Филипп Никандров: «Интеллектуальные здания можно сравнить с живым организмом»

Проектирование небоскребов — особое искусство, которое требует от архитектора помимо градостроительного вкуса знаний, позволяющих сделать здание комфортным, безопасным и, что немаловажно, энергоэффективным

15.05.2018

О том, каким требованиям должны соответствовать интеллектуальные здания, а также об инновационных технологиях высотного строительства рассказывает один из ведущих архитекторов страны, человек, имеющий колоссальный опыт проектирования уникальных зданий, главный архитектор института «Горпроект» Филипп Никандров.
  
Филипп Валерьевич, влияют ли архитектурные особенности здания на показатели его энергоэффективности? Или архитектура имеет лишь эстетическую функцию? И как должно выглядеть идеальное, с точки зрения энергосбережения, здание?
Уже на стадии выбора формы плана здания архитектор может как увеличить, так и сократить будущие энергозатраты здания. Доказано, что самая энергоэффективная форма плана здания — круг. Например, периметр квадрата в плане будет на 13% больше относительно той же площади круга. У прямоугольника — на 20-30% больше. При проектировании квадратной или прямоугольной башни площадью 1 тыс. метров необходимо понимать, что при этом фасад будет дороже на соответствующий процент и теплопотери зимой, и теплопоступления летом (а значит, и общие энергозатраты) будут прямо пропорциональны больше на примерно этот же процент.
Форма и посадка здания влияют на очень многие факторы. Например, по параметрам отбрасываемой тени башни в сравнении с секционными домами гораздо эффективнее, потому что обеспечивают большую «пористость» застройки и представляют больше возможностей для освещения территории. Секционная же застройка сплошной стеной или периметрально оставляет большую часть двора в перманентной тени, из-за чего страдает комфорт жильцов и ухудшаются условия для роста растений и деревьев.
Необходимо учитывать и тот факт, что площадь падающей тени от круглого здания меньше, чем площадь тени от квадратного здания. Это напрямую не влияет на проектируемое и впоследствии построенное здание, но оказывает влияние на соседнюю территорию и комфортность окружающей среды. Ведь важно не только то, что архитектор и заказчик получает в уменьшении эксплуатационных расходов для себя, но и то, как они относятся к окружающей застройке и к городской среде.
Также велика ответственность архитекторов за различные градостроительные схемы. Сейчас популяризируется квартальная застройка (как правило, сплошная секционная застройка по периметру кварталов). Однако при всех своих преимуществах она крайне уязвима в части требований по инсоляции, согласно которым солнце должно попадать минимум на 2-2,5 часа в одну из жилых комнат квартиры. Часто позицонирование зданий зависит от расположения и ориентации окружающих квартал улиц, а они не всегда ориентированы строго на север-юг или запад-восток. Соответственно, при ориентации, допустим северо-запад — юго-восток под 45 градусов, увеличивается зона тени во дворах в условиях квартальной застройки. При этом нужно принимать во внимание, что северная сторона квадратного в плане здания, ориентированного по сторонам света, всегда находится в тени (это 25% поверхности фасадов). А если повернуть сетку улиц и здание, соответственно, под 45 градусов, то уже 50% его фасадов не получат солнца.
небоскреб
Проектирование высотных зданий требует высокого профессионального мастерства. С какими сложностями приходится сталкиваться, создавая небоскребы?
Главный враг для небоскребов — ветер. Колоссальное количество энергии тратится на создание конструкций, обеспечивающих поперечную жесткость, стабильность здания против ветра. Чем более аэродинамичным проектируется здание, тем больше экономится материалов (а значит, и энергии) при строительстве его конструктива и тем комфортнее становится среда вокруг здания в связи с уменьшением турбулентности ветра на уровне пешеходов. В связи с этим здание с углами создает огромный дискомфорт внизу, когда часть ветра (до 40%) перенаправляется «плоскостью-парусом» фасада вниз, соответственно, образуются турбулентные завихрения и крайне дискомфортная обстановка и для пешеходов, и для зеленых насаждений.
Еще одна сложность, с которой мы боремся при проектировании высотных зданий, — так называемый каминный эффект тяги из-за перепадов давления воздуха по вертикали. И в малоэтажных домах, и в постройках средней этажности мы периодически испытываем сквозняки из-за перепада давления по горизонтали между подветренной и наветренной сторонами дома. Но в высотном здании перепады давления как по горизонтали, так и по вертикали (каминный эффект) достигают иногда огромных значений, да таких, что порой невозможно открыть дверь. Поэтому создание условий для естественной вентиляции в небоскребах в качестве мероприятия, снижающего энергозатраты и увеличивающего комфортность жильцов и пользователей, — это большой вопрос, который профессионалы сейчас изучают, и индустрия к этому наконец-то поворачивается лицом.
Вообще современные интеллектуальные здания можно сравнить с живым организмом. Здания проектируются как совокупность отдельных систем и компонентов (несущий каркас, фасад, системы водоснабжения и водоотведения, отопления, вентиляции, электроснабжения и пр.). Это примерно как организм живого существа, где есть скелет, кожа и системы кровообращения, пищеварения и т.д. При этом архитекторы проецируют на свои объекты определенные особенности живых организмов. Например, идея «умного» фасада (как некий аналог заменяющей легкие кожи земноводного) позволяет «дышать» зданию в случае комфортной температуры внешней среды за фасадной оболочкой или же закрываться от дискомфортной внешней среды в морозные дни, обеспечивать затенение при сильных поступлениях солнечной радиации в жаркие летние дни или, наоборот, открываться солнцу, создавая парниковый эффект зимой, тем самым снижая потребности в отоплении. Особенно важно то, что происходит это автоматически, уменьшая энергозатраты систем кондиционирования и вентиляции.

