Творчество и современность

Введение

Изменение климата, сокращение ресурсов, отходы жизнедеятельности человечества, нарастающие с каж­дым годом, уменьшение природного пространства — все эти процессы заставляют задуматься о будущем планеты, о будущем человечества. Перед архитекторами и строителями сегодня стоит задача снизить негативные последствия человеческой жизнедеятельности для природы не ухудшая, а улучшая условия для жизни и здоровья людей.

Помогает в этом экологический подход в проектировании и строительстве. Выделяются три основные составляющие экологического подхода [Большая российская энциклопедия]:

Климатоориентированность. Учет климатических особенностей местности, использование восполняемых источников энергии, расположение здания в соответствии с естественной инсоляцией, с учетом сторон света, розы ветров и др., экологическая архитектура здания: здание должно быть вписано в окружающий ландшафт и не нарушать природную целостность.

Энергосбережение. Включает в себя энергоэффективность зданий и сооружений, минимизацию тепловых потерь, использование энергосберегающих материалов и технологий.

Экологичные материалы и технологии. Экологичность материалов, используемых в строительстве, и экологичность самого здания. Материалы должны быть возобновляемые, не выделяющие вредные для человека вещества, пригодные для повторной переработки либо не наносящие урон окружающей среде при окончании эксплуатационного срока здания. Дома со сниженным уровнем отходов и переработкой продуктов жизнедеятельности человека [Лапин 2005].

Рассматривается опыт реализации экологического подхода в малоэтажном жилом строительстве: индивидуальные жилые дома, сблокированные дома, многоквартирные дома не выше 3-х этажей. Для анализа выбраны страны, расположенные в схожих с Сибирью климатических условиях — 62 градуса северной широты: Сибирь, Северная Канада, Финляндия, Швеция, Норвегия, Аляска (США). Сначала выделены примеры домов, построенных с экологическим подходом в мире, затем сделан обзор опыта реализации в России.

Полученные результаты и их обсуждение

И в мире, и в России к экологическому подходу в проектировании проявляли интерес многие архитекторы и ученые, начиная со второй половины XX века. Стимулирующим интерес фактором стало получение данных об изменении климата. Но архитекторов и ученых, которые изучали особенности и проектировали на территориях, схожих по климату с Сибирью, немного. Еще меньше имен в сфере малоэтажного жилого строительства.

Зарубежный опыт реализации экологических малоэтажных жилых домов в климатических условиях, схожих с Сибирью

Большой вклад в развитие экологического подхода в малоэтажное жилое строительство внес Бенгт Варн (Bengt Warne) — архитектор из Швеции, 1929–2006 годы жизни. В начале 1970-х годов он спроектировал и построил дом-теплицу (Naturhuset) в пригороде Стокгольма, который был местом проживания и исследовательским центром архитектора до 1981 года. Впоследствии дом был продан.

Идея дома-теплицы заключалась в самодостаточности дома, который будет производить еду, а не отходы, генерировать, а не только потреблять энергию. Дом-теплица строился по следующему принципу: над домом из природных материалов, например, из древесины, надстраивалась светопрозрачная конструкция, которая обеспечивала дополнительное энергосбережение, увеличивала вегетативный период растений, произрастающих в теплице. Помимо этого, в доме были использованы такие «зеленые» технологии, как сбор и использование дождевых вод, компостирование кухонных и садовых отходов, обогащение воздуха кислородом с помощью растений. Лишь в холодное время года для дома требовался дополнительный обогрев в виде печного отопления. Даже зимой в доме-теплице выращивали овощи [Пассивный дом 2020]. На тот момент, с учетом технологий того времени — это был полноценный экодом, построенный с экологическим подходом. Впоследствии именно эта разработка Бенгта Варна вдохновила несколько семей построить дома-теплицы в схожих климатических условиях.

Другая по форме, но по сути та же конструкция, что и у Бенгта Варна была реализована в 2013 году на острове Сандорноя в северной части Норвегии. Построен купольный дом-теплица (рис. 1).

Форма напоминает геодезический купол Ричарда Фуллера 50-х годов XX века, но суть дома аналогична разработке шведского архитектора. В основании устроен цокольный этаж из ячеистого бетона с монолитным железобетонным перекрытием. Над ним возведен геодезический купол — алюминиевый каркас со стеклянными панелями (360 штук), который накрывает площадь около 180 кв. м. Диаметр купола 15 м, высота 7,5 м. Стекло — одинарное, толщиной 6 мм. Геокупол возведен специализированной норвежской компанией Solardome. Строительство самого дома велось уже внутри купола, из соломы и глины. Дом представляет двухэтажную постройку с плоской крышей. За стенами дома — сад и огород. В условиях короткого северного лета здесь успевают созреть самые теплолюбивые овощи и фрукты — абрикосы, виноград, киви, сливы, помидоры, огурцы. Под куполом сельскохозяйственный сезон длится на пять месяцев дольше, чем снаружи [Дома-теплицы 2020]. Конструктивные и технологические особенности проекта: геокупол, солнечные батареи, дополнительно — дровяная печь-плита для отопления и нагрева, рециклинг воды для полива, рециклинг отходов для удобрения, система естественной вентиляции и циркуляции воздуха.

