А.Е.Сутягин ® 2012

   Современное общество, поднявшись на высокий технико-технологический уровень, столкнулось с тем, что существующие товарно-денежные отношения («невидимая рука рынка») перестали должным образом управлять экономическим развитием общества. Несмотря на то, что наша планета изобилует необходимыми ресурсами, для обеспечения нормальной жизни всего человечества, практика нормирования ресурсов посредством монетарных методов приводит (и привела) к обратным результатам.

   «С течением времени ... человечество столкнулось с противоречиями всё возрастающих потребностей и неспособностью биосферы обеспечить их, не разрушаясь. Это напрямую ставит человечество перед фактом глобальной экологической катастрофы при дальнейшем социально-экономическом развитии»[6].

   Математик С.А.Подолинский, в своё время, ввел определение: «растратчиков энергии» - паразитарной группы на столетие опережающей остальных жителей Земли по энергозатратам [7]. Он предложил исчислять интеллектуальный и физический труд, как меру энергоресурсов Солнца и сырьевых ресурсов Земли.

   Понятие ресурсо-ориентированная экономика появилось и получило развитие благодаря работам инженера Жако Фреско и его проекта «Венера». В современном понимании Ресурсо-ориентированная экономика - это экономика, которая развивается благодаря правильному учёту потребляемых ресурсов (энергетическая рентабельность инвестиций, материальная рентабельность инвестиций см. ниже). Эффективность такой экономики основывается, в первую очередь, на технологии управления ресурсами [2]. Идеи ресурсо-ориентированной экономики неразрывно связаны с использованием возобновляемых источников энергии, и при этом именно тех, которые не загрязняют окружающую среду.

   В области создания благоприятной (биопозитивной) среды обитания человека идеи ресурсно-оринтированной экономики воплотились в концепцию устойчивого строительства.

   «Под устойчивым строительством понимается создание и ответственное поддержание здоровой искусственной среды обитания, основанной на эффективном использовании природных ресурсов и экологических принципов» [4].

   «Целью устойчивого строительства и проектирования является создание здоровой жизни устойчивых городов, устойчивых регионов и стран, устойчивого общества, или обеспечение устойчивого развития общества» [8]. Термин устойчивый используется как противоположный к термину катастрофический по отношении к понятию «Человек — Природа» (или «Природа — Человек»).

   Создание биопозитивной среды обитания — это и процесс и цель устойчивого развития. Далее мы попробуем разобраться из каких частей формируется понятие биопозитивная среда.

   Наш обзор не будет исчерпывающим, так как воззрения на искусственную среду обитания человека в современном мире ещё только формируется и требуют серьезного математического и научного обоснования.

1. Дом, как часть среды

   Дом, как материальный объект, является частью материальной (природной) среды. Дом состоит из объектов материальной среды и влияет на окружающую его природу. Таким образом дом является потребителем (поглотителем) природных ресурсом. Переработчиком этих ресурсов. И как показывает неутешительный опыт человечества — могильщиком этих ресурсов. Культурные слои старинных городов — это «кладбище» материальных ресурсов, когда-либо использованных человеком. Они лежат многометровыми пластами и напоминают нам о той титанической работе, которую проделал человек, что бы переработать и употребить для своих нужд части планеты Земля. Не покроется ли когда-нибудь вся планета таким «культурным» слоем?

   Здания служат пристанищем людей и укрытием их от стихии природы. Дом — это крыша для многих. Дом — это часть общественного действия. Вспомним базилику — тип древних зданий, которые использовались в качестве мест торговли, судопроизводства, а более поздние времена и для богослужений. То есть они являлись общественным местом. Функции здания тождественны и вытекают из функции общественного предназначения здания (общественной идеи). Этому можно найти аналог в учении о трех родах сущего Платона: есть вечные идеи, изменяющиеся конкретные вещи и пространства, в которых существуют вещи.

   Если возникает общественная потребность (общественная идея), то рождается здание — материальный объект. Если общественная функция здания меняется или исчерпывается, то здание перестраивается или уничтожается.

   Область, в которой сфера взаимодействия общества и природы пересекается, в которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развитии называется ноосферой. Как хотелось бы считать — ноосфера — новая высшая стадия эволюции биосферы. «... В биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного» [3].

