма, однако современные технологии позволяют применять стекло и как строительный материал при возведении зданий в любой климатической зоне. Одна из последних инноваций — выработка стеклом электроэнергии, что еще на шаг приближает нас к созданию зданий «с нулевым энергопотреблением». Формально энергия вырабатывается не стеклом, а фотоэлектрическими элементами, которые обычно размещаются между двумя слоями стекла. В принципе, оконное и фасадное стекло со встроенными фотоэлементами не новое явление. Ранее его окрашивали в разные цвета, что не всегда нравилось потребителям. В настоящее время созданы прозрачные стеклянные панели с фотоэлектрическими элементами, которые не ограничивают обзора. На уровне разработки существуют ячейки из стекла с нанесенной на него органической пленкой, способной вырабатывать электричество, и специальные покрытия, превращающие оконные стекла в солнечные батареи. Стеклянные фотоэлектрические панели можно использовать где угодно — в окнах, на фасадах, крышах, балконах и навесах. Важно, что они не дополняют традиционные строительные материалы, а способны полностью заменить их. В перспективе каждый сантиметр строительной конструкции должен стать «активным», что позволило бы зданию не зависеть от традиционных источников энергии и тем самым стать более дружественным по отношению к окружающей среде.
Хикари (the Hikari project by Kengo Kuma), Лион, Франция
Hikari (что в переводе означает «свет») — первый в Европе энергопозитивный городской квартал, представляющий собой группу из трех зданий различного назначения. В него входят офисное здание площадью 5 500 м 2 Higashi (Земля), жилое здание площадью 3 400 м 2 Minami («Юг») и мультифункциональное здание с офисами, пентхаусами и магазинами Nishi («Запад»). Каждое из них питается от трех источников возобновляемой энергии. Все три дома спроектированы так, чтобы максимально использовать энергию солнца и, таким образом, сами являются продолжением непрерывного «светового потока». Фотоэлектрические панели на фасадах и кровлях общей площадью 520 м 2 обеспечивают электричеством 160 квартир (15 000 кВт в год). Система отопления функционирует за счет теплового насоса, использующего в качестве топлива местное рапсовое масло, не только вырабатывает электроэнергию, но и утилизирует выделяемое при этом тепло, направляя его в системы жизнеобеспечения зданий. Hikari производит около 1 523 МВт в год — на 0,2% больше электричества, чем потребляет. Реализация данного проекта должна показать миру, что с помощью инновационных технологий здания могут производить больше энергии, чем потреблять, что может стать в будущем основой для эффективной бизнес-модели.
Pfizer центр (GenYO Building), Гранада, Испания
По замыслу проектировщиков, пикселизированный фасад нового научно-исследовательского центра Pfizer университета Гранады, занимающегося исследованиями геномики и онкологических заболеваний (GENYO), выполненный с использованием разноцветных стеклянных фотоэлектрических блоков, призван подчеркнуть выдающиеся достижения учреждения в области инноваций. Фасад сочетает в себе различные виды стекла: белое, обычное прозрачное и фотоэлектрические панели из аморфного кремния размером 2,5 × 1 м, специально созданные для этого проекта. Таким образом, интегрированное в вентилируемый фасад фотоэлектрическое стекло успешно заменяет собой традиционно применяемые материалы. Активная площадь фасада (550 м 2), состоящая из стеклянных модулей с пиковой мощностью 19 300 Вт, производит около 32 000 кВт электроэнергии в год. Это практически столько, сколько необходимо для нормального функционирования здания, и к тому же предупреждает выброс в атмосферу примерно 21 тонны СО2 в год. Стеклянные фотоэлектрические панели легко интегрируются в любую структуру, они способствуют сокращению выбросов парниковых газов, отфильтровывают вредное излучение, гарантируют тепловую и акустическую изоляцию, обеспечивая при этом естественное освещение, способствуют сокращению углеродного следа и самое главное — создают чистую электроэнергию. Как ожидается, проект окупится в течение двух-двух с половиной лет, что и докажет жизнеспособность конструктивных решений, использованных при его проектировании и строительстве.
Энергопроизводящий фасад из водорослей (An Energy-Producing Algae Facade)
Весной 2016 года на Международной строительной выставке в Гамбурге был представлен проект первого в мире дома, который получает энергию, вырабатываемую водорослями. Над созданием этого фантастического сооружения разработчики трудились около трех лет. У стен дома необычайно яркий зеленый цвет, и это не креативный дизайн. Они представляют собой аквариумы, в которые помещены миллиарды микроскопических водорослей. Под воздействием солнечного света водоросли активно размножаются, выделяя тепло, за счет которого отапливается дом. Избыток тепла передается солевому раствору и впоследствии может использоваться на нужды здания. Работой аквариумов управляет компьютер. Он поворачивает их вслед за солнцем, решает, когда подавать водорослям питательные вещества и углекислый газ.
Пока это лишь испытание новой технологии, которая представляет собой огромный шаг вперед. Если удастся продемонстрировать, что микроводоросли biofacades могут стать новым жизнеспособным источником устойчивого производства энергии, городская среда будет полностью преобразована.
ЗЕЛЕНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДОМЕ
Домашний огород от IKEA (TheGrowroombyIkea)
Ты есть то, что ты ешь.
Гиппократ
Выращивание продуктов питания в условиях города стремительно набирает популярность во всем мире. Причин у такой моды несколько. Во‑первых, самостоятельно выращенные овощи, фрукты, зелень автоматически относятся к категории organic, то есть без пестицидов, стимуляторов роста и прочей «химии». Во‑вторых, они всегда свежие и полны витаминов, как говорится «с грядки». И в‑третьих, это созидательная деятельность, заряжающая положительной энергией, позволяющая расширить свои познания в биологии, получить полезные навыки и приобрести увлекательное хобби, что особенно важно, если в семье есть дети. Современный человек неразрывно связан с техникой и технологиями. Атрибутами повседневной жизни стали компьютеры, планшеты и смартфоны. От бесконечного информационного потока невозможно отключиться даже на выходные. Найти баланс и вернуться к истокам поможет домашнее выращивание овощей и зелени.
Всего несколько минут в день, потраченных на возделывание мини-огорода на балконе, помогают восстановиться после тяжелого дня или зарядиться энергией утром. А возможность, не выходя из дому, сорвать пару листочков мяты для коктейля или шпинат для салата дает горожанам ощущение невероятной близости с природой. Кроме того, дом, наполненный зеленью, — это красиво и экологично. Домашнее выращивание овощей и трав — это и удовольствие, и практическая польза, и отличный способ сделать квартиру ярче и приятнее для жизни.
Включиться в этот процесс решил и знаменитый мебельный бренд Ikea, выпустивший набор Growroom, который способен обратить в огородников даже самых закоренелых горожан. Growroom (комната для выращивания) после сборки представляет собой сферу с полками-грядками для посадки растений. Этот сферический огород предназначен для закрытых помещений и дает людям возможность красиво и стильно выращивать собственные овощи, фрукты и травы дома. Growroom состоит из 17 листов фанеры, и его можно собрать с помощью молотка и 500 винтов. Сделать это нетрудно — руководство по сборке и эксплуатации имеет всего 17 шагов. Высота сферы в собранном виде около 2,7 м, так что при желании можно посидеть внутри собранной конструкции и полюбоваться растениями.