В каждую историческую эпоху проблема жилья решалась по своему. С одной стороны имелись ограничения технического и экономического порядка, с другой – требования к жилью предъявляемые климатическими и географическими условиями. Реальное жилье в каждую эпоху, отвлекаясь от его социальной специфичности, это компромисс между желаниями и потребностями людей с одной стороны, и техническими и экономическими возможностями – с другой, на фоне условий продиктованных климатом и географией.
Бывают спокойные эпохи, когда жилища почти не меняются в течение сотен лет, бывают переломные, когда развитие имеет быстрый, скачкообразный характер. Мы переживаем сейчас именно такой момент. К середине 70 – х годов основной поток размышлений на тему жилища и поселений будущего начал приобретать отчетливо экологический оттенок. Возникли понятия энергоэффективного и экологического дома. В последние годы стала нарастать новая волна инноваций в домостроении, связанная с массированным внедрением домовых управляющих систем.
Для тех, кто занимается новыми, экспериментальными домами, прежде всего, встает вопрос проектирования. В этой связи представляет интерес оценить в каком положении пребывает сейчас инженерное проектирование в общем, и архитектурно-строительное, в частности.
Современные процедуры проектирования технических систем в большинстве своем устроены так, что вознаграждается неэффективность, и штрафуются эффективные решения. Действительно, профессиональные проектировщики практически во всех странах получают гонорар, прямо зависящий от стоимости здания или оборудования, на которые они разрабатывают техническую документацию. Таким образом, если надо было бы разработать, к примеру, систему стимулирования разработки максимально дорогих в строительстве и эксплуатации, энергозатратных зданий, то следовало бы выбрать именно ныне действующую практику исчисления гонораров проектировщиков.
Несколько утрированно современную процедуру выполнения проектно-конструкторских работ можно изобразить так:
Эта безопасная и неутомительная для проектировщика процедура, получившая такое определение как «заразное повторение», делает проектируемые объекты громоздкими, сложными и дорогостоящими. Но проектировщик в выигрыше, он получает гонорар пропорциональный стоимости объекта. Не он будет оплачивать стоимость его возведения и эксплуатации объекта.
Эти негативные тенденции в полной мере характерны и для процесса проектирования зданий. Известны свежие примеры, когда авторы дешевых, но эффективных зданий подвергались осуждению коллег и административным преследованиям.
Архтектурно-строительное проектирование выделяется своей многокомпонентностью, разнохарактерностью решаемых задач. Начинает его архитектор, в подходе которого преобладают эстетические и гуманитарные мотивы, продолжают Hard -проектировщики, а затем Soft инженеры. Последние вписывают в здание разнообразные инженерные системы жизнеобеспечения, в том числе, с недавних пор, и в буквальном смысле Soft – управляющие программы. Завершают все дизайнеры интерьеров и ландшафтные архитекторы.
Проектирование на практике носит преимущественно последовательный, линейный характер, подобный работе на конвейере или эстафете. Архитектор, как правило, исходя из своих приоритетов, определяет объемно-планировочное решение, передает его проектировщикам-корпусникам для разработки силовой конструкции, далее проект спускается инженерам, которые вписывают в коробку здания инженерные системы. Все стараются не дать выйти техннико-экономическим параметрам здания за общепринятые и нормативные пределы. Если это удается, все испытывают чувство выполненного долга и на этом работу считают законченной. Вопрос о разумности значения этих параметров, полноте их набора, возможности их улучшения, не ставится. Как выразился недавно один проектировщик: «Все что мы строим – хорошо, уже потому, что строим».
