Устойчивая архитектура в Арктике РФ на примере МАС "Снежинка"

Annotation

Sustainable architecture in the Arctic of the Russian Federation on the example of Snezhinka IAS

Sivukhina I.V., Saprykina N. A., Lagotska T. V.

The article discusses the features of the sustainable architecture of the Arctic region. The analysis of the climatic features of the Arctic region and its influence on the Arctic architecture is carried out. The main assessment systems of "green" construction are considered, as well as the sustainability factor, taking into account the peculiarities of habits and life of people inhabiting this area. The main indicators of sustainable architecture in the Arctic region and the analysis of modern technologies used in the IAU "Snowflake" project are given.

Keywords: Arctic, sustainable architecture, energy supply, wind farm, Snowflake, climate, green standards, solar panels, polar day, innovative.

Столкнувшись с нарастающей угрозой изменения климата и ростом количества населения, многие страны стали задумываться о возможности создания новых поселений в северных районах. Существуют прогнозы, что в скором времени станет возможна разработка почти всего арктического шельфа, появится возможность судоходства по Северному Морскому пути без использования ледоколов. Одна из основных сложностей данного маршрута - короткое время навигации. Период, в который суда могут двигаться через арктические льды, в последнее время увеличивается в связи с изменениями климата в сторону потепления. По мнению экспертов, в Арктике теплеет в 3-4 раза быстрее чем в целом по планете, и уже сейчас говорят о том, что площадь льдов снижена на 15%. Одной из главных составляющих развития мировой экономики является создание и модернизация транспортных сетей. Предпочтительным способом транспортировки с экономической точки зрения являются морские маршруты. С их помощью можно доставлять большие объемы грузов по всему миру с меньшими издержками по сравнению с сухопутными и воздушными аналогами. Крупнейший мировой товарооборот проходит между Европой и Азией. В этой сфере большой экономический интерес представляет так называемый “Северный Морской путь”, пролегающий через арктические акватории Российской Федерации. Ещё одним фактором необходимости развития Северного морского пути, в связи со сложившейся ситуацией в мире и постоянно нарастающему санкционному давлению, является наращивание товарооборота между Россией и странами Востока.

Дополнительный интерес к развитию территории Арктики, это нахождение в ней залежей полезных ископаемых. Некоторые специалисты утверждают, что в Арктике может храниться до 1/5 части всех запасов нефти в мире. В 2021 году в Российской федерации приняты законы и планы развития северных территорий вплоть до 2035 года. Уже сейчас на долю Арктики приходится более 10% всех инвестиций в РФ, и по заявлению президента В.В. Путина - значение арктического фактора в экономике страны будет только расти. Важный фактор на сегодняшний день, это отсутствие современной развитой инфраструктуры в регионе. Потребуется модернизация существующих и создание новых логистических узлов, портов, станций дозаправки и обслуживания судов, пунктов связи и навигации, метео и исследовательских станций, жилья для персонала.

В начале 2000-х годов были созданы организации, занятые проблемами развития Арктического региона. Основная сформулированная концепция государственных, межгосударственных и научных организаций, занимающихся данной проблематикой, является концепция Устойчивого развития региона, что, в частности, затрагивает архитектуру. Одна из основ концепция Устойчивого развития базируется на максимальном сохранении экологической составляющей и использовании природосберегающих технологий. Научно доказано что экосистема Арктики очень хрупкая, её легко нарушить, а её разрушение несёт за собой непоправимое изменение климатических и экологических составляющих по всему земному шару в худшую сторону. По косвенным признакам люди, живущие в Арктическом регионе, оказались более уязвимы к продолжающейся эпидемии коронавируса. Это служит важным уроком, показывающим неравномерность влияния последствия эпидемий и техногенных катастроф на различные социальные группы и важность особого подхода при создании среды в регионе.

Дать точное определение устойчивости практически невозможно из-за предубеждений, связанных с этим словом. До того, как это слово было введено, часто пользовались такими словами, как экологичность, защита окружающей среды и зеленая архитектура. Определение устойчивости в архитектуре включает в себя больше, чем энергоэффективность, нулевой выброс углекислого газа (CO2) или использование возобновляемых источников энергии. Строительство зданий по этой концепции должно смягчить общее воздействие на экосистему, которая его окружает. Архитектура, строящаяся по принципу “устойчивого развития”, подразумевает развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего. не ставя под угрозу возможность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности.

С начала 20-го века строительство в Арктике стремилось адаптироваться к современным реалиям качества жизни и использованию современных технологий, но из-за сурового климата приходилось использовать много горючего топлива. В то время не сильно задумывались о последствиях, связанных с загрязнением продуктами горения и утилизацией тары для её транспортировки. Используемые материалы имели небольшой срок службы, низкий потенциал вторичного использования и переработки. Для минимизации потери тепла использовали дополнительные изоляционные материалы, которые увеличивают толщину конструкции стены и в тоже время увеличивают выбросы парниковых газов. Современное устойчивое развитие предполагает стремление сохранить баланс между экономической выгодой и сохранением арктической природы, сохранение её уникальных, хрупких биосистем, а также ликвидацию ущерба, нанесённого потребительской хозяйственной деятельностью в прошлые десятилетия. Устойчивое строительство предполагает поддержание экологической целостности и запасов природных ресурсов в сочетании с использованием новых технологий и различных инноваций для достижения комфортного баланса среды и обитателя, что является непростой задачей в условиях крайнего севера.

