Преимущества подземного строительства с точки зрения энергоэффективности
Актуальность подземного строительства становится все более очевидной для многих сфер экономики. Подтверждением этому стал и высокий интерес к теме III Международного конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления зданий», проходившего 19–21 октября в ВК «Ленэкспо» (Санкт-Петербург). С докладом «Преимущества объектов подземного строительства с точки зрения энергоэффективности: опыт и перспективы» выступил генеральный директор СРО НП «Объединение строителей подземных сооружений, промышленных и гражданских объектов» (НП «Объединение подземных строителей») С. Н. Алпатов.
Подземное строительство помогает решать многие градостроительные проблемы, поэтому его роль, как одного из важнейших факторов урбанизации, трудно переоценить. Человечество накопило огромный опыт почти полутора вековой эксплуатации метрополитенов, тысячелетний опыт размещения подземных жилищ, хранилищ, а также храмов (Римская империя, Древний Восток и др.).
В настоящее время, в эпоху индустриализации и урбанизации, существует более 100 видов подземных сооружений, которые могут располагаться на самых различных глубинах — от 4 до 4 тыс. м, но преобладает глубина до 20 м. Тем не мене, все в больших масштабах проявляется тенденция к строительству подземных сооружений на более глубоких уровнях в несколько ярусов.
Подземные сооружения по сравнению с наземными характеризуются следующими экологическими преимуществами:
в пределах города могут размещаться практически повсеместно, минимально воздействуя на природный ландшафт и окружающую среду;
не нарушают сложившуюся структуру городской застройки;
сберегают энергоресурсы при эксплуатации;
отличаются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией;
надежно защищены от прямого воздействия климатических факторов;
достаточно хорошо защищены от воздействия сейсмовзрывных волн и проникающей радиации, что обеспечивает их неуязвимость от средств массового поражения.
При переносе транспортных магистралей, вокзалов, хранилищ и других сооружений освобождаются подземные территории, за счет использования которых можно значительно увеличить наземную площадь зеленых насаждений, разбить новые парки, улучшить микроклимат существующей застройки.
Несмотря на более высокую стоимость возведения подземных сооружений по сравнению с наземными, в ряде случаев наблюдается экономия от их строительства, что обусловливается, в первую очередь, сэкономленной стоимостью отчуждаемых земель, а также экономией энергоресурсов.
Эффективность подземного строительства подтверждают успешные мировые проекты. Например, огромный подземный центр в канадском Монреале, являющийся местом паломничества туристов. Сюда многие жители спускаются на лифте прямо из своих домов, не выходя на улицу. И попадают в целый подземный город с галереей магазинов, настолько разнообразных, что в них можно купить буквально все: от ошейника для собаки до бытовой техники и бриллиантового колье. Кроме того, под землей располагается множество кинотеатров, кафе, ресторанов, банков, а также других объектов развлекательной и деловой инфраструктуры. Протяженность улиц этого подземного города (ничем, кроме отсутствия солнечного света и неба над головой, не отличающегося от обычного торгового квартала), составляет около 30 км.
А вот в подземном городе под японским мегаполисом Осака, попав туда впервые, легко можно заблудиться. Поземные улицы здесь не прямые, а в виде лабиринта. Переулки, магазины в подвальных этажах универмагов и офисных зданий и новые торговые центры образуют сложную сеть подземных улиц. Похожая концепция реализована в лондонском деловом районе Canary Warth, где многие здания соединяются подземными галереями, занятыми торговлей. Так же эффективно подземное пространство используется в Токио, Лас-Вегасе, Париже и других крупных мировых городах.
Подземные проекты, являясь пока не таким уж частым явлением, притягивают внимание. Например, строительство в Шанхае первой в мире подземной гостиницы стало настоящей сенсацией. Согласно проекту, уникальный отель уйдет в глубину на 21 этаж.