Со времени первого энергетического кризиса 1970 – х годов на западе к числу важнейших параметров здания стали относить потребление тепловой энергии. Оно составляет львиную долю в общем энергопотреблении зданий. Было признано, что его можно значительно, даже многократно уменьшить. Это определило вектор разработки так называемых энергоэффективных зданий. Экономию энергии зданием сделали тотальной. Снижение потребления энергии достигалось и экономией других ресурсов, в частности, воды, уменьшением количества стоков и бытовых отходов. Так экспериментальные дома постепенно становились ресурсосберегающими. Но экономия ресурсов и уменьшение количества отходов означает снижение бремени для окружающей среды, или, как сейчас выражаются, уменьшением веса экологического рюкзака. Более разборчивое отношение к строительным и отделочным материалам с точки зрения их токсичности позволило сделать дома более здоровыми для их обитателей. За такими домами закрепилось несколько тавталогическое название экологических; их называют еще зелеными, солнечными, устойчивыми, биопозитивными и т.д.
Практика разработки и строительства энергоэффективных и экологических домов насчитывает не один десяток лет. К настоящему времени в западных странах уже пройден этап первоначальных поисковых разработок, экспериментального строительства и опытной эксплуатации энергоэффективных зданий и практически решается вопрос о переходе к массовому строительству таких зданий в качестве стандартных. Для этого уже апробированы и запущены в производство необходимые материалы, компоненты инженерных систем жизнеобеспечения, а также выкристаллизовались методики их проектирования.
К дополнительным параметрам, на которые изначально ориентируются специалисты при проектировании экологических зданий, относятся следующие: расходы энергии на теплоснабжение, электроснабжение, потребление воды, степень переработки органических отходов, степень использования дождевых вод, степень покрытия энергетических нагрузок локальными установками возобновляемой энергетики и т.д.
В Европе к настоящему времени, сложилась классификация зданий по энергоэффективности, в нее входят Дома Низкого Энергопотребления (ДНЭ), Дома Ультранизкого Энергопотребления (ДУЭ) и пассивные – не нуждающиеся в отоплении. В таблице № 1 приведены количественные критерии отнесения зданий к той или иной категории и соотношение теплоэнергетических характеристик малоэтажных зданий различной степени энергоэффективности в Германии и России. Климатические условия Германии можно считать средними для западноевропейских стран [2]. При составлении таблицы были приняты ГСОП для Германии 2200, для Росси – 4800 (Подмосковье). В последней графе приведены примерные расходы энергоносителей за отопительный сезон в пересчете на жидкое топливо. Представление о теплотехническом качестве зданий дает третий столбец, в котором указан расход энергии в расчете на одни градусо-сутки. Как видно, для старых зданий в России и Германии этот показатель отличается незначительно. В то же время, из-за разницы в климате, различия в суммарном теплопотреблениии за сезон различаются в несколько раз (второй и четвертый столбцы).
Таблица № 1. Расход тепловой энергии по типам зданий
в России и Германии.
| Индивидуаоьный жилой Дом 140 м 2 общей площади. | Годовой расход Тепла Квт. * ч / /м 2 * год | Удельный расход тепла Вт * ч/м 2 * град * сутки | Расход жидкого топлива литров / год |
| Германия | |||
| Старое строение | 300 | 136 | 4200 |
| Типовой дом 70 – х гг. | 200 | 91 | 2800 |
| Типовой дом 80 – х гг. | 150 | 68 | 2100 |
| Дом Низкого Энерго потребления 90 – х гг. | 0 - 70 | 14 - 32 | 420 - 980 |
| Дом ультранизкого энерго потребления | 30 -15 | 14 - 7 | 210 - 420 |
| Современный пассивный дом | менее 15 | менее 7 | 0 |
| Россия | |||
| Дома старой постройки (до середины 90 – х гг.) | 600 | 125 | 8400 |
| Постройки в соответствии с новым СниПом по тепло- технике | 350 | 73 | 4900 |
| Дом низкого энергопотреб- ления | 60 - 150 | 13 - 31 | 840 - 2100 |
| Дом ультранизкого энерго- потребления | 15 – 60 | 3 – 13 | 210 – 840 |
| Пассивный (теплонулевой ) дом | менее 15 | менее 3 | 0 |
Практика показывает, что в сфере проектирования гражданских зданий архитекторы в массе своей утратили способность целостного видения здания как сложной многогранной искусственной системы, и не способны организовать его системное проектирование. Таким образом, они потеряли способность исполнять роль архитекторов в буквальном смысле, по этимологии этого слова – главных строителей. Произошла утрата проектного процесса как целостно управляемого, ориентированного на заранее намеченные результаты и совместную командную работу различных специалистов. Проектирование стало походить на «заразное повторение» с тиражированием дорогостоящих и не отвечающих современным требованиям решений. Зарубежные аналитики отмечают, что «инженерно мыслящий» архитектор является весьма ценным специалистом, но встречающимся крайне редко.
