Роль природно-экологических факторов при внедрении зелёных строительных технологий в России

При проведении исследования использован эколого-географический подход, сочетающий в себе анализ физико-географических и экологических особенностей территорий. В качестве программного обеспечения для обработки статистических данных и построения графиков использовался Microsoft Excel, для построения физико-метрических диаграмм использовалась программа Climate Consultant [6] на основе климатических данных с сайта Meteonorm [7].

Зеленые строительные технологии как новый объект
географического исследования

Согласно классификации Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), зеленые технологии охватывают следующие направления: общее экологическое управление (управление отходами, борьба с загрязнением воды, воздуха, восстановление земель и пр.); производство энергии из возобновляемых источников (солнечная энергия, биотопливо и пр.); смягчение последствий изменения климата, снижение вредных выбросов в атмосферу; повышение эффективности использования топлива, а также энергоэффективности в зданиях и осветительных приборах [8].

Эти группы инновационных технологий объединяют термином «зеленые технологии» как «дружественные по отношению к природе». Фактически же зеленые технологии охватывают все сферы экономики: энергетику, промышленность, транспорт, строительство, сельское хозяйство и т.д., включая помимо производства потребление, менеджмент и методы организации производства. Это определяет и относительную сложность классификации зеленых технологий. Представляется возможным разделить их по следующим направлениям (табл. 1).

Таблица 1 Классификации зеленых технологий (Classification of green technologies)

Таблица 2. Концепция зеленого строительства (The concept of green building)

Понятие экологического или устойчивого строительства (англ. green, suistainable building) появилось на рубеже нового тысячелетия как результат философии проектирования и строительства, направленного на повышение эффективности использования ресурсов -- энергии, воды, материалов и на снижение влияния зданий в течение всего их жизненного цикла на здоровье человека и окружающую среду. Это достигается через более качественное расположение, проектирование, строительство, использование, обслуживание и утилизацию зданий. Более простым эквивалентом для английского термина «green building» является русское словосочетание «экологическое строительство». Очень важно осознать, что это понятие не ограничивается только озеленением и тем более просто цветом стен здания.

Концепция зеленого строительства основывается на принципах устойчивого и безопасного развития городских территорий и включает следующие элементы (табл. 2).

Таким образом, концепция зеленого строительства охватывает все этапы: проектирование, строительство, эксплуатацию, обслуживание и утилизацию в конце строка службы, которые обеспечивают безопасность для здоровья людей, повышение производительности труда, разумное использование природных ресурсов и уменьшение воздействия на окружающую среду.

Зеленое строительство воспринимается как междисциплинарный подход, включающий не только энергоэффективность, чистые материалы и состояние окружающей среды, но и управление, экономию питьевой воды, транспортную доступность, сбор и переработку мусора, снижение выбросов парниковых газов, здоровье и благополучие людей и охватывает несколько основных направлений применения инновационных технологических решений и мероприятий.

Географические факторы и закономерности внедрения зеленых строительных технологий

Неоднородность природно-климатических, экологических, социально-экономических и политических условий непосредственно влияет на возможности внедрения и развития зеленых строительных технологий и определяет тот или иной вид этих технологий или некоторую их совокупность. В связи с этим наиболее интересным с географической точки зрения представляется изучение взаимосвязи расположения объекта зеленого строительства и оптимальной совокупности зеленых архитектурно-планировочных решений и инновационных конструктивно-технологических приемов.

К климатическим факторам, влияющим на проектирование и строительство зданий, относятся температура и влажность наружного воздуха, ветер и его направление и скорость, солнечная радиация на различно ориентированных поверхностях для различных широт, дневной и годовой ход естественной освещенности (рассеянной и суммарной), яркость ясного неба, облачность, вероятность пасмурного, полуясного и ясного неба, дождевые и снеговые осадки, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса, глубина промерзания грунтов.

Экологические факторы складываются из данных о состоянии воздуха, воды, наличия стационарных источников химического, физического, бактериологического, визуального загрязнения окружающей среды.

Экономические факторы отражают текущее или современное состояние развития экономики мирового сообщества и экономики нашего государства, выраженное в претензиях или притязаниях сообщества или общества к продукции, что обусловлено категориями рыночных отношений «спрос» и «предложение», «конкуренция» и т.д., а также тенденциями развития других отраслей экономик.

Инновационные факторы -- это совокупность факторов, отражающих уровень достижений науки и техники, способных оказать существенное влияние на совершенствование производственных процессов, применяемых комплексом и его отраслями на базе внедрения новой техники, технологии, прогрессивных форм организации труда и производства с целью повышения его эффективности. В этой связи большое значение приобретает определение соотношения затрат на внедрение новой техники, технологии, прогрессивных форм организации труда и производства и результатов, получаемых за счет внедрения достижений науки и техники. Сравнение этих показателей с показателями эффективности традиционного строительства позволяет оценить степень прогрессивности нововведений, определить целесообразность их использования.