Мировой опыт ведения подземных работ и дальнейшей эксплуатации подземных сооружений в среде мегаполиса показывает, что современными приоритетами в этой области городского хозяйства становятся стимулы к экономии и повышению эффективности процессов, в частности ресурсосбережение и энергоэффективность. Например, второй по высоте небоскреб в мире — тайваньский «Тайбэй 101», имеющий пять подземных уровней с офисами, магазинами, ресторанами и т. д., — получил Платиновый сертификат международной системы LEED, оценивающей энергоэффективность и экологичность зданий и сооружений. По результатам проведенных энерго-сберегающих мероприятий общая ежегодная экономия энергии составила 30%, а ежегодные расходы на коммунальные услуги снизились на 700 тыс. долларов. При этом реализация ресурсосберегающих мероприятий еще на стадии проектирования и строительства подземных сооружений, по оценкам экспертов, может дать еще больший положительный эффект.
Эффективность использования подземного пространства и окупаемость капитальных вложений в подземное строительство (по сравнению с наземным) достигается за счет экономии и рационального использования городской территории, сокращения эксплуатационных расходов и экономии топливно-энергетических ресурсов (на отопление или охлаждение воздуха, особенно для складов и холодильников) и уменьшения протяженности инженерных коммуникаций.
У подземных сооружений есть ряд важных характеристик, которые выгодно их отличают от объектов, расположенных на земной поверхности: особый микроклимат, изолированность от разного рода поверхностных воздействий (шум, погодные условия, вибрации, радиоактивность и т. д.), способность удерживать тепловую и другие виды энергии, минимальное воздействие на окружающую среду (которое, по сравнению с объектами на поверхности, к тому же легче контролировать). Подземные сооружения часто не требуют существенных затрат на внешнюю отделку и эксплуатацию и имеют значительно большие (200–500 лет) сроки эксплуатации, чем здания и сооружения на поверхности. Подземные сооружения обладают рядом технических преимуществ перед традиционными наземными постройками, в частности значительным сокращением расходов строительных и изоляционных материалов, снижением энергетических затрат, увеличением продолжительности эксплуатации, повышением защищенности от внешних воздействий и др.
Наиболее рациональным считается размещение в подземном пространстве сооружений складского назначения, а также некоторых производственных, энергетических и инженерно-транспортных объектов и лечебных учреждений.
Благодаря Ж. Фурье стало известно, что особые термические свойства подземных сооружений — термостатированный микроклимат — возникают по причине существования определенной глубины внутри грунтового массива, температура на которой сохраняется примерно постоянной, несмотря даже на наличие конечного значения теплопроводности слоя. Физически распределение температур в толще грунта представляет собой нестационарный процесс, обусловленный суточными и годовыми колебаниями температуры поверхности земли и, соответственно, периодическим подводом и отводом тепла от ее поверхности. Поэтому в зависимости от теплофизических характеристик грунта определяют глубины, на которых указанные колебания незначительны по сравнению с изменением температуры на поверхности.
Одним из наиболее экономичных решений является подземное размещение складов и холодильников. Так, при подземном расположении стоимость строительства складских зданий в 4 раза ниже, а затраты при эксплуатации в 10,6 раза меньше, чем при наземном размещении. Стоимость строительства холодильников при подземном размещении ниже в 3,3 раза, а эксплуатационные расходы — в 11,6 раза, чем при наземном расположении. Эти данные получены при сопоставлении подобных крупных холодильников, построенных в Канзас-Сити (США) и Сан-Паулу (Бразилия). При оценке затрат энергии оба холодильника были отключены, что вызвало повышение температуры в наземном холодильнике на 0,6 °С в час, а в подземном — на 0,6 °С в день. Гораздо лучшая теплоизоляция и теплоемкость среды позволяют не только экономить электроэнергию, но и подключать подземные холодильники к электросети, минуя пик потребления электроэнергии, и снижать мощность подземных холодильных установок.
