Первое энергоэффективное высотное здание (1972 год,
США)

Строительство энергоэффективных зданий в разных точках планеты началось после мирового энергетического кризиса 1974 года. Вместе с тем проект первого высотного энергоэффективного сооружения здания начал претворяться в жизнь чуть раньше, в 1972 году, в американском Манчестере.

Его авторы, архитекторы Эндрю и Николасом Исаак «сдали в работу» проект здания суммарной площадью 16350 кв.м. Оно имеет семь этажей, на которых располагаются офисные помещения плюс технический этаж. Дополняет проект двухъярусный гараж.

Энергозатраты на вентиляцию здания энергия компенсируются уменьшением объема поступления наружного воздуха. Достигается это грамотной планировкой и оптимизацией воздухораспределения, а также заменой внешнего воздуха очищенным рециркуляционным.

Рекуператоры тепла позволяют уменьшить на 60-75% затраты энергии на охлаждение и нагрев приточного воздуха. Система управления искусственным освещением, регулирующая интенсивность света в зависимости от изменения уровня естественного освещения, дает возможность экономить на электроэнергии.

EKONO-house (1979 год, Финляндия)

В 1979 году в г. Отаниеми близ Хельсинки под руководством финского архитектора Хеймо Каутонена было спроектировано и построено энергоэффективное здание EKONO-house.

Энергосберегающие решения, признанные инновационными, позволяют обеспечить эффективное использование внутреннего объема здания – минимизировать площади ограждающих конструкций и снизить потери тепла через них. Теплоизоляция ограждающих конструкций имеет значительно улучшенные характеристики, что также приводит к уменьшению теплопотерь. Кроме того, сами ограждающие конструкции имеют высокую теплоемкость, за счет чего повышена теплоустойчивость здания, накапливается тепло.

Вентилируемые окна имеют одинарное стекло во внутреннем переплете и трехслойный стеклопакет в наружном переплете. В нижней части внутреннего переплета имеется узкое входное отверстие. Через него воздух из помещения попадает в межстекольное пространство, где забирает на себя  значительную часть тепловой энергии солнечной радиации. То есть вентилируемые окна работают как солнечные коллекторы. Они дают возможность использовать для нагрева воздуха до 55 % солнечного тепла.

В основании здания располагается система аккумулирования тепла солнечной радиации и это снижает нагрузку на отопительную систему. Здание отличается минимальными утечками воздуха за счет герметизации конструкций  и имеет систему автоматической системы климатизации. Ежегодное удельное теплопотребление первой секции здания EKONO-house на 50 % ниже той же характеристики административных зданий, возведенных в Финляндии в то время. Оно составляет 124 кВт∙ч/кв.м.

Commerzbank (1997 год, Германия)

Весной 1997 года во Франкфурте-на-Майне было сдано в эксплуатацию 259-метровое здание Commerzbank. Его высота с антенной составляет 300 метров, что в то время соответствовало 24-му месту в мире по высотному показателю.

Сооружение было спроектировано лондонской студией Foster and Partners и владевшим ею британским архитектором Норманом Фостером. Данный проект произвел фурор, так как означал полный пересмотр самого подхода к строительству высотных зданий.

Энергосбережение в здании достигается за счет активного использования естественных вентиляции и освещения. В качестве канала естественной вентиляции для смежных офисных помещений здания используется атриум, проходящий от нижнего и до самого верхнего этажа. Все без исключения этажи имеют по три крыла: в двух располагаются офисные помещения, а в третье служит вместилищем одного из зимних садов, каждый из которых занимает четыре этажа. Они выполняют роль внутренних систем обновления воздуха.

С помощью двуслойных светопрозрачных ограждений офисов обеспечивается уменьшение затрат энергии на климатизацию всего строения. С их же помощью решается вопрос организации естественной вентиляции, которая фактически осуществляется под действием давления ветра и сил гравитации. Архитекторы верно ориентировали здание по отношению к основному направлению ветра, что сделало вентиляцию по-настоящему естественной.

Авторы проекта добились максимальной гармонизации функций строения – с одной стороны они удовлетворяют потребность пребывающих в нем людей, а с другой – обеспечивают высокую эффективность использования энергии. «Секрет» кроется в интеллектуализации управления инженерным оборудованием. «Мозг» здания обеспечивает оптимальный режим работы систем охлаждения отопления и вентиляции, а также поддерживает необходимые параметры микроклимата в зоне работы людей.

Проект был выполнен на основании предварительных аэродинамических исследований и с привлечением  программ компьютерного моделирования.

MAIN TOWER - во
Франкфурте-на-Майне
(2000 год, Германия)

Немецкая аккуратность и бережливость нашло свое воплощение в еще одном выдающемся образце энергосберегающей архитектуры. Планомерное проведение в жизнь политики уплотнения банковского квартала во Франкфурте-на-Майне привело к тому, что масса работников финансового сектора города переехало в январе 2000 года в «башню» под названием MAIN TOWER.

Вообще говоря, MAIN TOWER – это сдвоенная башня: одна из составляющих 170-метрая квадратная, а вторая – 200-метровая круглая.  Суммарная площадь помещений здания с учетом подземных этажей составила 101705 м². Высокие показатели энергоэффективности здания обеспечиваются применением автономных источников энергосбережения, использованием (для уменьшения энергозатрат на отопление) тепла земли. Кроме того, основание здания «работает» как накопитель как холода, так и тепла.

