Жилой дом для Арктики
Участник конкурса «Зеленый проект — 2015/16»
Номинация: «Архитектура высоких широт», раздел: «Проект»
Автор: Хохлова Елизавета
Дата проектирования: 2015
Арктика — суровый край арктических пустынь, примыкающий к Северному полюсу. Долгое время Арктика считалась территорией, не приспособленной для жизни людей.
Идея проекта заключается в создании компактного и эргономичного архитектурного сооружения, а именно модуля, для комфортного проживания в суровых условиях полярного края, вмещающего в себя пространство для приватной жизни и зону для общественной жизни (работа, отдых). Данная модель жилья может служить единицей модульной системы для экспедиций (научных, изыскательских, баз геологоразведки, а также для временного проживания, преимущественно с комнатами (каютами), и с помещениями обслуживания и общения (кают-компании).
Первый уровень модуля отдан приватному жилому пространству. Каждая каюта рассчитана на проживание в ней двух — трех человек (высота каюты позволяет вместить трёхъярусную кровать) также имеются зоны бытового обслуживания (кухня, прачечная, тренажерный зал, библиотека и.т.д.). На втором уровне располагаются кабинеты научных сотрудников, кабинеты техников и врачей. Количество и конфигурация кают, зон бытового обслуживания и кабинетов ученых зависит от количества единиц модулей, используемых при сборке станции.
Модуль представляет собой пассивное сооружение, обеспечивается энергией от солнечных батарей установленных на крыше и др. альтернативных источников энергии (ветрогенераторов). Здание герметично, имеет энергосберегающие окна и теплоизоляцию, вентиляцию с рекуперацией воздуха. На чердаке располагается оборудование для электрической коммуникации модуля, коллектора для сбора энергии от солнечных батарей в летний период года, рекуператор для приточно — вытяжной вентиляции. В нижнем отсеке модуля, расположены коммуникации, необходимые для водоснабжения и водоотведения.
Модуль имеет каркас из нержавеющей стали и алюминия, обшит композитными панелями и крепится на два вида опор:
1. Рама на колоннах — стойках
2. Рама на гидравлической конструкции (применяется для местности с не равнинным рельефом)
Проекты домов для арктики
Особенности проектирования и строительства в арктическом регионе
Валерия Савинова, Марианна Бродач
Арктика — суровый и негостеприимный регион, все ещё малоизученный. Заполярные территории имеют крайне низкий показатель плотности населения, что оказывает влияние на их развитие. Технологии и требования, по которым велось строительство в этом регионе, устарели, а созданные инфраструктура и здания превысили срок эксплуатации. Очевидно, что регион нуждается в новых архитектурных идеях и приемах.
Особенности арктического региона
Арктические поселения отличают внушительные конструкции инженерных сетей, расположение сооружений на опорах и аварийное состояние дорог. Практически все населенные пункты заполярья выглядят выживающими, а не развивающимися. Причина – экстремальные климатические условия – полярная ночь и полярный день, длительностью до полугода, низкие температуры воздуха и ледяные грунты. Всё это объясняется географическим положением: в северных широтах угол падения солнечных лучей низок, и их энергия распределяется на весьма большую территорию.
В результате распространено такое явление как вечная мерзлота. Это грунт, который находится под воздействием отрицательных температур более двух лет. Главная проблема такого типа грунтов – содержащаяся в нем вода, часть которой может замерзать зимой и оттаивать летом, однако в основном она находится в форме льда.
Исследователи выделяют до 5 разных видов льда, варьирующихся по форме, размеру и расположению в слоях почвы. Глубина льда может достигать более 1 000 метров. Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты, почти 1 500 метров, обнаружена в Якутии. Более 60 % территории России находится в зоне вечной мерзлоты.
Вечномерзлые грунты – одни из самых сложных для строительства. Из-за колебаний климата, как краткосрочных, так и долгосрочных, вечная мерзлота подвержена деградации. Лед начинает таять, что приводит к потере несущей способности грунта, осадке почвы. Вмешательство человека ускоряет данный процесс. Здания, элементы инфраструктуры и инженерные коммуникации, при создании которых не было учтено наличие в грунте льда и не изолированы теплопотери, неизбежно ослабят грунт, в результате чего частично или полностью разрушатся сами.
При этом длительные периоды стояния низких температур наружного воздуха отрицательно влияют на инженерные системы здания, использующие воду. Несоблюдение специальных мер по циркуляции и вентиляции приведет к замерзанию воды, разрыву трубопроводов и авариям в системах.