В мире существует несколько основных систем оценки "зеленого" строительства. Основными мировыми системами сертификации являются английская BREEAM (BRE Environmental Assessment Method), созданная в США система экологического рейтинга LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), немецкая система сертификации DGNB (Deutsche Gesellshaft fur Nachhaltiges Bauen) и ABGR (Australian Building Greenhouse Rating), созданная в Австралии. В ряде других стран были созданы свои системы оценки. С их помощью здания проверяют на безопасность и комфорт проживания, а также на бережливость в смысле потребления природных ресурсов.

"Зеленые" стандарты призваны осуществить переход от традиционного проектирования и строительства зданий и сооружений к устойчивому. Например, LEED использует систему баллов в шести ключевых областях:

- Обеспечение экологической устойчивости проектов;

- водосбережение и эффективное использование воды;

- энергоэффективность и влияние использования энергоресурсов на атмосферу;

- сохранение материалов и ресурсов;

- создание комфортной и благоприятной среды внутри помещений здания;

- применение инноваций и усовершенствование процесса проектирования.

В условиях Арктики соблюдение "зелёных" стандартов имеет свои особенности. Из-за холодного климата необходима хорошая энергоэффективность конструкции. Для минимизации потерь тепла часто пользуются приемом строительства зданий компактная формы. Так же важно учесть правильное расположение на участке и ориентацию по сторонам света. Хорошее конструктивное решение - плотное примыкание строительных элементов, что создаст полностью герметичную оболочку здания по принципу термоса. Люди, живущие на севере. проводят большую часть своей жизни, находясь в помещении, что делает их особо чувствительными к качеству воздуха внутри помещения. Для поддержания благоприятной внутренней температуры требуется минимизация сквозного проветривания, а чтобы обеспечить обновление воздуха возможно создание системы принудительной вентиляции. На отработанном воздухе можно экономить энергию, применив приточно-вытяжную вентиляцию с рекуперацией тепла. Для обеспечения минимальных затрат энергии при сохранении теплового комфорта, важно стремиться чтобы температура и влажность внутри помещения оставались постоянными, а также обеспечивался минимальный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой на внутренних поверхностях. Дополнительным стрессом для организма является длительный период полярной ночи и не продолжительный день в остальную часть года - недостаток или полное отсутствие дневного света отрицательно сказывается на качестве внутренней среды. Проблемы связанные с влиянием влаги добавляют необходимость более частого технического обслуживания и несут как экономический. так и социальный характер, что тоже важно учитывать при проектировании.

На сегодняшний день вопросы экологии и изменения климата, загрязнения окружающей среды, экономии природных ресурсов и их вторичное использование носят глобальный международной характер. Особое внимание уделяется изучению этих вопросов в Арктическом регионе. Сокращение ледовой шапки и таянье льдов в Арктике влияют и на тропические регионы, поэтому вопрос устойчивости в регионе стоит особенно остро. Грамотно организованное развитие и строительство в арктической зоне поможет избежать огромное количество проблем, которые могут возникнуть в будущем. В арктическом регионе очень много факторов, на которые нужно обратить внимания для создания устойчивой архитектуры. Например, использование возобновляемых источников энергии.

Из-за климатических и географических причин в Арктике часто бывают трудности по вырабатыванию возобновляемой энергии в течении всего года. Необходимо искать дополнительные источники энергии или использовать несколько различных технологий для выработки возобновляемой энергии, которые могут дополнять и заменять друг друга.

В полярных регионах солнечные панели повсеместно используются для питания автономных технических установок, таких как метеостанции, маяки, телекоммуникационные башни, и со временем зарекомендовали себя как надежное решение. За последнее годы технология использования солнечной энергии претерпела значительные изменения и сделала большой шаг вперед, уже сейчас она является одним из самых дешевых способов добычи возобновляемой энергии. Солнечными панелями покрывают как крыши, так и фасады зданий. Но у встроенных в здания солнечных электростанций есть свои ограничения. Ориентация и наклон панелей зависят от архитектуры самого здания, а так как не все места в здании имеют хорошие условия излучения, то выработка электроэнергии солнечными панелями не будет одинаковой по всей поверхности.

В арктических условиях целесообразно использование двусторонних солнечных панелей. Такие панели способны принимать энергию солнца, отраженную от поверхности снега лежащего на земле и особенно полезны для мест с длительным снежным покровом. Исследования показывают, что в районах с большим количеством снежного покрова для установки солнечных панелей требуется создание особых конструкций, способных к адаптации. Так, например, чтобы избежать снежных заносов, используют снежные заграждения для осаждения снега прежде того, как он попадет на панель.

