Исследование проблемы применения технологий вертикального озеленения на конструкциях светопрозрачных оболочек зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Брянский государственный инженерно-технологический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОЗЕЛЕНЕНИЯ НА КОНСТРУКЦИЯХ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ ОБОЛОЧЕК ЗДАНИЙ

Сергеева Н.Д., Ковалев Р.Б., Голотина И.А.

г. Брянск

Аннотация

В настоящее время активно используются технологии вертикального озеленения при строительстве общественных, жилых зданий с элементами стеклянных ограждающих конструкций. В то же время отсутствуют рекомендации применения технологий вертикального озеленения на высотных зданиях различного функционального назначения со светопрозрачными стеклянными оболочками, увеличивающие инсоляцию и освещенность. Однако, из-за повышения температуры внутри помещений, интенсивно возрастает нагрузка на системы вентиляции и кондиционирования. Таким образом, возникает необходимость в разработке решений по улучшению естественного микроклимата помещений в период высоких климатических температур. Решением проблемы может стать использование технологий вертикального озеленения на поверхностях светопрозрачных оболочек зданий, которое актуально и обычно воспринимается как технология повышения эстетических и экологических преимуществ. озеленение строительство вертикальный конструкция

Ключевые слова: стеклянные оболочки, ограждающие конструкции, температурный режим, системы вертикального озеленения, эстетические и экологические преимущества.

Annotation

RESEARCH OF THE PROBLEM OF APPLYING TECHNOLOGIES OF VERTICAL GARDENING ON THE DESIGNS OF TRANSLUCENT BUILDING ENVELOPES

Sergeeva N.D., Kovalev R.B., Golotina I.A. Bryansk State Engineering and Technology Academy, Bryansk, Russia

Vertical gardening technologies are currently actively used in the construction of public and residential buildings with the elements of glass building envelopes. At the same time, there are no recommendations on the use of vertical gardening technologies on high-rise buildings of various functional purposes with translucent glass envelopes that increase insulation and illumination. However, due to the increase of indoor temperature, the load on the ventilation and air conditioning systems is intensively increasing. Thus, there is a necessity to develop solutions to improve the natural microclimate of rooms during high climatic temperatures. The solution to the problem might be related to the use of vertical landscaping technologies on the surfaces of translucent building envelopes, which is relevant and usually perceived as a technology for enhancing aesthetic and environmental benefits.

Keywords: glass shells, enclosing structures, temperature conditions, vertical landscaping systems, aesthetic and environmental benefits.

Основная часть

В целом экологическая ситуация Нечерноземья, в частности Брянской области сложная. Причин множество, среди них наличие экологически грязных производств активно развивающейся промышленности (например, сталелитейный завод). Рост численности населения г. Брянска, активно приобретающего легковой автотранспорт привел к резкому повышению загазованности, а также концентрации тяжелых металлов и токсичных элементов в воздухе. Нормы озеленения городской территории составляют не менее 6 кв.м. зеленых насаждений общего пользования на человека для таких городов как г. Брянск и 7 кв.м. - для малых районных центров Брянской области.

В настоящее время эти нормы отменены ввиду невозможности их выполнения. Плотность городской застройки становится настолько высокой, что стандартные решения по озеленению и благоустройству становятся попросту не актуальными, поэтому возникает необходимость поиска новых методов улучшения экологической ситуации. Одним из таких методов является технология вертикального озеленения зданий.

В мировой практике решения экологических проблем, особенно в мегаполисах, при строительстве высотных зданий все чаще используют светопрозрачные оболочки. Чаще это относится к зданиям культурно-бытового, административного и спортивного назначения, реже жилого. Этому способствует наличие у светопрозрачных ограждающих конструкций множества достоинств, соответствующих современным направлениям развития градостроительства и архитектуры: эстетичность, высокая освещенность внутренних помещений здания; энергоэффективность при организации систем освещения и кондиционирования. При этом стоит отметить практически неограниченные возможности по созданию зданий уникальных форм и реализации нестандартных дизайнерских решений для улучшения архитектурного облика города.

Цель исследования - решение актуальной проблемы применения технологий вертикального озеленения на поверхностях светопрозрачных оболочек зданий, которое обычно воспринимается как технология повышения только эстетических и экологических преимуществ. Современные конструкции светопрозрачных оболочек зданий представлены в таблице 1.

При выборе варианта конструктивного решения строительства общественных, жилых зданий с элементами стеклянных ограждающих конструкций, а также высотных зданий со светопрозрачными стеклянными оболочками различного функционального назначения, учитываются не только основные преимущества, но и недостатки.