Отдельные примеры строительства производственных зданий показывают, что подземное пространство выгодно для размещения технологий, чувствительных к вибрациям и шуму. Так, в США под землей были размещены основные производственные мощности прецизионного приборостроительного завода (Канзас-Сити). При этом исчезла необходимость изоляции чувствительных машин от вибрации и устройства тяжелых фундаментов для ряда машин (так как вокруг здания бесконечно большая масса грунта, обеспечивающая состояние инерции покоя); возросла долговечность машин, снизились затраты на поддержание постоянных температуры и влажности, отпала необходимость в уходе за фасадными поверхностями, сократились вероятность пожаров и затраты на пожарную охрану, исчезли отрицательные влияния погодных явлений; до 63% снизились расходы на отопление и до 90% — на охлаждение, причем кондиционеры стало возможным включать не в часы пик расходования электроэнергии. В итоге эксплуатационные расходы снизились с 50–70 тыс. долларов в год (при наземном размещении завода) до 3,2 тыс. в год (под землей), страхование на 1000 долларов основных средств снизилось почти в 30 раз.
Опыт строительства производственных зданий в Швеции, Норвегии, Франции подтверждает возможность экономичного размещения под землей в суровых климатических условиях (при повышенном энергопотреблении на отопление) или при необходимости кондиционирования воздуха. Так, в Норвегии при проектировании крупного телефонного узла сравнивали варианты его подземного и наземного расположения. Так как стоимость 1 кв. м подземного здания — 3 100 крон, а наземного — 2 400 крон, то определяющими оказались экономия в 55% электроэнергии и отсутствие свободной площади для наземного здания в центре. Объект был построен под землей, причем к нему пристроены подземный плавательный бассейн и сооружение гражданской обороны общей площадью 40 тыс. кв. м.
Пока, если не учитывать стоимости земли, потенциальная экономия энергии в течение срока эксплуатации здания является определяющим фактором при выборе варианта его размещения. При сопоставлении стоимости строительства и эксплуатации жилого дома в течение 12 лет службы при заглубленном и наземном размещении выявлено, что, начиная с седьмого года эксплуатации, вследствие экономии около 60% энергии окупаются первоначальные повышенные расходы.
В целом ресурсосбережение при освоении подземного пространства мегаполисов может включать в себя как снижение материалоемкости строительства с активным сокращением потерь в производственном процессе, так и увеличение темпов и объемов работ путем применения достижений новейшей техники и технологии.
Современные направления развития строительного комплекса в подземном пространстве мегаполисов позволили участникам данного рынка сосредоточить свои усилия на обеспечении соответствия строительных работ требованиям ресурсосбережения, энергоэффективности, экологической безопасности и комфорта проживания в условиях городской среды. И, прежде всего, наибольшим стимулирующим эффектом повышения уровня ресурсосбережения и энергоэффективности городского подземного строительства обладает система мотивации, предусматривающая применение в качестве теоретического и практического инструментария таких элементов, как повышение доходности реализуемых проектов за счет сокращения производственных издержек, специализированная нормативно-законодательная база в этой отрасли, целенаправленные льготы и преференции инвесторам-застройщикам, улучшение состояния окружающей среды.
По данным компании Penny Lane Realty, в 2010 г. объем инвестиций девелоперских компаний в энергоэффективное строительство недвижимости в Москве по сравнению с 2009 г. вырос на 25%. При этом 95% такой недвижимости приходится на офисные и многофункциональные центры, имеющие в своем составе значительную долю подземных площадей. По прогнозам, в ближайшие 5 лет объем иностранных инвестиций в сферу энергосберегающего строительства, в том числе и подземного, может увеличиться в три раза.
В целом должна быть сформирована качественная мотивационная система ресурсосбережения и энергоэффективности, предусматривающая и достаточно широкий спектр стимулирующих мер государственной поддержки обеспечения рассматриваемых процессов, включающая содействие в осуществлении инвестиционной деятельности в области экологически безопасного и экономически эффективного городского подземного строительства, а также пропаганду использования принципов бережного отношения ко всем используемым ресурсам.