Вы можете привести примеры удачных проектов энергоэффективных зданий? И какие ошибки чаще всего допускаются при проектировании высотных зданий?
Лидером энергоэффективного строительства является Европа, в частности Германия, Австрия, Швейцария, Великобритания, страны Скандинавии. Что же касается энергоэффективных высотных зданий, то за последние 15-20 лет архитектура, к сожалению, в этом направлении продвинулась очень незначительно.
Пример, о котором стоит рассказать, — здание Коммерц-банка во Франкфурте по проекту студии Фостера (реализован в 90-х годах), где было предложено использовать «каминный эффект» для естественной вентиляции здания, для чего был запроектирован вертикальный атриум-колодец на всю высоту здания, а также атриумные блоки с висячими садами. К сожалению, этой идее не дали реализоваться: небоскреб разделили по вертикали на пожарные отсеки, таким образом система естественной вентиляции была локализована и эффективность ее была сильно уменьшена. Тем не менее это один из первых небоскребов в мире, реализовывавший такие энергоэффективные технологии и элементы высотной рекреации, как двухниточный фасад и «висячие сады». Еще один пример — 58-этажная штаб-квартира «Дойче-пост» в Бонне — здание без технических этажей, с децентрализованной системой кондиционирования и вентиляции и «умным» двухниточным фасадом. Этот фасад автоматически открывается, вентилируя буферную зону и, соответственно, снижая теплопотери. А в случае яркого солнца жалюзи-шторы опускаются, и происходит затенение здания.
Еще один пример такого «дышащего» фасада — башня «Вестхафен» во Франкфурте. Здесь при помощи очень простых систем (датчиков температуры внутри буферной зоны двухниточного фасада) за счет автоматического открывания клапанов здание вентилируется естественным образом. И такая же система используется в башне «30, Mary Axe» в Лондоне (всем известный «огурец» по проекту Фостера), вентилируя спиралеобразные атриумы. Еще одна из инноваций применена в другом проекте этого бюро — в здании штаб-квартиры канадской газовой компании EnCana в Калгари. Развернутый в сторону солнца фасад имеет двухниточную структуру по всей высоте башни с многосветными буферными зонами, которые являются общественными пространствами, а на теневую северную сторону выходит однониточный фасад. В отличие от двухниточных фасадов в Южной Европе, где стоит задача уменьшить теплопоступление от солнечной радиации затенением и вентиляцией буферных зон, здесь, наоборот (поскольку это северная страна), нужно «ловить» солнце. Возникающий парниковый эффект используется в зимнее время года для сокращения теплопотерь через фасад, то есть для уменьшения количества энергии, затраченной на отопление здания. Это замечательный пример для наших широт, и сейчас этот опыт используется в реализованной по нашему проекту башне Лахта-Центра в Санкт-Петербурге.
Существует еще множество инновационных технологий для «умных» зданий, например кинетические системы солнцезащиты — фасады, которые механическим образом закрываются от солнца благодаря различным створкам или управляемым жалюзи. При этом кинетический эффект меняет облик здания. Известный пример — башни «Аль-Бахар» в Абу-Даби, где применена система складчатых диафрагм-звездочек, которые меняют форму по принципу оригами-зонтов. Однако здесь возникает множество сложностей, например с обслуживанием фасада, чтобы его очистить от накопившейся грязи.
Гораздо проще в этом плане использование системы двухниточного фасада. Идея такого фасада в том, чтобы спрятать солнцезащиту между двумя нитками для возможности легкой эксплуатации внешней формы фасада. Есть разные формы и способы солнцезащиты, но важно, чтобы жалюзи располагались между внутренней и внешней ниткой, тогда все теплопоступления будут оставаться в вентилируемой зоне. Однако, как правило, мы видим, что, невзирая на рекомендации инженеров-фасадчиков иметь внешнюю нитку фасада из зеркального стекла, рефлективно отражающего солнце, или из темного в массе стекла, поглощающего солнечную радиацию (как сделано, например, в лондонском «огурце»), внутреннюю нитку — из прозрачного стекла, европейские архитекторы чаще всего делают все наоборот. В таком случае использование данной двухниточной системы просто демонстрация денег, которая, к сожалению, практически не сберегает энергию, особенно когда архитекторы бездумно ставят ее на затененных и северных фасадах, где она совершенно бесполезна.