В 2015 году в пригороде Стокгольма семья Мари Гранмар и Чарльз Сакилотто за счет надстроенной над домом теплицы превратили свой летний дом в дом-теплицу (рис. 2), в котором помимо экономии на отоплении и еде собирается дождевая вода, отходы используются в качестве удобрений.

В перспективе планируется разработка системы аккумулирования солнечной энергии летом с возможностью хранения её до весны [Naturhus 2020].

Комплексный проект с экологическим подходом разработан в 2016 году совместно датской архитектурной студией EFFEKT и Стэндфордским университетом — проект эко-деревни Regen Village в Нидерландах, который впоследствии должен был тиражироваться в других странах — в том числе в Швеции. В проекте также представлены энергосберегающие дома по форме и сути домов-теплиц с применением геокупола, использованы возобновляемые источники энергии, рециклинг воды и отходов, собственное производство органических продуктов питания и др. [Effect 2016]. Однако подтверждения, что проект реализован, не най­дено. В открытых источниках все также говорится про проект, а не про реально функционирующую эко-деревню.

Мировой опыт больше представлен домами, построенными с неполным набором признаков экологического подхода: используются энергосберегающие технологии, натуральные материалы, продуманная ориентация здания по сторонам света, возобновляемые источники энергии, отдельные технологии бережливого отношения к природе. Но автономных, замкнутых систем функционирования дома нет. Приведем несколько примеров таких домов, построенных в Канаде в XXI веке.

King’s cross house, Канада, 2014 г. (рис. 3) — проект студии из Торонто BORTOLOTTO. Построен энергосберегающий дом с усиленной теплоизоляцией из натуральных природных материалов с продуманной ориентацией здания, с естественной инсоляцией. Главный фасад (уличный) — закрытого типа, дворовый фасад практически полностью остеклен. Отопление организовано преимущественно за счет геотермального источника и солнечных панелей. Центральные коммуникации использованы в качестве вспомогательных (резервных) [Bortolotto 2013].

В 2016 году архитектор Чарльз Гейн, один из основателей CORE ARCHITECTS построил дом 2000 кв.м в Онтарио, Канада (рис. 4).

Электричество в дом подается от солнечных батарей, использована система очистки сточной воды (применены септические биофильтры). В доме — большая площадь остекления, мансардные окна, естественная инсоляция. При строительстве использованы местные стройматериалы — камень и дерево, интерьер выполнен преимущественно из дерева. Отопление обеспечено за счет дровяного камина [CORE Architects 2016].

Изучение опыта строительства малоэтажных жилых домов на территории Северной Канады, Норвегии, Швеции позволило выявить несколько наиболее распространенных форм и технологий экологических домов: дома-теплицы и геокуполы. Эти формы и технологии проверены опытным путем и временем и зарекомендовали себя в качестве подходящих для климатических условий, схожих с Сибирью. Другие архитектурные формы и решения только частично можно отнести к экологическим, так как не являются автономными, не предусмотрена система переработки отходов. Хотя и климатоориентированность, и энергосбережение, и экологичность частично реализованы во всех рассмотренных примерах. Во всех домах, построенных с экологическим подходом, предусмотрены резервные системы отопления и электроснабжения за счет традиционных систем в виде дровяных печей либо за счет центральных коммуникаций.

Отечественные разработки в экологическом малоэтажном строительстве в климатических условиях, схожих с Сибирью.

В России малоэтажных жилых домов, построенных с экологическим подходом в климатических условиях Сибири еще меньше. Есть последовательный опыт реализации «солнечных домов» на Дальнем Востоке, благодаря П.А. Казанцеву — кандидату архитектуры, профессору кафедры дизайна ДВГТУ, члену Союза архитекторов России и Международного общества солнечной энергии ISES. Им совместно с другими учеными создан энергоэффективный «Экодом Solar-5» для условий приморского региона [Пат. 2342507. 2008]. К сожалению, Владивосток и его окрестности, где построены эти дома, расположены на 43 градусе северной широты. Поэтому применять наработки П.А. Казанцева без изменений и доработки для условий Сибири не представляется возможным.