В истории такое случилось не в первый раз. Снижение статуса архитектора в связи с усложнением объекта проектирования имело место в кораблестроении. Длительное время суда проектировались архитекторами. В Х I Х веке произошло резкое усложнение конструкции кораблей в связи с переходом от деревянных парусников к металлическим пароходам. С этого времени роль архитекторов при проектировании и постройке кораблей уменьшалась, пока он не был, фигурально выражаясь, «выброшен за борт».
Современные архитекторы не слишком успешно воспринимают новые тенденции в проектировании эффективных домов, и сейчас нечто подобное происходит в гражданском строительстве. Как ситуация разрешится на этот раз, восстановят ли архитекторы свои позиции «главных строителей», или будут разжалованы в рядовые или ефрейторы проектного процесса, уступив главную роль своего рода, системным интеграторам в строительстве, – покажет будущее.
Впечатляющим показателем свидетельством неблагополучия в отечественном строительном проектировании служит тот факт, что до сих пор в число характеристик зданий не включается такой важнейший их показатель как теплопотребление. Для нетиповых проектов он даже рассчитывается. Хороши были бы конструкторы автомобилей, если бы не интересовались уровнем топливопотребления своего детища. В германии же в ряд ключевых показателей, оцениваемых при выборе жилья, наравне с ценой квадратного метра, входит удельное теплопотребление. Для лучшего понимания и повышения убедительности, киловатты на квадратный метр в год, переводят в цифры расхода топлива. Например, расход дизельного топлива на обогрев одного квадратного метра в год в доме, построенном в 1950-60-х годах равный 30 литрам, сопоставленный с 7 литрами для жилища с низким теплопотреблением или с полутора литрами – в энергопассивном доме, красноречиво и доступно аргументирует преимущества экодома.
Сейчас отдельные архитекторы в лучшем случае иногда, в затруднительных случаях, начали советоваться с инженерами, это шаг в правильном направлении, но, мягко говоря, недостаточный. Для эффективного проектирования нужна совместная командная работа всего коллектива проектировщиков. Такая форма проектирования повышает характеристики создаваемого продукта на порядок. Результаты разработки энергоэффективных и экологических домов убедительно подтверждает это.
Что возможно предложить для возрождения эффективного проектирования? Один из путей – по-прежнему ориентироваться на архитекторов в надежде, что практика или что либо еще образуют их и дадут им целостное видение и понимание современного здания Однако, процесс этот может затянуться надолго.
Другой путь – сорганизовать процесс проектирования так, как это вынуждены были сделать разработчики больших и сложных технических систем – ввести институт генерального конструктора. Последний - это интеллектуальный лидер, который способен понимать всю систему целиком как результат взаимодействия подсистем. Он способен осознать вес и место каждой подсистемы и выдать обоснованные и достижимые параметры конструкторам и проектировщикам подсистем. Он организует совместную работу, обмен информацией в коллективе разработчиков, разрешает конфликты. Стиль его руководства может быть разным – от авторитарного до демократичного, главное в его работе системная интеграция.
Работа генерального – это искусство, способных к такой роли людей мало, происходить они могут из специалистов по различных подсистемам. Применительно к проектированию зданий это означает, что это может быть и не архитектор.
