Мэгги Корт-Бейкер (Maggie Koerth-Baker), редактор журнала Consulting-Specifying Engineer
Раньше офисные здания, представляющие экологически чистые инженерные системы, строились только в таких штатах, как Калифорния или Орегон.
Тогда слово “экология” больше ассоциировалось с идеалистами, которые просто не осознавали стоимость строительства. Но теперь ситуация меняется.
“Экологические аспекты все больше проникают в стандарты строительства, – говорит Скотт Франк (Scott Frank), партнер нью-йоркского представительства компании Jaros, Baum & Bolles. – В наши дни практически все владельцы недвижимости требуют, по меньшей мере, экспертизу на соответствие стандартам сертификата LEED (Leadership in Energy and Environmental Design — лидерство в энергоэффективном и экологическом проектировании). Тех, кого это не волнует, сейчас меньшинство”. Франк имеет в виду, конечно же, сертификат Совета Экологического строительства США LEED, который определяет степень “экологической чистоты” здания.
Более того, по словам самих инженеров, владельцы недвижимости зачастую настаивают на применении индивидуальных технологий, что выдвигает на передний план системы экологически чистых инженерных коммуникаций.
“Обычный подход в этом случае – найти проект, который бы воплощал в себе одну наиболее популярную технологию, и применить ее на традиционном здании”, – замечает Стивен Тернер (Steven Turner), управляющий директор компании CTG Energetics. – Теперь же, придя в офис, вы обнаружите требуемый правилами фальш-пол, необходимый уровень лучистого отопления и высокоэффективное остекление. Согласитесь, это потрясающе, когда перед вами сразу столько новых технологий”. Компания CTG Energetics известна в национальном масштабе и имеет офисы во всех штатах.
По иронии судьбы с развитием экологического строительства инженеры возрождают некоторые незаконно выброшенные за борт идеи прошлого и открывают для себя новые подходы к самому процессу проектирования. В итоге появляются удивительные решения для офисных зданий, которые технологичны при строительстве и надежны.
Интегрированный подход
Если владельцы зданий хотят, чтобы проект строительства в перспективе был энергосберегающим и экономически выгодным, то любой инженер знает, что необходимо, чтобы применяемые технологии и системы взаимно дополняли друг друга.
Все, что требуется для этого – действительно командная работа и небольшая компьютерная поддержка. Когда компания Syska Hennessy с офисом в Нью-Йорке начала создавать здание для штаб-квартиры Управления по охране окружающей среды Region 8 в Денвере, она начала с комплексного обзора как существующих архитектурных решений, так и различных инженерных систем. Дэвид Коллан (David Callan), руководитель отдела Syska Hennessy, занимающегося поиском компромисса между прочностью конструкций и технологичностью строительства, утверждает, что партнерство на ранних этапах строительства помогает фирме выбирать лучшие системы и решения, несмотря на то, что этот архитектурный проект уже во многом уникален. С его точки зрения, выбранные решения как нельзя лучше подходят для данного климата и места.
Существенную роль в расчете энергопотребления также сыграло компьютерное моделирование, которое позволило сделать проект Region 8 действительно экологическим. Благодаря специализированному программному обеспечению владельцы зданий могут теперь ясно увидеть, как “экономия” даже на одной из применяемых технологий могла бы затронуть весь проект в целом.
Повсеместно подчеркивается, что ранняя интеграция полезна для строительных технологий. “Прежде мы получали от архитекторов план и передавали его инженерам-строителям для планирования работ по монтажу систем, – говорит Тернер. – Теперь мы реализуем более “интерактивный” процесс, в котором совместная работа начинается с первого дня”.
Итог этого закономерен. Исследование показало, что интегрированный подход и непрерывное взаимодействие – это лучший способ создать экологическое здание и сэкономить средства. Коллан ссылается на недавний отчет по сертификации LEED Администрации общих служб США (GSA).
“Общепринято, что командная работа при строительстве зданий и применение норм LEED способны сберечь ваши материальные средства, – замечает Коллан. – Но если вы строите по старинке, а новые экологически чистые технологии реализуете лишь на последнем этапе, когда все уже сделано, то это обойдется вам даже дороже”.
Кадры решают все!
Когда дело в строительстве доходит до экологически чистых тенденций, то появляется помимо финансов и другой немаловажный фактор.
“Чтобы стоимость проживания в жилых зданиях была минимальной, необходимо снизить энергопотребление на квадратный метр, – говорит Скотт Джордан (Scott Jordan), менеджер по маркетингу из компании Schneider Electric. – Если потребитель не будет удовлетворен, работу нельзя назвать успешной”.