Таблица 1

Прогрессивные конструктивные решения светопрозрачных оболочек зданий и сооружений

Все виды конструкций, приведенных в таблице 1 увеличивают инсоляцию и улучшают освещение внутренних помещений. Однако, ввиду повышения температуры внутри помещений, интенсивно возрастает нагрузка на системы вентиляции и кондиционирования. Таким образом, возникает необходимость в разработке решений по улучшению естественного микроклимата помещений в период высоких климатических температур. Решением проблемы может стать использование систем вертикального озеленения на поверхностях светопрозрачных оболочек зданий, которое обычно воспринимается как технология повышения эстетических и экологических преимуществ.

Кроме того, в высотных зданиях полная прозрачность фасадов имеет нежелательный психологический эффект, а именно - вызывает стрессовую реакцию у людей с акрофобией, поэтому они реже используются в проектах высотных жилых зданий.

Таким образом, возникает необходимость как в улучшении естественного микроклимата в таких помещениях, так и в снижении негативного психологического эффекта. В качестве варианта решения сразу двух этих проблем предлагаем использование вертикального озеленения светопрозрачных оболочек.

По технологиям вертикальное озеленение делят на две группы:

- сплошное вертикальное озеленения - озеленение, которое часто используется для того чтобы скрыть дефекты здания или замаскировать глухие стены и фасады, на которых практически нет других декоративных элементов;

- частичное озеленение - озеленение, которое несет декоративную функцию, располагается в местах отсутствия оконных и дверных проемов.

Сравнительный анализ четырех технологий вертикального озеленения зданий со светопрозрачной оболочкой по показателю стоимости работ типового этажа многоквартирного дома серии КОПЭ-башня (таблица 2).

Таблица 2

Результаты сравнительного анализа основных характеристик систем вертикального озеленения

На рисунке 1 показан пример использования модульной системы вертикального озеленения здания со стеклянной оболочкой фасада.

Рис. 1 Пример использования модульной системы вертикального озеленения здания со стеклянной оболочкой фасада

Разработка рекомендаций по применению растений в системах вертикального озеленения потребовала отбора видов, наиболее пригодных к климатическим условиям Нечерноземья, которые хорошо переносят длительные периоды низких температур.

В результате проведенных исследований авторами были отобраны для использования морозостойких и вечнозеленых видов растений, среди которых рекомендуется:

- для контейнерной системы озеленения - морозостойких лианы (кампсис; плющ колхидский; гортензия черешковая и др.);

- для модульных систем - вечнозеленые карликовые растения (можжевельник; кустовые туи различных сортов; кустовые карликовые ели и др.);

- для войлочных систем - разнообразные виды мхов;

- для систем многослойных фасадов нет ограничений при отборе растений, так как они растут комфортно в пространстве с возможностью регулирования климата по температуре и влажности.

В сфере строительной индустрии оценка качества здания по критерию экологичности, определяется существующими рейтинговыми системами.

Среди них известные системы - LEED (США); BREAM (Великобритания); DGNB (Германия); Green Star (Австралия); CASBEE (Япония); Minergie (Швейцария). В РФ сравнительно недавно появилась аналогичная рейтинговая система оценки качества «Зеленые стандарты», разработанная некоммерческим партнерством «Центр экологической сертификации.

Рейтинговая система оценки качества РФ призвана стимулировать застройщиков, архитекторов и проектировщиков, строителей и эксплуатирующие организации внедрять ресурсосберегающие, энергоэффективные технологии, использовать экологически чистые материалы с целью снижения негативного воздействия объектов недвижимости на здоровье людей и городскую среду. Кроме того, фасадная система озеленения позитивно отражается на показателях уровня энергопотребления - повышает теплоизоляцию и снижает теплопотери через ограждающие конструкции, обеспечивает солнцезащиту и охлаждение за счет испарения влаги и снижения скорости ветра. Также затенение растениями снижает температурный градиент на внутренней и внешней поверхности ограждающих конструкций. Следовательно, снижается теплопроводность конструкций и инфильтрация воздуха внутрь помещений, что обеспечивает уменьшение потребления электроэнергии зданием [5].

Зеленые стены и фасады способствуют увеличению биоразнообразия. Наиболее характерные виды - мхи, папоротники, очиток едкий, печеночный мох, травы, лианы и даже некоторые хвойные (тис, ель). Эти виды растений хорошо приспосабливаются к жизни на вертикальных поверхностях стен благодаря их неприхотливости.

Отметим также эксплуатационные преимущества внутреннего озеленения, а именно в высотных зданиях позволяет решить проблемы, связанные с недостаточной работой систем вентиляции или кондиционирования. Растения в данном случае влияют на снижение количества патогенных летучих соединений, увеличение кислорода, меняют физическое состояние молекул, ионизируя воздух. Внутренние озелененные пространства также являются местами отдыха и психологической разгрузки для людей. Обычно под них отводятся отдельные помещения, а иногда и целые этажи, атриумные пространства [6].