В Сибири интерес к домам с экологическим подходом проявляли представители разных специальностей. В Новосибирске еще в 70–80-е гг. XX в. было предпринято первое практическое использование солнечной энергии в Сибири — «Солнечный домик» Чернышова Алексея Васильевича [The Golden Ratio 2023]. Простых форм, с двускатной кровлей, в доме был установлен воздушный солнечный коллектор 12 кв. м и аккумулятор тепла из камней, что позволило при солнечной погоде поддерживать температуру 18 градусов тепла в доме при внешней температуре 23 градуса мороза.

В 1990-х гг. в Кольцово, Новосибирской области, был построен индивидуальный жилой дом с элементами экодома: в доме реализован воздушный солнечный коллектор для подогрева воздуха и аккумулирования тепла, теплица на втором этаже, смывной биотуалет и очистные для сточных вод. Автор и исполнитель С. Черных.

Настоящий экодом в 1980 году разработал И.А. Огородников — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института теплофизики СО РАН, г. Новосибирск [Пат. 2780042. 2022] [патент 2780042, 2022]. Ученый проработал все технические аспекты экодома. Применены технологии энергопассивных экодомов со следующими характеристиками: нулевое потребление энергии, нулевые выбросы, в т.ч. СО2, нулевые отходы. Особенности системы экодома: экологичность, использование природных процессов, автономность, энергоэффективность, использование альтернативных и возобновляемых источников энергии, использование преимуществ «солнечной архитектуры», обеспечение замкнутого оборота органического вещества, производство продуктов питания, экономичность. И.А. Огородников приводит в своих работах принципиальную схему зонирования экодомов и простую архитектурную форму дома с двускатной кровлей [Naturhus 2020].

Ученый участвовал в реализации данного проекта на острове Ольхон Иркутской области, расположенный на 53 градусе северной широты. Найдены фото и доказательства строительства экотуалетов, также информация о презентации проекта экодома в 2018 году. Однако фото построенного экодома не найдены, только упоминания про экодом на острове Худжир, Байкал [Greenhouse houses 2020]. На момент презентации проекта часть жителей острова готова была участвовать финансово в строительстве дома, авторы проекта были в поиске остального финансирования. Описание проекта: материал дома — брус, утепленный минеральной ватой. На крыше и на стенах — водяные и воздушные солнечные коллекторы, из которых нагретый воздух попадает в систему воздуховодов. Излишки энергии направляются на отопление дома и всесезонной теплицы ночью. «В суровом сибирском климате отапливать дом только солнцем нет возможности, — говорит Огородников. — Поэтому предусмотрен дополнительный обогрев с помощью электричества или дров, на зиму будет достаточно всего одной машины дров, в то время как для обычного дома необходимо три». Также предусмотрены очистные сооружения, на выходе из которых получается практически питьевая вода. Однако результатов реализации проекта в открытых источниках не обнаружено.

В Иркутской области построен гостевой дом-баня 45 кв. м (рис. 5) с экологическим подходом на основании разработок И.А. Огородникова. Использованы элементы: воздушно-водяной солнечный коллектор с грунтовым аккумулятором тепла, метеостанция и связанная с ней автоматика, включающая и отключающая отопление для поддержания заданной температуры, компостирующий биотуалет. Отопительный сезон сокращен с 7 до 5 месяцев при поддержании температуры в 22 градуса тепла [GOST will be adopted 2024].

Также есть опыт строительства индивидуальных жилых домов с энергосберегающими технологиями, но с материалами, не относящимися к экологичным, поэтому они не рассмотрены.

Основным материалом для домов с экологическим подходом традиционно было дерево — брус, клееный брус, как восполняемый и самый экологичный материал [Ogorodnikov 2017]. Однако этот материал достаточно дорогой. Альтернативным материалом стала солома. Дерево также используется в конструктиве в качестве несущего каркаса.

В 2008 и в 2012 годах в Новосибирске построены три дома с соломенными утеплителями. Солома является натуральным экологичным материалом с высокими показателями теплосбережения. В одном доме установлен солнечный воздушно-водяной коллектор с грунтовым аккумулятором тепла весом 40 тонн [Greenhouse houses 2020].

Выбор экоматериалов постоянно расширяется, технология производства совершенствуется. Развивается строительство с материалом «Соломит» [Effect is a design 2016] — усовершенствованной технологией строительства из соломы на несущем деревянном каркасе — построено несколько домов в загородном поселке Мира Деревня, г. Новосибирск. Солома — материал экологичный и более доступный по цене по сравнению со стройматериалами полностью из дерева.

В России есть опыт реализации здания-теплицы в Якутии (рис. 6) (СВФУ совместно с компанией Sinet Group), расположенной на 66 градусе северной широты [CORE Architects 2016]. В данном строении применены энергосберегающие технологии, геодезический купол с энергосберегающей прозрачной пленкой. Диаметр купола составляет 20 м, высота — 10 м. Проводятся наблюдения.