Для ускорения темпов комплексного освоения подземного пространства российских городов и привлечения к вопросам создания подземной инфраструктуры городов представителей органов государственной власти всех уровней и потенциальных инвесторов Комитет по освоению подземного пространства НОСТРОЙ совместно с саморегулируемой организацией НП «Объединение подземных строителей» и рядом других организаций выступили с инициативой проведения в 2012 г. в Санкт-Петербурге международного форума под названием «Комплексное освоение подземного пространства мегаполисов как одно из важнейших направлений государственного управления развитием территорий». Поддержку выразили Министерство регионального развития РФ и национальные объединения: НОСТРОЙ (строителей), НОП (проектировщиков), НОИЗ (изыскателей).
Данный форум по своему формату и наполнению уникален для России, так как здесь акцентируется внимание не на технических аспектах подземного строительства, а на принципах градостроительного планирования. Основными темами форума станут стратегическое городское планирование, рациональное развитие подземной инфраструктуры и эффективные механизмы создания благоприятного инвестиционного климата и привлекательной для населения городской среды. На лучших примерах зарубежного строительства, которые основаны на просчитанных, экономически обоснованных и хорошо продуманных проектах, организаторы и участники убедительно докажут, что без развития подземной инфраструктуры невозможно решить наиболее острые проблемы современных городов: транспортные, экологические и социальные.
Урбанистика
По мнению урбанистов, специалистов в сфере развития крупных мегаполисов, комплексное освоение подземного пространства — один из путей к устойчивому развитию города. Использование недр способствует формированию компактности городов и созданию благоприятной среды. Однако для этого необходима сформированная стратегия освоения подземного пространства.
Необходимость внедрения подземного пространства в процесс градостроительства возникла в начале XX века на фоне стремительного роста городов и увеличивающихся транспортных и пешеходных потоков. На заре становления подземной урбанистики архитекторы предлагали весьма революционные идеи. К примеру, в Лондоне было высказано предложение построить транспортные тоннели диаметром 18 метров, в каждом из которых осуществлялось бы движение автомобильного и монорельсового транспорта на четырех уровнях. Машины бы попадали в пристроенные к тоннелям огромные гаражи без выезда на поверхность земли. В Париже была идея разместить скоростные автодороги, пешеходные улицы, магазины, рестораны, аудитории Парижского университета и другие общественные функции под руслом реки Сены.
В России первыми подземными общественными зданиями стали отдельные кинотеатры и кафе. К примеру, такие объекты были открыты в комплексе высотных зданий на площади Восстания и Kотельнической набережной в Москве.
По сравнению с мировой практикой в России подземное строительство развито не настолько сильно. Сложные и затратные технологии, которые приходится применять для таких работ, окупаются не быстро. Но отдельные примеры встречаются: достаточно вспомнить ТЦ «Охотный ряд» в Москве, занимающий три подземных этажа. Таким образом, подземное пространство пока еще воспринимается чаще всего для размещения технических этажей, инженерных и транспортных коммуникаций.
Вместе с тем нехватка земель в крупных российских городах — одна из ключевых градостроительных проблем. И одним из наиболее эффективных путей увеличения территории является как раз освоение подземного пространства. «Часто единственным приемом для решения сложных градостроительных проблем в условиях исторических центров, высокой плотности застройки и транспортной коммуникации является освоение подземного пространства. Хорошим примером такого подхода является Княжество Монако, где вся основная транспортная инфраструктура спрятана под землю»,— говорит руководитель архитектурного отдела компании «Метрополис» Александр Пронин.