Светопрозрачные ограждающие конструкции позволяют эффективно защищать помещения от внешнего теплового и солнечного воздействия, а автоматизация солнцезащитных устройств является эффективным инструментом снижения нагрузки на систему климат-контроля летом и снижения потерь тепловой энергии зимой.

Двойные стеклопакеты заполнены криптоном, а специальные стекла толщиной 10 мм, будучи покрытыми с двух сторон металлоксидной пленкой, эффективно защищают помещения от солнца. Повторяя кривизну башни, наружное стекло стеклопакета выгнуто, в то время как внутреннее – «классическое» – плоское.

Автоматическая регулировка уровня искусственного освещения в совокупности с применением энергосберегающей осветительной аппаратуры дает снижение энергозатрат на 20-25%. Автоматизации и интеллектуализации подверглись системы управления инженерным оборудованием. В рамках стремления к уменьшению энергоемкости отопления и охлаждения, а также повышению уровня комфорта сотрудников офисов, в проект здания были заложены системы панельно-лучистого отопления и охлаждаемые потолки.

Активные системы жизнеобеспечения здания представлены работающими на природном газе автономными источниками электрической и тепловой энергии. Стабильность жизнеобеспеспечения здания гарантируется наличием подключения к городской системе тепло и энергоснабжения.

London City Hall (2002 год, Великобритания)

Новое здание мэрии было возведено на берегу Темзы в Саутварке, недалеко от Тауэрского моста. Архитектор – Норман Фостер (Norman Foster). Концепцию здания он определил как «model of democracy, accessibility and sustainability», то есть данное здание было призвано стать примером открытости, доступности и т.н. «жизнеудерживающим зданием». Стоимость проекта — 65 миллионов фунтов.

При возведении были применены многие энергосберегающие решения. Форма яйца позволяет минимизировать теплопоступления в теплое время года, а также потери тепла в период холодов. Снижение поступления тепла обеспечивается и за счет элементов наружных ограждающих конструкций, обладающих солнцезащитными свойствами. Сопротивление теплопередаче непрозрачных ограждающих конструкций здания составляет 5,0 кв.м•°C/Вт. Сопротивление теплопередаче светопрозрачных элементов наружных ограждающих конструкций – 0,83 кв.м•°C/Вт. Кроме того, наружные светопрозрачные ограждающие конструкции дают возможность максимально использовать естественное освещение. Удерживать тепло позволяют и высококачественные теплоизоляционные материалы. Когда на улице становится тепло, вентиляция становится преимущественно пассивной, то есть – естественной. Она осуществляется через двойные вентилируемые фасады.

Для водяного отопления используются насосы с возможностью автоматической регулировки скорости вращения рабочих элементов. Данные устройства позволяют снизить затраты энергии, а значит – получить оптимальную температуру воздуха в помещениях. Тепло удаляемого воздуха также не теряется – оно используется для подогрева приточного воздуха. Холодоснабжение в здании – также «на высоте». Холод получают от низкотемпературных грунтовых вод, а взамен традиционной системы кондиционирования воздуха инсталлированы охлаждающие потолки.

И, конечно же, в здании имеется система управления и автоматизации, которая позволяет круглогодично поддерживать оптимальные параметры микроклимата и обеспечивать значительное энергосбережение. В итоге экономия в лондонской мэрии на отоплении и вентиляции составляет 75% по сравнению со зданиями аналогичных размеров.

Pearl River Tower – лидер по энергоэффективности (2010 год, Китай)

Самым энергоэффективным сверхвысотным зданием многие специалисты называют 309-метровую башню Pearl River Tower, построенную 3 года назад в Гуанчжоу. Здание имеет 71 этаж. Показательно, что спроектировали его американцы – инженеры из Skidmore, Owings & Merrill.

Для выработки электроэнергии в здании используются солнечные батареи нового поколения, а для ее сохранения предусмотрены особые коллекторы. В конструкцию технических этажей инегрированы ветрогенераторы – они служат дополнительным источником энергии.

Необычная конструкция стен позволяет максимально эффективно использовать энергию воздушных масс. Всего ветрогенератора четыре. Они представляют собой четыре ветроэнергетические турбины, каждое из колес которых имеет 6-метровый диаметр. Несмотря на то, что скорость движения воздуха на уровне техэтажей небольшая, эффективность ветроустановок высокая: инженеры сумели использовать эффект сквозняка в отверстиях между противоположными сторонами фасада. Таким образом скорость воздушного потока вырастает вдвое.

«Добывают» энергию для здания и фотоэлектрические солнечные панели, смонтированные на западном и восточном фасадах. Есть они и в верхней части здания. Суммарная площадь солнечных батарей составляет более 1 500 кв.м на каждый фасад. Суммарная мощность фотоэлектрических панелей около 300 000 кВт. Оптимальное охлаждение отчасти обеспечивают каналы, по которым циркулирует хладоагент (они пронизывают здание  насквозь). «Отчасти» – потому что в охлаждение свою лепту вносят окна в южной части сооружения – они имеют двойное остекление и межстекольную вентиляцию.

Кроме того, на окнах установлены жалюзи, положение ламелей которых автоматически меняется с перемещением Солнца по небосклону. И в довершение всего – прогрев здания солнечными лучами уменьшают особые конструкционные материалы. Достигнуть предельного уровня совершенства проекту помешала «проза жизни»: представители местных электросетей не разрешили владельцу здания реализовать электричество в сеть общего пользования. Этот камень преткновения обнаружился, когда процесс проектирования уже шел вовсю. В основном именно поэтому архитекторам не удалось добиться цели – создать «нулевое» углеродно-нейтральное здание.