Прямая зависимость между удобством рабочего места и производительностью служащего была отражена не раз и не два. Самым последним свидетельством этой связи стал опрос 2006 года, проведенный американской компанией Gensler. Опрос показал, что почти половина опрошенных офисных работников способны трудиться дополнительный эффективный час в день, если им создать лучшие условия труда.
Одним из путей улучшения уровня комфорта офиса является такое проектирование здания, чтобы в него проникал дневной свет. Но при всей любви большинства работников к естественному освещению большая площадь окон не является идеальным решением. Многим данное решение покажется не комфортным, да и энергетически это не выгодно. “Если не продумать все заранее, дневной свет способен создавать пятна, где совершенно невозможно работать”, – говорит Майк Хаттен (Mike Hatten), директор компании SOLARC, Юджин, Орегон.
Чтобы сбалансировать все аспекты проектирования, инженеры приняли решение обратиться к реальным полноразмерным моделям.
Например, когда разрабатывалась система дневного освещения в офисном здании газеты New York Times, специалисты из Национальной лаборатории Беркли (Berkeley National Laboratory) построили макет площадью 418м.кв, где и происходило пробное размещения оборудования и рабочих мест. Результатом этого стала современная система освещения, которая снизила расходы на освещение на 10–60% в зависимости от расположения рабочего места.
Подобная система оборудована жалюзи, которые автоматически опускаются и поднимаются в течение дня в зависимости от характера освещения, так чтобы в офисе не образовывалось ярких солнечных пятен.
На других зданиях инженеры уменьшают поступление солнечного света, оптимизируя остекление и применяя электрохроматические стекла производства компаний Sage Electrochromics и Faribault из Миннесоты.
Стекло SageGlass способно мгновенно менять оттенок, пропуская только 3,5% видимого света.
Для этого достаточно нажать одну кнопку. Так что офисные работники могут сами выбирать, какое стекло затенять, чтобы притушить яркий свет, в то время как другие стекла останутся прозрачными.
К сожалению, люди сами могут разрушать оптимальный проект освещения, используя офисное пространство совершенно непредсказуемым для проектировщиков образом.
Реконструкция фиксированной системы проводов может оказаться очень дорогой. Однако решение этой проблемы не за горами. Недавно было объявлено о скором выпуске системы Convia, созданной компаниями Herman Miller и Zeeland (штат Мичиган), при участии консультантов из The Weidt Group (штат Миннесота).
Система Convia оптимизирует освещение с учетом изменения внешних условий. “Внедрить данную систему нам позволяет более широкий взгляд на процесс проектирования, – заявляет Дэвид Эджади (David Ejadi), работающий на Weidt Group. – С такой системой вы можете взять в свои руки все моменты освещения: от сенсоров дневного света, до самих источников внутреннего освещения. В зависимости от расположения людей в офисе вы можете приспосабливать освещение к их потребностям самостоятельно, не прибегая к помощи электрика”.
Наведя на датчик дневного света прибор с беспроводной связью, вы можете сами переконфигурировать систему освещения.
Альтернатива кондиционерам
Качество воздуха в офисе во многом определяет как общую экологию проекта, так и комфорт работников. Архитектурное решение компании Syska Hennessy для здания Управления по охране окружающей среды (под названием Region 8) предусматривает двойную систему вентиляции и кондиционирования воздуха. В этой системе для обеспечения требуемого воздухообмена и необходимого уровня влажности используется отдельная, независящая от нагрузок, подача наружного воздуха. Раздельный контроль двух параметров позволяет оператору поддерживать более комфортные условия для работников, исключая избыточную влажность.
Эта система обеспечивает в офисах здания Region 8 постоянный приток свежего и чистого воздуха.
По словам Коллана, эта двойная система вентиляции всего лишь один пример из растущего числа возможных вариантов, которые применяются инженерами, пытающимися отойти от традиционных решений по организации механических приточно-вытяжных систем, ставших популярными с 1950-х годов. “Это довольно обычное решение для естественной системы вентиляции и кондиционирования воздуха, – говорит он. – Их применение приводит к предсказуемым результатам, однако вы не получите и существенной экономии энергии, а также выигрыша в стоимости оборудования”. К числу альтернативных технологий создания микроклимата относятся порой и далеко не новые идеи, такие как конденсационный котел и использование геотермальной энергии, а также более новые системы, такие, как фальш-полы с разводкой воздуховодов или системы естественной вентиляции, становящиеся все более популярными.