   Разумная деятельность предполагает разумное использование природных и энергетических ресурсов, находящихся в распоряжении человека. В последнее время было предложено использовать в качестве оценки состоятельности проектов не денежный (монетарный) эквивалент, а энергетический и ресурсный эквиваленты:

   EROI – energy return on investment (энергетическая рентабельность инвестиций) — сколько энергии надо вложить, что бы получить одну единицу энергии на выходе.

   MROI – material return on investment (материальная рентабельность инвестиций) — сколько материала (ресурсов) надо вложить, что бы получить одну единицу продукции на выходе.

Так же существует и комбинация EROI и MROI — EMROI.

   Подробно об этом см. [1].

   Ресурсосбережение — сведение материальных затрат для производства конечного продукта пользования, к тому количеству, которое потребляет живое существо в естественной среде обитания.

   Таким образом, развитие человеческого рода становится более устойчивым — в этом смысл термина устойчивое развитие.

   За последнее время в мире построено достаточно много зеленых зданий. Перечислим некоторые из них:

   ● Высотное здание The Pearl River Tower (Гуанчжоу, Китай), высота 310м.

   ● Высотное здания 340 on Park (Чикаго, США), высота 205м.

   ● Высотное здание The Bahrain World Trade Center (Манама, Бахрейн), высота 240 м.

   ● Высотное здание The Hearst Tower (Нью-Йорк, США), высота 182 м.

   ● Высотное здание Bank of America (Нью-Йорк, США), высота 288 м.

   ● Высотное здание Co-operative Insurance (CIS) Tower (Манчестер, Англия), высота 118м.

   ● Жилое здание Urban Cactus (Роттердам, Нидерланды)

   Использование ряда экологических технологий обусловило включение этих зданий в разряд зелёных :

   ● Использование ветровых турбин, расположенных в специально устроенных проемах в объеме здания. На настоящий момент устройство подобных турбин обеспечивает до 15% потребности в энергопотреблении здания.

   ● Устройство специального остекления, регулирующего светоотражение и теплопотери здания.

   ● Установка солнечных электрических батарей и солнечных коллекторов (для подогрева воды).

   ● Устройство на крыше здания устройств для сбора дождевой и талой воды, которая, как правило, используется для полива растений (находящихся как внутри здания, так и на улице вокруг здания). Кроме того, полученная вода может использоваться для систем охлаждения и кондиционирования здания.

   ● Особые системы вентиляции, при которой очищается не только входящий с улицы воздух, но и воздух выходящий наружу. Очистка производится, в том числе, и от углекислого газа.

   Анализируя подстроенные зеленые здания Можно выделить основной технико-технологический принцип биопозитивного здания — минимизация или полное отсутствие энергопотребления из внешних источников (нулевое энергопотребление). В этом можно проследить основную тенденцию развития биопозитивных технологий — создание энергонезависимости местности обитания.

2. Биопозитивные технологии возведения зданий

   Другое название биопозитивных технологий — Естественные технологии.

   Это технологии, которые требуют минимальное количества энергии, и/или используют возобновляемые источники энергии. Подразделяются:

   ● Стандартные технологии с оптимизацией строительных работ, с минимизацией потребления энергии (впрямую и/или через ресурсы).

   ● Технологии, использующие местные (непереносимые) источники энергии или природные воздействия (местопривязанные источники энергии).

   ● Традиционные местные технологии.

   ● Труд общины: совместный труд жителей одного поселения.

   В этот список можно включить реконструкцию, как вид биопозитивной технологии возведения зданий. Если, конечно, реконструкция ведется минимально возможными затратами и со значительным улучшением функциональных качеств здания.

   Отдельно можно выделить, как часть биопозитивных технологий, следующие направления:

   ● Использование безвредных отходов для изготовления отдельных элементов зданий.

   ● Строительство на неудобьях:

      ●●карьеры

      ●●техногенные зоны

      ●●бывшие технологические и военные сооружения

      ●●незадействованные технологические «пустоты» (под мостами, подпорные стены, межферменное пространство и т.п.)

   ● Набрызг биомассы.

   ● Подземное строительство: для размещения максимально возможного инженерного оборудования и вспомогательных помещений.

   ● Использование природных элементов ландшафта:

пещеры, выемки, склоны, овраги, впадины, холмы и т.п.

   ● Создание искусственных элементов ландшафта:

      ●● обваловка

      ●● лесопосадки

      ●● габионы

   Не следует забывать, что неразумно использовать биопозитивные технологии, только ради их использование. Во всем надо руководствоваться здравым смыслом.