Для максимизации эффекта от вертикального озеленения на зданиях со светопрозрачными фасадными оболочками необходимо установить возможные сочетания используемых конструктивных систем (таблица 3).

Таблица 3

Применение систем вертикального озеленения для конструктивных систем светопрозрачных оболочек зданий

Стекло, как элемент светопрозрачных фасадных систем, обладает рядом свойств, отличающих его от традиционных оконных в силу необходимости решения ряда архитектурных и конструктивных задач, а именно: светопроникновение для естественного освещения внутренних помещений, шумоизоляция, прочность, теплозащита, защита от перегрева в жаркое время, требования к эстетическим свойствам и др. [3],[8],[9].

Обзор и анализ научно-технических источников, в том числе проведенный патентный поиск позволяет систематизировать и произвести сравнительную характеристику инновационных видов стекла. Они предоставляют возможности достижения энергоэффективности, поскольку они функционируют как солнечные батареи, обладают свойствами самоочищения, что особенно важно для высотных зданий со светопрозрачными фасадными системами наряду с использованием эффекта пассивного отопления и снижением затрат на кондиционирование.

Авторами разработаны рекомендации по результатам сравнительного анализа эксплуатационных свойств различных видов инновационного стекла и стеклопакетов с целью оценки выбора варианта вертикального озеленения при устройстве на зданиях со светопрозрачными оболочками (таблица 4).

Таблица 4

Результаты сравнительной оценки видов инновационного стекла и стеклопакетов в фасадных оболочках зданий при устройстве систем вертикального озеленения

Заключение

Информационный и патентный поиск выявил отсутствие рекомендаций по применению технологий вертикального озеленения на высотных зданиях различного функционального назначения со светопрозрачными стеклянными оболочками, увеличивающие инсоляцию и освещенность. Цель исследования- решение актуальной проблемы применения технологий вертикального озеленения на поверхностях светопрозрачных оболочек зданий, которое обычно воспринимается как технология повышения только эстетических и экологических преимуществ.

Исследованиями установлено, что наиболее подходящими для устройства вертикального озеленения являются стоечно-ригельная светопрозрачная оболочка зданий и система двойной светопрозрачной оболочки с модульной и контейнерной системами вертикального озеленения соответственно.

Также хорошо сочетается контейнерная система вертикального озеленения со всеми типами спайдерных светопрозрачных оболочек, кроме вантовой. Среди разнообразных вариантов озеленения стеклянных оболочек наиболее целесообразными системами авторы рекомендуют модульную и многослойную системы.

Изучение вариантов видов растений для использования в технологиях вертикального озеленения установлено, что наиболее подходящими для озеленения стеклянных оболочек в условиях климата Нечерноземья являются вечнозеленые карликовые кусты (ель и тис), морозостойкие лианы и мхи, ввиду способности этих растений переносить длительное воздействие низких температур.

Авторами дана сравнительная оценка видов инновационного стекла и стеклопакетов в фасадных оболочках зданий для учета при устройстве систем вертикального озеленения.

Список литературы

1. СП 42.13330.2011 Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. Актуализированная редакция СНиП 2.07.01-89* [Текст]: введен 20.05.2011г.; нормативно-технический материал. М.: Минрегион России, 2011. 84 с.

2. СНиП 2.07.01-89* Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений [Текст]: введен 01.01.1990г.; нормативно-технический материал. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2002. 72 с.

3. Плотников А.А. Архитектурно-конструктивные принципы и инновации в строительстве стеклянных зданий // Вестник МГСУ. 2015. №11. С. 7-15.

4. Хуснутдинова А.И. Технология вертикального озеленения / А.И. Хуснутдинова, О.П. Александрова, А.Н. Новик // Строительство уникальных зданий и сооружений. ISSN 2304-6295. №12 (51). 2016. стр. 20-32.

5. Бродач М.И. Рынок зеленого строительства в России - Здания высоких технологий- зима 2013. с. 27.

6. Дорожкина Е.А. Влияние растений на микроклимат помещений и организм человека - Международный научный журнал «Символ науки» - № 4 - 2015.

7. Сергеева Н.Д. Методология организационно-технологической подготовки на объектах примагистрального шумозащитного озеленения: Монография / Н.Д. Сергеева, В.В. Цыганков. Брянск, БГИТУ, 2018 - 146 с.

8. Poirazi Н. Double Skin Faзades for Office Buildings. Lund University, 2004.

9. Schьco Алюминиевая оконная системаAWS / [Электронный ресурс]. URL: http://www.yarmak.ru/images/alyuminievaya-okonnaya-sistema-AWS.pdf. (дата обращения 23.05.2020)

10. Wood A. Bahrami P. Safarik D. Green Walls in High-Rise Buildings - HK: Everbest Printing Co Ltd - 2014.

Размещено на Allbest.ru