Современная практика строительства в Арктике
Существует два способа устройства фундамента в зонах вечной мерзлоты. Первый способ. Строительство ведется с сохранением вечномерзлого состояния грунта, что достигается расположением зданий и сетей на опорах. В этом случае теплопотери от строений не достигают земли, а ветер беспрепятственно охлаждает верхний слой грунта. Такой способ применяется, когда слой мерзлоты превышает 10 метров. Возведение зданий осуществляется на свайном фундаменте, а прокладка сетей – на лежневых, городковых, подвесных, свайных опорах, на мачтах, эстакадах и по конструкциям зданий.
Второй способ. Применяется для слабомерзлых грунтов с глубиной залегания льда менее 10 метров. В таких районах велика доля деградации вечной мерзлоты, которая, если её не учитывать, представляет серьёзную опасность для возводимых конструкций. Перед началом строительства проводятся процедуры по оттаиванию и укреплению грунта, после которых на подготовленной территории обустраивается котлован. Прокладка инженерных сетей осуществляется непосредственно в грунте. Необходимое утепление инженерных сетей и зданий проводится стандартными теплоизолирующими материалами.
Для энергообеспечения региона строятся электростанции, работающие на традиционных видах топлива. Имеется опыт использования альтернативных источников энергии. Например введены в эксплуатацию ветро-солнечная станция «Юрта» на Ямальском полуострове, ВЭС «Заполярная» в Воркуте. Однако, эти объекты в большей степени экспериментальные ,так как генерируют меньшее количество энергии, чем необходимо региону, а их расположение обособленное, не объединенное в систему. Ввиду этого заменить традиционную энергетику они не могут.
Новые тенденции
В течение последних пяти лет, с 2013 года, в регионе внедряются новые архитектурные решения. Это обусловлено военно-стратегической политикой РФ по развитию и восстановлению инфраструктуры арктических морских портов и северного морского пути. Развитие комплекса решений, учитывающих особенности экстремальных условий, происходит в военной сфере. Активные работы по освоению и восстановлению ведутся в шести зонах:
— остров Земля Александры, входящий в архипелаг Земля Франца-Иосифа,
— поселок Рогачево, расположенный на архипелаге Новая Земля,
— остров Средний, входящий в архипелаг Северная Земля,
— мыс Шмидта и остров Врангеля, расположенные в Чукотском АО,
— остров Котельный, входящий в состав архипелага Новосибирских островов.
На перечисленных территориях проводятся мероприятия по возведению социальной инфраструктуры, аэродромов и обслуживающих их объектов, а также автономных жилых комплексов. По состоянию на 2017 год введено в эксплуатацию 425 объектов.
Поскольку все строительные материалы, используемые для возведения объектов, доставляются с материка, то возникает ряд трудностей в решении логистических задач. Несмотря на это в 2015 году объем поставок достиг почти 100 тысяч тонн грузов.
Военные городки замкнутого цикла
Военные городки замкнутого типа – это основной вид возводимых объектов, а входящие в их комплексы АЖК являются наилучшим примером для рассмотрения.
Административно-жилой комплекс «Арктический трилистник»
Данный АЖК расположен на острове Земля Александры. Рассчитан на 150 человек и состоит из 4 объёмов: центральный с тремя крыльями и три фланкирующие его. Общая площадь всех его помещений составляет 14 000 м 2 .
Из конструктивных особенностей стоит отметить легкий сборный металлический каркас, использование которого максимально упрощает процесс монтажа, что важно для данного региона. Также сформирован свайный фундамент, обусловленный наличием вечной мерзлоты и позволяющий сохранить её состояние.
АЖК «Арктический трилистник»
АЖК «Арктический трилистник» оборудован дизельной электростанцией, водоочистительными установками, снегоплавильными и береговыми насосными станциями, а также имеет систему термической обработки ТБУ.
АЖК «Северный клевер»
Другим масштабным объектом является АЖК «Северный клевер», расположенный на острове Котельном. По композиции он похож на АЖК «Арктический трилистник»: также имеет 4 объема, из которых центральный с тремя крыльями. Однако 3 фланкирующих объема примыкают к торцам крыльев и имеют прямоугольный план. АЖК «Северный клевер» позволяет разместить гарнизон в 250 человек.