Такая схема прижилась там, где проектирование осуществляется по конечным характеристикам, которые должны расти. Самолеты должны летать дальше, выше, быстрее. Новые системы вооружения должны быть более мощными, точными, мобильными и т.д. Эта же тенденция проявляется и в проектировании энергоэффективных и экологических зданий, характеристики которых непрерывно и заметно повышаются. Действительно, энергоэффективные и экологические здания изначально разрабатывались с прицелом на заданные высокие ресурсосберегающие и эксплуатационные показатели, поэтому процесс их проектирования изначально не мог выстраивался иначе как системный. Специалисты работали как одна команда под единым авторитетным либо коллегиальным управлением, с взаимоувязкой принимаемых конструктивных и объемно-планировочных решений. Выполнялись циклы повторной проработками систем с целью оптимизации всего проекта. И результаты были достигнуты впечатляющие. Чего стоят только здания без отопления, уже строящиеся тысячами. Проектирование трансформировалось из ряда последовательных, слабо связанных между собой работ, в связный, управляемый, целенаправленный процесс. Консилиум специалистов единомышленников, или взявший на себя ответственность индивид (чаще всего с физическим образованием), доказали способность предвидеть и просчитать, как отразится на системе в целом то или иное частное проектное решение по архитектуре, силовой конструкции или инженерии. Появилась возможность обосновать с одной стороны максимально высокие, с другой – практически достижимые параметры будущего здания и определить оптимальную конфигурацию параметров подсистем для этого.
С самого начала у разработчиков энергоэффективных и экологических зданий не было сомнений в том, что без интеллектуальных систем управления инженерными системами и всем зданием в целом, невозможно достичь высокой степени ресурсоэффективности. Поэтому задача интеллектуализации для экологических домов органична и естественна. Для того чтобы быть эффективным, экодом должен иметь определенный набор систем автоматического управления и каналы информационного обмена с внешним миром. Например, система термокоррекции (бывшая отопительная), должна работать в автоматически заданном режиме, который может включать физиологически желательное понижение температуры ночью, уменьшение температуры во временно неиспользуемых помещениях. Системы управления освещением позволяют экономить до 30% электроэнергии используемой осветительными приборами и т.д. Все это делает экодом по совместительству и "интеллектуальным домом". Но обратное неверно, не всякий "интеллектуальный дом" экологичен. Экодом это как минимум ресурсоэффективный "умный дом". Ведь автоматизировать можно все что угодно, без меры. Можно поставить систему автоматического растапливания снега на садовых дорожках, или льда на крыше. В нашем климате это будет не что иное, как, мягко говоря, неоправданная трата энергии с вытекающим отсюда экологическим негативом. Ведь известно, что выработка и передача энергии, всегда связаны с чувствительными вредными последствиями для окружающей среды. И не меняет дела то, что эти последствия проявляются где то там, за горизонтом.
С появлением более дешевых, производительных и миниатюрных компонентов домашних систем управления, приблизительно десятилетие назад возникла новая волна инноваций в домостроении. Появилось новое словосочетание – интеллектуальное здание (ИЗ). Как маркетинговый лозунг ИЗ вероятно хорош, однако его претензии на самостоятельное понятие весьма сомнительны. Действительно, ведь не существует такого понятия как «женщина с красивыми волосами», хотя искусственно его и можно ввести. Но оно не будет жизненным и употребительным, поскольку не отражает какого либо значимого целого. В то же время понятие красивая женщина, красавица, существует. Таково же соотношение между ИЗ и экологическим домом. Перефразируя классика, можно сказать, что в доме все должно быть прекрасно – и архитектура и интерьеры и системы жизнеобеспечения с системами управления.
Складывается впечатление, что поборники строительства интеллектуальных зданий в какой то мере ломятся в открытую дверь, пытаясь найти эффективную систему проектирования зданий и не замечая, что на многие интересующие их вопросы дает ответы практика проектирования энергоэффективных экологических домов.
Если же интегрировать интеллектуальные системы в конструкции обычных неэффективных и морально устаревших зданий, которые в массовом порядке продолжают строить в России, то большого эффекта ожидать не следует, так же, как и при установке спутниковой системы навигации на телегу. Получится умный уродец.
Поэтому продуктивной представляется интеграция концепции ИЗ в более общую парадигму экологического здания, для которого уже сложилась практика осмысленного системного проектирования.