Помимо вопросов экологии и источников энергии не мало важным фактором устойчивости является этническая составляющая, учитывающая особенности привычек и быт людей, населяющих данную местность. Можно утверждать, что примитивная народная архитектура, построенная и эксплуатируемая только с использованием местных технологий и ресурсов может считаться устойчивой. Она предоставляет информацию о местных и глобальных решениях, которые жители региона разработали для адаптации к местному климату и ресурсам на протяжении тысячелетий. «Устойчивость на Севере должна иметь сильный культурный компонент», - говорит Уильям Семпл, архитектор NORDEC Consulting and Design, который почти 20 лет занимается строительной наукой, проектными работами и взаимодействием с местными сообществами в северных регионах. «Вы должны уделять не меньше внимания культурной устойчивости, чем экологической устойчивости».

Ландшафт Арктики обширен и разнообразен, поэтому было бы целесообразно, чтобы архитектура региона отражала его географическое и культурное разнообразие. Однако до недавнего времени это было не так. Чтобы лучше представить спектр потребностей сообщества и факторов образа жизни жителей Севера, все больше дизайнеров и строителей оттачивают, как сделать арктическую архитектуру действительно устойчивой, при этом выдерживая экстремальные климатические условия Севера. устойчивый арктический архитектура зеленый климатический

Россия активно участвует в развитии Арктического региона. Она стала участником по развитию международных проектов в области зеленых технологий, экологии и коммуникаций. В 2019г Российская Федерация предложила уникальный проект безуглеродного арктического комплекса МАС "Снежинка", который был поддержан всеми арктическими странами на сессии “Рабочей группы устойчивого развития” (SDWG).

Почему этот проект можно назвать устойчивым? Рабочей группой был разработан абсолютно экологический проект, в основе которого лежит идея использования только возобновляемых источников энергии и полная декарбонизация. Руководители данного проекта утверждают, что станция является полностью автономной и может работать круглогодично. Проектом предусмотрено максимальное использование энергии ветра из-за отсутствия солнечного света в продолжительный период полярной ночи и невозможности использования энергии солнца. Станция оснащена энергетической установкой на водороде и ветроэнергоустановками (ветропарк) арктического использования, которые будут служить основными источниками электроэнергии. Солнечную энергию будут получать в полярный день.

В западных странах в основном используются крупные ветроустановки, размером 100-150 метров. Данный проект ограничен логистическими возможностями по доставке таких крупногабаритных систем и ограничивается максимальным размером транспортного контейнера в 12 метров. Из этого следует, что максимальная мощность ветровой установки будет ограничена 100-150 киловаттами энергии на одну ветромашину.

Для получения нужной мощности энергоустановок требуется определенная минимальная постоянная средняя скорость ветра (от 6-7м/с). Данное требование повлияло на выбор места строительства станции.

Основная сложность использования возобновляемых источников энергии, таких как ветропарки, это дисбаланс добычи и использования энергии. Ветер дует с разной силой, а иногда и полностью отсутствует, из- за этого рождается вопрос накопления сгенерированной им энергии. Чаще всего для этого используются накопление в аккумуляторы - солевые или современные литий-ионные. Высокая стоимость современных аккумуляторов подтолкнула ученых из МФТИ к использованию альтернативного способа накопления энергии. Концепция водородной электростанции предполагает выработку водорода путем электролиза и последующим его хранения в специальных емкостях под небольшим давлением, задействовав невостребованную энергию ветропарков - "это самый простой и безопасный способ", как рассказывает исполнительный директор Института арктических технологий МФТИ Юрий Васильев. В моменты нехватки энергии ветра или его отсутствия накопленный водород может быть использован для производства электрической и тепловой энергии путем обратного электролиза (технология топливных элементов). Эта инновационная технология в будущем поможет отказаться от переработки вредных и дорогостоящих литий-ионных аккумуляторов, что в свою очередь дополнительно снизит пагубное влияние на экологию и позволит ее использовать в промышленных масштабах на территории Арктики. Подобный проект в России реализуется впервые.

Таким образом, при проектировании устойчивой архитектуры в Арктической зоне необходимо соблюдать баланс между экономической выгодой и сохранением арктической природы, сохранение её уникальных, хрупких биосистем.

Список использованных источников и литературы

1. Great opportunities for solar energy in the Arctic; пер. с англ. И. Сивухина [Электронный ресурс].

2. Устойчивая архитектура и пространство инноваций И.В. Дианова-Клокова, Д.А. Метаньев, Архитектура и строительство в России, 07 (211) 2015

3. Инновационные методы организации строительного производства: материалы Всероссийской научно-практической конференции [18-19 ноября 2021 г.] / под общ. ред. Р.В. Мотылева и др.; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. - Санкт-Петербург: СПб ГАСУ, 2021. - 213 с. - Текст: непосредственный.

4. Сапрыкина Н.А. Формирование экоустойчивого пространства обитания будущего: теория, практика, перспективы: монография / Н.А. Сапрыкина. - М.: КУРС, 2021 - 288с., илл. - Серия "Наука"

5. Зеленое строительство - [Электронный ресурс].

Размещено на Allbest.Ru