Факторы социально-демографической среды способны влиять на эффективность строительных организаций, так как связаны со значительными расходами по участию предприятий в социально-экономическом развитии регионов в местах осуществления производственно-хозяйственной деятельности и затратами на создание благоприятных производственных и социально-бытовых условий их работников.

Политические факторы как факторы внешней среды в значительной степени оказывают влияние на эффективность строительных организаций, однако это влияние, как правило, является опосредованным через экономические или правовые факторы.

Выявленные географические факторы играют разную роль при выборе основных принципов и технологий зеленого строительства на различных территориальных уровнях. Попробуем проследить эти закономерности и выявить действие тех или иных факторов на особенности внедрения зеленых строительных технологий в России на макро-, мезо-, микротерриториальных уровнях.

Масштабные уровни внедрения зеленых строительных технологий

Макроуровень -- это уровень климатических зон и подзон и соответствующие им ограничения на использование зеленых строительных технологий. Зеленые технологии можно внедрять везде, но не везде цены на эти технологии и спектр их одинаков. Так, для большей территории нашей страны главная проблема -- холодный климат. Для строительства требуется определенная облицовка дома, которая зимой может удерживать тепло, и ряд других сберегающих тепло технологий.

Зональные различия носит и показатель комфортности климата для проживания населения и возможность использования нетрадиционных источников энергии.

Определить связь между зональными различиями и спектром возможных зеленых строительных технологий позволяет программа Climate Consultant [6]. Программа анализирует распределение климатических данных в виде физико-метрической диаграммы для выбранной территории, что позволяет предложить уникальный список рекомендаций по проектированию для конкретной местности. Climate Consultant используется для проектирования энергоэффективных, устойчивых зданий, каждое из которых уникально подходит для определенной территории на планете.

Психрометрический график отражает состояние влажного воздуха, чтобы обозначить зону комфорта для определенной местности. Температура воздуха откладывается по оси абсцисс, а абсолютная влажность и содержание влаги -- по оси ординат. Представленный ниже динамический график показывает взаимосвязь между температурой и влажностью воздуха, комфортностью пребывания и рекомендуемые строительные стратегии, рассчитанные нами для природно-климатических условий Санкт-Петербурга (рис.).

Рис. Физико-метрическая диаграмма г. Санкт-Петербург*

(Physical-metric chart of St. Petersburg)

* По материалам выпескной бакалаврской работы Ерохиной М. под руководством Король Т МГУ Москва, 2015.

Рассчитанный программой процент комфортности проживания в Санкт- Петербурге всего лишь 4,2%, однако предлагаемые строительные стратегии позволят достичь требуемого уровня комфортности, работая в двух направлениях: технологические решения и снижение потребления ресурсов. В данном примере программа Climate Consultant на основе совокупного анализа климатических данных предлагает следующие мероприятия:

-- для пассивного солнечного отопления большую площадь остекления располагать на южной стороне, чтобы максимизировать воздействие зимнего солнца, при этом конструкция навеса должна выступать для затенения в летнее время;

— обеспечить двойное высокопроизводительное остекление на запад, север и восток и, как уже говорилось, на юг для максимального прихода пассивной солнечной энергии;

— уменьшить в помещениях комфортную температуру в ночное время, чтобы снизить суммарное потребление энергии;

— крутые крыши с вентилируемым чердаком над хорошо изолированным потолком оптимальны в условиях холодного климата (дождь и снег не задерживается на крышах, предотвращая наледи);

— дополнительная изоляция (суперизоляция) в данном случает является экономически выгодной и увеличивает комфорт жильцов, сохраняя температуру в помещении более равномерной;

— традиционные пригородные дома и новые коттеджные поселки в холодном ясном климате должны иметь плотную конструкцию стен с центральным источником тепла, окнами на юг и крутой крышей для защиты от задержания снега и влаги;

— плитка или каменная облицовка фасадов (даже на деревянные стены) обеспечит достаточную поверхностную массу, чтобы сохранить зимой в дневное время солнечное тепло и летнее ночное «охлаждение».

На мезоуровне к климатическим факторам добавляются факторы социальноэкономического развития территории, например, уровень экономического развития, уровень жизни населения, степень староосвоенности и застроенности территории, привлекательность для инвестиций в строительство, количество новых строительных проектов и готовых объектов, объемы загородного коттеджного строительства, отражающие коммерческую привлекательность внедрения зеленых строительных технологий, имеющиеся объекты зеленого строительства или сертифицированные здания, наличие ресурсной базы. С учетом цели работы представим эти факторы в общем виде, отметив, как они ограничивают возможности внедрения зеленых технологий.