Среди этих технологий особняком стоит подпольная разводка воздуховодов. Предпочтительная система для таких показательных объектов, как One Bryant Park и EPA Region 8, а также меньших по масштабу зданий штаб-квартиры Совета по охране природных ресурсов в Санта-Монике, Калифорния, (CTG Energetics) и банка Banner в Бойсе, Айдахо, (SOLARC) – это разводка воздуховодов в пространстве под фальш-полом. Именно эта система обеспечивает экономию средств при установке и энергосбережение при эксплуатации. Воздух подается на уровне пола в рабочую зону, в тех местах, где более всего необходим, а затем поднимается вверх к вытяжной системе, где и удаляется.
Система не тратит энергию дополнительно, обеспечивая идеальное перемешивание внутреннего воздуха. В данном случае естественная воздушная конвекция даже предпочтительна.
Такая система требует меньше энергии на охлаждение, поскольку было бы слишком некомфортно подавать в рабочую область воздух с темпертурой 10о C. Проходящая под полом система вентиляции достигает того же эффекта охлаждения уже при температуре воздуха 16о C. Помимо температурного комфорта, проходящие под полом воздуховоды не столь дороги и способны сберечь деньги арендаторов, а также делают возможной перестановку мебели в офисе. Кроме того, подобная система предлагает человеку больший уровень комфорта и возможность индивидуальной настройки параметров. Офисный работник может с помощью клапана регулировать параметры собственного рабочего пространства, сделав его более комфортным, в то время как температура в комнате в целом и приток воздуха остается под управлением центрального оператора.
По утверждению многих специалистов, такая система вентиляции, а также фальш-полы в целом, могли бы в следующем десятилетии стать нормой проектирования офисных помещений.
Альтернатива энергосети
Альтернативная электроэнергетика – это еще одна значимая тенденция экологического строительства, и это понимают сами владельцы зданий.
“Сейчас господствует тенденция предлагать владельцам зданий альтернативные варианты энергоснабжения, отличные от традиционной подачи электроэнергии”, – говорит Тернер.
Один из значимых альтернативных источников энергии – это комбинированное производство тепловой и электрической энергии.
Примером тому может быть электростанция на 5МВт, которую построила компания Jaros, Baum & Bolles в нью-йоркском Bryant Park. В ней используется новый тип турбин, изготовленный компанией Solar Turbines Inc. Эта станция получила название Mercury и способна работать на самых различных видах топлива, включая природный газ, уголь и биомассу, производя чрезвычайно низкий уровень выбросов (порядка 9ppm для NOx, 20ppm для CO и несгоревших углеводородов). Тот факт, что электростанция может давать тепло, позволяет грамотно утилизировать его. В зимнее время электростанция сама себя обеспечивает теплом.
Другая возможность получения электроэнергии стала популярной существенно позже. Речь идет о фотогальванической системе. Последняя новинка этого направления – гибкие фотогальванические ячейки, соединенные в сеть. Есть и другие новинки, о которых нам рассказывает Рэйли (Reilly), Президент и Председатель совета директоров Института Атэна (Athena Institute), Сиэтл. Этот институт занимается производством солнечных элементов нового поколения (способных аккумулировать тепло и вырабатывать электричество). Теперь солнечные элементы являются частью интегрированной энергетической системы, чего раньше не было. Эта технология выросла вокруг “умного” стекла, разработанного в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (National Renewable Energy Laboratory).
“Умным” назвали стекло, которое не только затеняется, но и способно работать как солнечная электростанция. “Это позволяет преобразовывать яркий солнечный свет, который мешает работать, в электроэнергию, – говорит Рэйли.– Будет здорово, если эта технология найдет применение”.
Но, по мнению некоторых инженеров, владельцы недвижимости откажутся от столь дорогой на их взгляд “зеленой” (экологически-чистой) технологии, предпочтя получать энергию со стороны. Они будут заключать долговременные контракты с энергетическими “станциями”, использующими энергию ветра, что дает им сразу три преимущества. “Вы получаете источник чистой энергии, стоимость которой ниже, чем та, что получается на ТЭЦ, – говорит Тернер. – Деньги, которые вы им платите, ветровые электростанции, инвестируют в новые установки”.
По мнению Коллана, многие владельцы зданий откажутся от солнечной энергетики еще и потому, что не захотят усложнять свой дом излишествами. По мнению эксперта, домашние системы часто не дают столько энергии, чтобы был смысл их ставить. Реальный экономический и экологический выигрыш вы сможете получить от ветровой электроэнергетики. “Именно так ваши доллары будут работать лучше всего, – заключает эксперт. – Это не так оригинально, но зато имеет смысл”.