   Например, надо учитывать внутренние взаимосвязи и ограничения:

   ● глинобитные стены — сухая среда содержания.

   ● стены из соломы — биоповреждения.

   ● бумага — огнезащита.

3. Биопозитивные технологии функционирования зданий (Биопозитивные объемно-планировочные решения).

   Основной принцип функционирование биопозитивного здания состоит из двух взаимосвязанных частей;

   Во-первых: Биопозитивный дом должен создавать безопасную и благоприятнуюю среду для жизни и здоровья человека.

   Во-вторых: При этом, не нести негативное влияние на природную среду.

Реализация этих принципов может осуществляться разными способами:

   ● Правильная планировка (компоновка) дома, ориентация здания относительно Солнца и преобладающего направления ветров.

   ● Отсутствие вредных выбросов или выделений в процессе эксплуатации.

   ● Использование оборудования здания до окончательного физического износа. Использования работоспособных частей старого оборудования (без значительной переделки) для выполнения полезных функций. Отсутствие понятия «моральное старение».

   ● Дифференцированное утепление зданий. В последнее время, из-за «бездумного» использования новых технологий, возникла проблема «переутепление» зданий, что привело к необоснованному увеличению затрат на строительство [5]. Поддержание полезного прохладного микроклимата (12-13 ºС ночью, 16-18 ºС днем).

   ● Использование части или всего здания для выполнения других функций (двойное назначение). Часть здания (или здание целиком) используется для осуществления общественных или дополнительных техническо-технологических функций. Например: здание - подпорная стены, использование крыши здания для террасы другого здания (или крыша-огород), крыша-резервуар для сбора дождевой воды и т.п.).

   Отдельно стоит вопрос придания зданию умных функций. На эту тему имеется достаточное количество литературы. Остановимся на ряде аспектов использование этого подхода.

   Установка и эксплуатация систем умный дом не должно входить в противоречие с общим требованием биопозитивности - минимизации ресурсов и энергозатрат на возведение и эксплуатацию здания. На современном этапе уровень энергозатрат на изготовление оборудования «умного дома» еще достаточно высок, что бы говорить о безусловно «зеленом» характере «умных» технологий. Есть еще гуманитарно-этическая проблема «умных» технологий — снижения уровня контроля человека о принятии решений, касающихся собственной жизнедеятельности. На взгляд автора статьи, в исторической перспективе полномасштабное использование «умных» технологий может привести к деградации человечество как разумного вида. Схожей проблематикой сейчас занимаются в Англии доктор философии Хью Прайс, специалист в области астрофизики Мартин Рисом и один из основателей «Skype» Ян Таллин. Они взялась за исследование вопроса о грядущем порабощении людей разумными машинами.

   Имеются любопытные примеры воплощения биопозитивных технологий.

   Билл Молисон (а еще ранее и немецкий инженер и архитектор Отто Фрай) предложил использовать деревья и кустарники в качестве несущих и ограждающих частей здания (т.н. пермакультура).

   Группа норвежских архитекторов занимается разработкой жилого биопозитивного дома как части экосистемы. Проект получил названия метаболический дом, и по замыслу разработчиков, должен функционировать как живой организм (автоматически регулировать влажность, температуру, тепловой баланс, снижать загрязнения внутри помещения, следить за самочувствием, живущих в нем людей и др.). После окончания срока эксплуатации его конструкции включаются в естественный процесс разложения.

   Интересный взгляд на взаимоотношение архитектуры и природы представлен статье [9] российского архитектора Глеба Соболева, который обладает опытом возведения биопозитивных зданий в нашей стране.

4. Биопозитивные материалы

 Основные требования: отсутствие вредных выбросов и выделений в окружающую среду.

1. Природные (местные)

Основной признак — находится либо на самой строительной площадке, либо в «шаговой» доступности от неё.

   ● глина

   ● глина-сырец

   ● грунт

   ● гипс

   ● набрызг биомассы

2. Естественно - возобновляемые

   ● дерево

   ● солома

   ● тростник

   ● продукты жизнедеятельности животного мира

3. Искусственно - возобновляемые

   ● дерево (в качестве продукции переработки)

   ● посадки деревьев в качестве колонн.