Экономическая целесообразность внедрения зеленых строительных технологий опирается на преимущества зеленой сертификации зданий и сооружений. Это подтверждается растущим спросом на сертифицированные объекты со стороны компаний-арендаторов, предъявляющих определенные экологические требования к арендуемому пространству, что способствует улучшению распознаваемости бренда компании, снижению операционных затрат и уровня арендной платы [2].

Среди факторов, оказывающих негативное влияние на инвестиционную привлекательность внедрения зеленых строительных технологий, можно выделить следующие: сложные климатические условия, высокий уровень цен (стоимость аренды земли, рабочей силы, энергоресурсов, строительства), сокращение численности населения, нестабильность сроков реализуемых и планируемых к реализации инвестиционных проектов [9].

Микроуровень -- это уровень устойчивого зеленого строительства, ландшафтно-экологического проектирования и благоустройства прилегающей территории. На этом уровне важны факторы микроклимата (влажность, скорость и направление ветра, освещенность и затенение, мезо- и микрорельеф), а также функциональное назначение территории и ее экологическое состояние. Использование данных показателей в комплексе позволяет определять для конкретного местоположения необходимые параметры комфортности здания.

Широкое внедрение компьютерного моделирования при решении различных задач зеленого строительства позволяет воссоздавать и анализировать ландшафтно-климатические условия территорий с помощью ряда специализированных компьютерных программ. На основе использования метеорологических данных и данных предпроектных исследований территории строится модель будущего здания или сооружения для расчета эффективности применения зеленых строительных технологий [10].

Созданную модель в дальнейшем можно просматривать в режиме визуализации, в режиме анализа дневного освещения, в режиме анализа солнечного затенения и др. Полученная модель здания может быть экспортирована в различные программы для дальнейшей специализированной обработки и экономического анализа:

— анализ выбросов газов для целей экологической сертификации и оценки снижения выбросов; анализ выбросов при максимальном использовании энергоэффективных технологий, в том числе с применением возобновляемых источников энергии; разработка эффективных мер по ограничению воздействия на окружающую среду;

— анализ солнечного затенения позволяет проанализировать трассировку солнечных лучей для оценки риска нежелательного затенения прилегающими зданиями и сооружениями; воздействие дневного света на светопропускающие системы и параметры комфортного пребывания в здании; качественная оценка тепловых нагрузок на здание;

— математическое моделирование динамических потоков, которое дает возможность проведения детального анализа состояния параметров воздуха и термических потоков внутри и снаружи зданий. Обычно применяются для анализа системы вентиляции, кондиционирования и отопления. Позволяет прогнозировать распространение дыма или взвешенных частиц при чрезвычайных ситуациях, техногенных или природных катастрофах. Выявляет критические зоны по ветровой нагрузке при планировании кварталов и микрорайонов;

— анализ потенциала и целесообразности применения возобновляемых источников энергии и экономический эффект; расчет экологической составляющей проекта и финансовой целесообразности использования возобновляемых источников энергии для генерации электричества и тепла;

— моделирование застройки разного масштаба с учетом особенностей ландшафта и микроклимата (условий затененности, ветровых нагрузок, оптимальной ориентации по сторонам света, спецификой рельефа и гидрологических условий). Основной задачей является подбор оптимального размещения здания на строительной площадке с точки зрения влияния направления и скорости ветра на людей, находящихся на данной территории [10].

Аналитический подход к проектированию в большей мере ориентирован на использование естественного потенциала зданий в создании вклада в «энергоэффективность» и «устойчивое экологическое развитие» и в меньшей мере -- на зависимость от сложных и дорогостоящих систем жизнеобеспечения [11].

Выводы и результаты исследования

* * *

Предлагаемый подход перспективен при выборе спектра зеленых строительных технологий для территории России, характеризующейся значительными различиями как в природно-климатическом, так и социально-экономическом и экологическом отношении. Полимасштабный анализ отражает различия в возможностях и технологических особенностях внедрения инновационных строительных технологий, позволяет оценить перспективы и набор технологических решений и мероприятий для конкретной территории. Это позволяет решать прикладные задачи ландшафтно-экологического проектирования и зеленого строительства объектов разного назначения -- новые загородные поселения (коттеджные поселки, микрорайоны малоэтажной застройки), городские кварталы и районы, частные загородные резиденции, объекты промышленного назначения в городской или пригородной черте.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