АЖК «Северный клевер»
Конструктивно данный АЖК также имеет некоторое сходство с АЖК «Арктический трилистник»: построены металлический каркас и свайный фундамент, имеются крытые переходы. При разработке архитектурно-строительных решений АЖК «северный клевер» были проведены изыскания по созданию инновационных металлических и полимерных строительных материалов, устойчивых к воздействиям низких температур и коррозионных повреждений. Кроме того переработаны некоторые энергетические и топливные системы, что позволило повысить энергоэффективность объекта.
Проект научно-исследовательского комплекса
Однако сегодня наиболее перспективным решением является создание научно-исследовательских комплексов (НИК), позволяющим не только комфортно жить и работать в сложных арктических условиях, но и проводить необходимые научные исследования с минимальным отрицательным влиянием на экологию региона. Основные отличия данного типа строений, представляющие новизну, можно условно разделить на три группы: архитектурные, функциональные и энергоэффективные.
Научно-исследовательская станция в экстремальных условиях северных регионов России
Архитектурные особенности
Учитывают опыт строительства в северных регионах, а также в Антарктическом регионе. Предлагается использовать сборный стальной каркас, имеющий ряд преимуществ перед остальными материалами. Сборные элементы относительно небольшого веса легко доставить любым транспортом, что важно в условиях непростой логистической ситуации. Простой монтаж сохраняет ресурсы при возведении в экстремальных климатических условиях. Также предусмотрено применение обязательного свайного фундамента – для сохранения вечномерзлого состояния грунта и предотвращения засыпания комплекса снегом. Осуществляется подбор материалов для утепления и облицовки, подтвердивших свою эффективность при строительстве в более суровых условиях Антарктики.
Функциональные особенности
Важная составляющая предлагаемого проекта это увеличение рабочих площадей жилых, общественных и научных помещений, для осуществления более комфортной деятельности и снижения отрицательных воздействий экстремальных условий региона. В состав комплекса вводятся несколько зеленых зон: оранжереи, зимние сады и гидропонические оранжереи. Эти зоны будут иметь не только положительное влияние на психологическое состояние работников комплекса, но и смогут обеспечивать их свежими продуктами питания.
План этажа на отметке + 6.80
Продольный разрез и принципиальная схема получения солнечной электроэнергии
Поперечный разрез и принципиальная схема сбора атмосферных осадков
Энергоэффективные особенности
Для разведки новых земель, подготовки их к освоению и для последующей эксплуатации снабжение энергией необходимо. Поскольку арктическая экосистема весьма хрупкая и уязвимая, важно предусмотреть экологические источники энергии, не основанные на ископаемом сырье. Такие источники обладают неоспоримым рядом преимуществ:
— мобильны, и их введение в эксплуатацию проще и быстрее, чем традиционных энергостанций;
— обладают широкой вариативностью, т. е. для каждой природной зоны может быть подобран свой, наиболее эффективный источник энергии;
— неисчерпаемы, а значит их использование неограниченно во времени.
Также для обеспечения энерго-эффектвиности необходимо учитывать климатические особенности, достигая уменьшения затрат энергии благодаря объемно-пространственной композиции, организации внутренних помещений, грамотным подбором строительных материалов.
Подводя итог, можно с уверенностью констатировать, что, несмотря на все сложности арктического региона, его освоение не только возможно при соответствующем научном подходе к проектированию и строительству северных объектов, но и полезно с точки зрения приобретения колоссального опыта.
Литература:
1. Под ред. Г. В. Алексеева Формирование и динамика современного климата Арктики;. — Л. : Гидрометеоиздат, 2004.
2. Под ред. А. И. Воскресенского Мониторинг климата Арктики : (Сб. ст.) / Аркт. и Антаркт. НИИ;. — Л. : Гидрометеоиздат, 1988
3. Владимир Котляков, Михаил Гросвальд, Александр Кренке «Гляциологический словарь» ;. — Л. : Гидрометеоиздат, 1984
4. Короткевич Е. С. Полярные пустыни. – Л.: Гидрометеоиздат, 1972.
5. Сергей Хромов, Лидия Мамонтова «Метеорологический словарь» ;. — Л. : Гидрометеоиздат, 1874
6. «Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу» (утв. Президентом РФ 18. 09. 2008 N Пр — 1969) ●
ОБ АВТОРАХ
Валерия Савинова, Магистр МАрхИ
Бродач М. М. – консультант по инженерному оборудованию, профессор кафедры «Инженерное оборудование зданий» МАРХИ (Государственная академия)