По словам урбанистов, именно комплексное освоение подземного пространства — современный и прогрессивный подход к организации развития города. «Свободных площадей в мегаполисах всегда не хватает, и многие города мира давно и активно развиваются не только вверх, но и вниз, осваивая подземные пространства. Цена на землю вызывает стремление выжать из нее максимум»,— говорит основатель Центра эффективных решений Логунова Станислав Логунов. В пример он приводит торговый центр Mall of the World в Гуанчжоу площадью более 100 тыс. кв. м, целиком расположенный под землей. В Дубае на 73 надземных этажа 307-метровой Башни Бесконечности (Башня Кайан) приходится пять подземных. Кроме того, по его словам, в исторических центрах городов и на застроенных территориях катастрофически не хватает места, чтобы разместить все возрастающее количество транспорта и обеспечить требуемую пропускную способность дорожной сети. Появляются подземные развязки и многоуровневые паркинги. Например, в Барселоне колоссальная подземная парковка значительной частью уходит под строящийся уже больше 135 лет храм Саграда Фамилиа.
В Петербурге пока все сводится к одному-двум подземным уровням в торговых центрах, но здесь к общероссийским сложностям добавляется еще и менталитет инвесторов, утверждающих, что инженерно-геологические и культурно-исторические условия города особенные и значительно ограничивают возможности. «Поэтому, хотя подземные развязки были бы идеальным решением для центра города и прилегающих зон, боязнь деформации и разрушения исторической застройки слишком велика. А периодически появляющиеся в новостях амбициозные планы комплексов под площадью Восстания, Конюшенной площадью или Марсовым полем так и остаются планами»,— отмечает Станислав Логунов.
Осложняет процесс освоения подземного пространства неурегулированность норм земельного законодательства в России. Необходимость заключения договора на недропользование на федеральном уровне, получения соответствующей лицензии, положительного заключения на проект со стороны Главгосэкспертизы делают перспективы активной подземной урбанизации Петербурга в ближайшие годы весьма туманными. Пока строить под землей слишком дорого и проблемно, чтобы окупаться достаточно быстро.
«Если рассматривать российский опыт, то сдерживающим фактором для развития подземной урбанистики является не только стоимость строительства, но и чрезмерно строгая нормативная база, не успевающая за временем. Фактически под каждый такой объект необходимо разрабатывать «Специальные технические условия», по сути — локальные нормативы для проектирования, и согласовывать их в государственных органах, при этом часто красивые и смелые архитектурные решения становятся жертвой нашей нормативной базы»,— отмечает Александр Пронин.
По словам господина Пронина, несмотря на большие капиталовложения на современном этапе развития строительной техники и технологии для данного метода строительства, архитекторам с каждым годом все проще убеждать заказчиков в России в расширении и максимальном использовании подземного пространства. Все же в современной архитектуре уже четко оформился тренд на использование подземного пространства не только для привычных функций. Все чаще там размещают общественные пространства — и не только торговые центры, но и музеи, и выставочные площади, и даже жилье. «Особенно интересно рассматривать студенческие дипломные и конкурсные проекты, в которых всегда отражались самые современные и передовые идеи, как наши, так и зарубежные, где ярко наметился тренд на использование многофункционального подземного пространства»,— рассказывает Александр Пронин.
Несмотря на все сложности, по словам экспертов, ситуация постепенно меняется. Однако для эффективного использования недр необходима комплексная стратегия развития. В 2004 году Российская академия архитектуры и строительных наук разработала «Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов». В документе говорится, что освоение подземного пространства городов должно осуществляться по единому градостроительному плану, увязанному с Генеральным планом развития города. В настоящее время сформированного комплексного плана и стратегии развития проектов под землей не существует. По словам специалистов, ни в одном действующем документе территориального планирования нет перспективного функционального зонирования территории города ниже уровня земли, как и нет никаких других документов о планах по его освоению. То есть, с одной стороны, о подземном строительстве много говорят и отмечают его важность, однако пока нет понимания того, каким образом наиболее эффективно использовать этот ресурс.