   ● Наращивание кальциевых стен на металлической сетке в морской воде

4. Материало - рециклируемые

   ● частично бетон

   ● частично кирпич

   ●стекло

   ● вторичный алюминий

   ● макулатура (картон, бумага)

   ● переработанная древесина (ДСП, ОСП — вопрос энергетической эффективности

5. Конструктивно - рециклируемые

использование целых элементов старых конструкций для последующего использования как в том же качестве, так в качестве новых элементов с новыми функциями;

   ● сборные плиты и т.п. элементы (20-30% повторного использование)

   ● деревянные конструкции (практически 100% повторного использования)

   ● стальные элементы (50-70% повторного использование)

   ● разобранная кирпичная кладка (частично)

   ● элементы монолитных конструкций, частично арматура

Небиопозитивные материалы:

невозобновляемые энергетически-затратные материалы (железобетон, сталь, первичный алюминий, ряд пластмасс).

5. Строительная бионика.

   Строительной бионикой (он же принцип природоподобия) называют прикладную науку о применении в архитектурно-строительной практике принципов организации, функций и структур живой природы.

   Предтечей строительной бионики считается научная работа швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer), написанная в середине XIX века. Фон Мейер исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости. Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор задокументировал.

   В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а вот спустя 20 лет распределение нагрузки с помощью изогнутых природных структур было использовано Эйфелем в его известном творении.

   Ряд исследователей относит к бионической архитектуре и работы Антонио Гауди (Antoni Gaudi). Архитектурные формы строений известного испанского (каталонского) архитектора действительно перекликаются с формами живой природы.

   Другой испанский архитектор Сантьяго Калатрава (Santiago Calatrava Valls) стал применять бионический принцип не только для создание природоподобной формы зданий, но так же использовал его для проектирования несущих конструкций.

   Следует отметить и английского архитектора Николаса Гримшоу (Nicholas Grimshaw) с его проектом Эдем перекрытия ботанического сада в графстве Корнуолл (Великобритания), а так же и сэра Нормана Фостера (Norman Foster) с проектом «Огурца» - Башни Мери-Экс (30 St Mary Axe) в центре Лондона (Великобритания).

   Строительная бионика стало набирать популярность в 60-80 гг прошлого века. Однако не получила пока широкого распространения, ввиду отсутствия технико-экономических преимуществ перед традиционными конструкциями. В настоящий момент бионика находится в процессе становления, и его исследовательская составляющая преобладает над практикой. В рамках биопозитивной концепции бионические конструкции следует использовать, только если они не противоречат принципам биопозитивного строительства: минимизации энергетических и материальных ресурсов.

   Сопутствующим направлением, хотя не повторяющим бионику, стоит практика возведения традиционных национальных жилищ в современном строительстве.

   Традиционные национальные жилища, как нельзя лучше удовлетворяют принципам биопозитивного строительства. Перечислим основные из них:

● Изба — деревянное жилище русских

● Вигвам — жилище индейцев Северной Америки

● Хоган — дерево-грунтовое жилище племени Навахо

● Соломенные хижины — индейцев Южной Америки

● Сакля — каменные строение Грузии

● Сариф — хижина из камня в Ираке

● Исландские дерновые дома

● Саманные жилье — жителей Центральной Азии

● Юрта — жилище кочевых народов степной части Евразии

● Al Kaimah — летний дом из джута — Объеденные Арабские Эмираты

● Шале — Швейцария

6. Инженерное оборудование зданий

   В последние десятилетие наметилась тенденция оснащать биопозитивные здания технологиями, получившими общее определение — умный дом. Под умным домом подразумевается сумма технологий кондиционирование воздуха, автоматического включение и выключение света, автоматическое затенение окон, слежение зданием, путем его поворота за солнцем, оборудование здания новейшими телекоммуникационными технологиями и т. п. Возможно так же установка в здании оборудования для определения и поддержания нормального психофизического состояния живущих в доме людей. Обсуждаются вопросы придания мебели и бытовым устройствам адаптивных функций по отношению к человеку.

   Однако, на наш взгляд, инженерное оснащение дома будет развиваться в направлении естественных технологий:

   ● Использование естественных источников энергии (в т.м. местопривязанных), либо энергии, незадействованной в основных процессах («холостой» энергии).

   ● Использование объемно-планировочных решений, минимизирующих длину инженерных систем в доме.

   ● Минимизация электродвигателей в оборудовании дома.