Попасть в “десятку”
Экологические системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также системы автоматизации зданий делают основной упор на необходимую гибкость и универсальность решений, чтобы обеспечить работникам офисов комфорт, дающий позитивный настрой и высокую производительность труда.
Решить эту непростую проблему, по мнению Стивена Тернера из CTG Energetics, все равно, что попасть в “десятку”. Для этого достаточно найти элемент системы, который обеспечивает наибольший уровень гибкости и контроля без излишнего усложнения и запутывания системы в целом. Если это удастся, то вы получите возможность регулировать поток воздуха в индивидуальном рабочем пространстве, а в некоторых случаях – и его температуру. В то же самое время больше информации будет получать оператор системы, что позволит ему устанавливать микроклимат по желанию владельцев. Также подобная система позволит операторам осуществлять контроль освещения, опрашивать охранную сигнализацию и, что важнее для новых зданий, по данным счетчиков осуществлять биллинговую политику.
Проблемы освещения
За прошедшие три года инженеры стали свидетелями того, как прежде “беззубые” своды законов начали получать финансирование и юридическую поддержку. На этой волне получил популярность Скотт Джордан (Scott Jordan), менеджер по маркетингу из компании Schneider Electric.
“Система контроля освещения раньше была полностью автономна, и инженеры уделяли ей внимание в последнюю очередь, – рассказывает Скотт. – Но она очень важна, особенно в лифтах и других помещениях, где без освещения просто не обойтись”. Чтобы найти золотую середину между предполагаемыми расходами на электричество и требованиями по системам контроля, владельцы зданий и инженеры все больше обращаются к автоматизированным системам управления. Одним из ключевых элементов системы являются управляемые балластные схемы, контроль которых осуществляется четырьмя различными путями: выключателями; датчиками присутствия; автоматизированными системами дневного освещения; и фотосенсорами, регулируемыми по группам или индивидуальным способом с помощью центрального компьютера.
Другой ключевой особенностью системы Square D от компании Schneider Electric является возможность контроля освещения непосредственно через Интернет. Построенные на основе локальной сети системы позволяют операторам обращаться к отдельной лампе через балластную схему, а также осуществлять управление целой группой ламп и получать по электронной почте предупредительные сообщения.
Популярность этих систем подтвердило время.
Подобные системы появляются в таких серьезных проектах, как здание электростанции в нью-йоркском Bryant Park, которую построила компания Jaros, Baum & Bolles (площадь здания 195 тыс. м. кв), а также в меньшем по масштабам здании банка Banner в Бойсе, Айдахо (его проектирует орегонская компания SOLARC Architecture and Engineering).
Синтез строительных технологий
По мере того, как экологические подходы в строительстве проходят путь от схемы до продуманных решений, претерпевает изменения и сам подход к проектированию. “Мы исходим из модели, которая визуализирует здание и позволяет нам взглянуть на него, как на интегрированную систему. Мы видим, как взаимодействуют системы естественного и искусственного освещения, а также система кондиционирования”, – говорит Майк Хаттен, директор SOLARC Architecture and Engineering, Орегон. В качестве примера Майк рассказывает о воздействии расположения окон на работу систем кондиционирования.
Обычно такие системы располагают на южной стороне здания, что в отдельных случаях снижает нагрузку на систему охлаждения на целых 10%. Хаттен высказывает сожаление о том, что при разработке мер экономии в первую очередь страдают окна. Однако если за разработку системы кондиционирования берутся инженеры-специалисты, то окна становятся первым вопросом. Традиционное убеждение о необходимости затенения скорее во вред, чем на пользу. Более того, ошибки в этом вопросе увеличивают расход энергии при эксплуатации здания. “Впоследствии вы уже не сможете исправить ситуацию без серьезной переделки системы кондиционирования”, – предупреждает Хаттен.
По материалам журнала
Consulting-Specifying Engineer.
Статьи по теме:
Умный дом, как основа построения дома будущего
Умный дом от Gira
Что такое Интеллектуальное Здание?
10 вопросов специалистам. Российский рынок автоматизации зданий
BACnet и KNX: открытые стандарты, дополняющие друг друга.
BACnet на «полевом» уровне: ЗА или ПРОТИВ?
BACnet работает на Почту Германии.
BACnet web- сервисы.
Энергосберегающие технологии и комплексная автоматизация Siemens.