Система двухниточного фасада также получила развитие в системе фасада с герметично закрытой узкой сухой полостью вместо буферной зоны (CCF — Closed Cavity Facade, запатентованный фасадной компанией Josef Gartner), когда стеклопакеты двух ниток предельно приближены друг к другу и не возникает необходимости оставлять между ними большой зазор для обслуживания фасадов. Здесь вопрос решается за счет осушенного воздуха, поступающего из резервуара по системе стальных трубок в каждую камеру-полость между двух блоков стеклопакетов, собранных в герметичный блок еще на заводе вместе со встроенной управляемой системой штор или жалюзийных решеток солнцезащиты. За счет осушенного и обеспыленного воздуха мы имеем все преимущества двухниточного фасада, но при этом не возникает трат на мойку внутреннего пространства буферной камеры.
небоскреб.jpg
А в России есть примеры строительства таких зданий? Какие энергоэффективные технологии применяются у нас?
В 2014 году в Москве была построена башня «Эволюция» — проект компании «Горпроект», где предполагалось множество энергоэффективных идей. К сожалению, не все из них удалось реализовать. Фасад здания, который является самым большим холодногнутым фасадом в мире, — однониточный, но при этом удалось добиться показателей энергоэффективности с однокамерным стеклопакетом как для двухкамерных, что помогло сэкономить как бюджет, так и вес фасада. Уникальность этого здания в том, что оно отражает панораму Москвы, поворачивая ее на 90 градусов вертикально. За счет гнутого стекла ликвидированы мостики холода на стыках блоков стеклопакетов.
Для этого здания изначально была предложена система вытеснительной вентиляции, основанная на использовании пространства фальшпола в качестве большого воздуховода. Таким образом, отпадала необходимость обустройства воздуховодов в полости подвесного потолка. Благодаря этому достигались бы высокие показатели энергоэффективности, малошумность системы и больший комфорт: подготовленный системой климат-контроля воздух бесшумно выходит из решеток в полу, поднимаясь вверх. Нижняя система раздачи воздуха безвредна для здоровья пользователей в сравнении с дующими сверху стандартными системами потолочной разводки, провоцирующими микросквозняки. Кроме того, при стандартном кондиционировании под инженерные системы теряется до полутора метров высоты помещения, чего помогает избежать вытеснительная вентиляция. К сожалению, на «Эволюции» реализовать эту систему не удалось в связи с отсутствием соответствующего опыта у подрядчиков в России, но эта инновационная энергосберегающая технология рано или поздно придет в страну.
Самый крупный объект в портфеле заказов компании «Горпроект» — многофункциональный общественно-деловой комплекс Лахта-Центр в Санкт-Петербурге, который уже в этом году планируется ввести в эксплуатацию. Комплекс включает в себя высотную доминанту — это самое высокое в Европе здание (высота — 462 метра, 89 этажей, более 100 уровней). Здание уже получило сертификат Книги рекордов Гиннесса за самый большой по объему непрерывно отлитый фундамент. Идея силуэта вертикальной доминанты — напоминающая пламя переходная форма между куполом и шпилем. Очевидно, что комплекс станет новым символом Петербурга, башню будет видно из многих точек города, и в то же время она находится достаточно далеко от исторического центра и не угрожает чрезмерным доминированием в панорамах исторического центра.
Двояковыпуклый фасад Лахта-Центра — главный элемент архитектуры башни, ставшей вторым по высоте «твистером» в мире согласно рейтингу CTBUH (Всемирный совет по высотным зданиям и городской среде). Фасадная оболочка здания разделена на однониточные и двухниточные зоны. Интеллектуальный фасад при помощи угловых вентклапанов вентилирует буферные зоны (двухэтажные рекреационные пространства) в случае их перегрева в солнечные дни. Во внешнем остеклении оболочки применен самый большой в мире холодногнутый фасад из однокамерных стеклопакетов площадью около 11 кв. метров каждый, обеспечивая показатели энергоэффективности фасада, аналогичные двухкамерным стеклопакетам.
Зеленые технологии Лахта-Центра, претендующего на сертификацию LEED Gold, не исчерпываются башней. Двухниточный фасад используется также и в оболочке многофункционального здания с атриумом, причем тут он решен как перманентно вентилируемый и применен только на фасадах, попадающих в силу своей ориентации под влияние солнечной радиации. А фасады, выходящие только на север, однониточные. Кроме того, на кровлях комплекса зданий расположены специальные решетки, препятствующие перегреву плит покрытий, а заменившие стандартное остекление фонаря атриума надувные светопрозрачные «подушки» из легкого пленочного материала ETFE позволяют избавиться от риска обледенения и снеговых мешков. 
Филипп Никандров.jpg
Досье
Филипп Никандров — главный архитектор компании «Горпроект». Является одним из ведущих профессионалов России со специализацией в области особо крупных и уникальных высотных зданий. Среди его наиболее значимых проектов — башня «Эволюция» в «Москва-Сити» и Лахта-Центр в Санкт-Петербурге (строящаяся штаб-квартира «Газпрома», ставшая в конце января 2018 г. самым высоким небоскребом Европы).
Авторы: Елена Лозовая