   ● Использование гравитационного принципа в движении жидкости и газов задействованных в системах дома.

   ● Природные холодильники (т.н. ледники).

   ● Использование геотермального тепла зимой и геотермального холода летом.

   ● Использование проницаемых («дышащих» материалов).

7. Жизненный цикл здания

   Жизненным циклом здания (сооружения) называется весь период существования и функционирования здания от начала проектирования до момента утилизации.

Периоды жизненного цикла здания:

I – Весь комплекс проектных и конструкторских работ.

II – Разработка технологии и организации производства работ.

III – Возведение (строительство) здания.

IV – Предэксплуатационное освоение здания.

V – Эксплуатация здания согласно его предназначению.

VI – Поддержание эксплуатационной пригодности здания путем проведения планово-предупредительных ремонтов и капитальных ремонтов.

VII – Вывод здания из эксплуатации.

VIII – а) Полная разборка (утилизация) здания с реновацией участка застройки до приведения его до уровня природной среды той местности, где было расположено здание.

б) Реконструкция здания либо с восстановлением тех же самых эксплуатационных функций, либо приданию зданию новых эксплуатационных функций.

   С окончанием периода VIII заканчивается жизненный цикл здания, и, возможно, начинается новый жизненный цикл.

   При анализе жизненного цикла здания необходимо принимать во внимание следующее:

   ● Сколько энергии и исходных материалов будет использовано, сколько твердых, жидких, газообразных отходов будет образовано на каждой стадии жизненного цикла. При этом, есть возможность учесть объемы вторичного загрязнения и расходов: например, энергии, требуемой для обжига кирпича или переработки отходов.

   ● Сравнить влияние на окружающую среду применения того или иного материала, компонента, технологии в рамках конкретного проекта.

   ● Найти ресурсо - эффективные биопозитивные материалы или продукты.

   ● Оценить допустимые пределы экологических характеристик строительных материалов и компонентов для конкретного проекта.

   ● Выбрать материал, компонент или технологию, использование которых предпочтительнее в силу влияния на окружающую среду.

 

   Категории воздействия на окружающую среду:

   ● общеклиматические воздействие (общие выбросы в атмосферу, воду и почву)

   ● связывание (окисление) кислорода воздуха

   ● фотохимический смог

   ● нарущение биологического разнообразия

   ● наземные и водные токсичные выбросы

   ● истощение природных ресурсов

   ● нарушение землепользование

   ● истощение водных ресурсов

   Каждый материал, технологический процесс и потребляемые ресурсы разбираются по указанным категориям с тем, чтобы оценить суммарное воздействие на природы в настоящем и процессе эксплуатации.

   Основными факторами, на которые следует обращать внимание при биопозитивном строительстве, являются:

   ● Утилизация здания

   ● Перенос дома всего или его частей на новое место

   ● Удлинение жизненного цикла здания

   ● Возрастающая роль реконструкции (экологическая реставрация)

● ● ●

   Череда экологических и системных кризисов потрясающих человечество в последнее время, вынуждает искать новые, сбалансированные подходы к жизни. Использование биопозитивных принципов в строительстве зданий позволит сохранить Землю для будущих поколений.

● ● ●

ЛИТЕРАТУРА

1. Ragnarsdottir K. V., Sverdrup H. U., Koca D., 2011b. Assessing long term sustainability of global supply of natural resources and materials, Chapter Number X, 20-46. In; Sustainable Development.

2. «Resource-based economic growth, past and present», Gavin Wright and Jesse Czelusta, Stanford University, June 2002.

3. В.И. Вернадский. «Автотрофность человечества».

4. Вторая конференция «Строительство и окружающая среда». Материалы. Париж, 1997.

5. В.А.Кондратенко. «Теплозащита наружных стен: излишество или необходимость?», журнал «Строительная инженерия» №8, 2006г.

6. Концепция устойчивого развития и проблем безопасности. 2001. (Урсул А.Д., Романович А.Л.).

7. С.А.Подолинский «Труд человека и его отношение к распределению энергии» М.: Белые Альвы, 2005, ISBN 5-7619-0194-3.

8. А.Н.Тетиор. «Устойчивое развитие города».

9. Соболев Г.А. Экологический Урбанизм. Концепция «ЭКО-ЗДАНИЯ В ПАРКЕ» 
   часть 1: https://ardexpert.ru/article/973
   часть 2: https://ardexpert.ru/article/1033