Гостем Международного строительного чемпионата – 2023 стал Кен Янг, малайзийский архитектор, мировой эксперт в области экологического и энергосберегающего проектирования, автор книг по экодизайну. В 2008 году The Guardian включила Янга в число «50 человек, которые могут спасти планету», назвав его «ведущим в мире архитектором зеленых небоскребов». В Санкт-Петербург он прилетел всего на несколько часов, чтобы выступить с лекцией «Архитектура на благо планеты».

От хиппи до Греты Тунберг

Удивительно, но сегодняшние принципы зеленого строительства были доступны проектировщикам зданий более полувека назад, в самом начале 1970-х годов. Тогда юный выпускник Архитектурной школы АА в Лондоне Кен Янг включился в работу над проектом автономного самодостаточного здания и впервые задумался над тем, как начать максимально использовать не только инженерные новинки того времени, но и природную составляющую, что совпадало с популярной субкультурой хиппи, призывающих вернуться к естественной природной чистоте.

Эти идеи Янг сделал основой своей диссертации в Кембриджском университете в 1974 году. Через два десятка лет, на очередной волне интереса к зеленому строительству, она была издана под  названием «Проектирование с участием природы» (Designing with Nature). В ней Янг рассказывал, как создавать здания, взаимодействующие с природой.

Увы, эти идеи оказались не реализованными и даже не востребованными у заказчиков, потому что ископаемые и природные ресурсы были дешевы, считает Янг. И только сейчас, когда климатический кризис стал очевидным для всех – от простых жителей разных регионов планеты, страдающих от небывалой жары или внезапных наводнений, до политиков и глав государств, – интерес к зеленому строительству снова переживает ренессанс.

«Думаю, что мы строим и проектируем неправильные вещи, – уверяет именитый архитектор. – Многие ли из нас осознают, что у нас есть всего 20–30 лет, до того как планета станет настолько загрязненной, что на ней нельзя будет жить? 40 лет назад мы проектировали здания с минимальным воздействием на среду, но теперь этого мало. Надо проектировать так, чтобы восстанавливать природу».

Зеленые небоскребы

Сегодня доктор Янг возглавляет британскую компанию Llewelyn Davies Yeang и руководит малайзийским архитектурным бюро T. R. Hamzah & Yeang Sdn. Bhd с офисами в Куала-Лумпуре, Лондоне, Пекине, Шэньчжэне и Сиднее, а также читает лекции в университетах по всему миру. Им создано более двухсот зданий, в том числе более десятка небоскребов с вертикальными садами, естественными вентиляцией и освещением, возобновляемыми источниками энергии, ресурсосберегающими новациями и материалами, которые служат как можно дольше при минимальных затратах на их производство и эксплуатацию.

Свои здания Янг сравнивает с созданием биотических протезов: их следует так же органично задействовать в живой природе и так же много времени уделять исследованиям материалов и технологий, чтобы добиться нужного эффекта.

«Мы проектируем здания так, чтобы своей формой, расположением компонентов и материалами они наиболее гармонично вписались в особенности местного климата, учитывая движение солнца в течение дня или сезонное изменение температуры воздуха», – поясняет принципы биотической архитектуры Янг.

Его зеленые небоскребы внешне действительно зеленые и покрыты растительностью от подвалов до кровли. Сегодня никого не удивишь террасами и крышами с лужайками и деревьями, но Янг в экопроектировании идет дальше и буквально переносит флору и фауну в тело небоскребов, создавая экосистему, во всем похожую на окружающую естественную среду. Дальше она начинает жить своей жизнью: растения создают симбиоз друг с другом, птицами и насекомыми, подпитываясь дождевой водой и солнечным светом.

«В офисном здании Suasana PJH 2C5 в Малайзии созданы участковые озеленения общей площадью 1,3 миллиона квадратных футов, – поясняет Кен Янг. – Мы проводили эксперимент: изучали среду обитания и строили матрицу биоразнообразия. Сначала подбирали растительность, а потом фауну, которая могла бы ее заселить, но при этом отказывались от инвазивных видов, то есть совмещали правильную флору и правильную фауну в каждом ареале. А потом уже разрабатывали ландшафт, чтобы поместить эти виды. Во всем должен практиковаться такой экологический подход: сначала растительность, потом фауна, потом ландшафт и все это сочеталось бы с человеческой экосистемой в общем конструктиве здания. Так получаются искусственно созданные экосистемы, которые максимально отвечают окружающей природе».

Следуя этому принципу, в жилом небоскребе Skylon Residences архитекторы сымитировали природную вертикаль: на нижних этажах поселили бабочек и стрекоз, на средних – певчих птиц, на верхних – перелетных. Во французском районе La Reunion Янг распространил природную среду не только на здания, но и на кварталы, вплетая зеленые насаждения в городскую инфраструктуру. Эти зеленые коридоры с размытыми границами образуют непрерывную среду: они поднимаются в здания, тянутся под мостами и над подземными переходами. В результате городской житель может выйти из квартиры и через несколько десятков метров оказаться в природном парке.

Дом для счастливой жизни, или Как правильно расставить приоритеты

В экопроектировании Янг призывает руководствоваться пятью основными принципами в определенном порядке.

Первое: определить, что делает человека счастливым. То есть улучшать качество жизни, делать нахождение в здании более приятным, а людей более здоровыми.

Второе: снижать воздействие на природу и даже стараться восстанавливать ее. Такой подход требует изучения экологии. Это несложная дисциплина, а если преподавать ее архитекторам, то мир изменится к лучшему.

Третье: рационально использовать воду, относиться к ней как к ценному ресурсу, максимально использовать рециркуляцию, очищать и беречь.

Четвертый фактор: энергия, от которой зависит жизнь любого города. Надо научиться использовать возобновляемые источники: ветер, солнце, геотермальную энергию, приливы.

Пятое: материалы для строительства. Статистика говорит о том, что от 40 до 60% содержания свалок – это отходы стройки или стройматериалы. Надо минимизировать отходы стройиндустрии, надо придумать материалы, которые могут использоваться повторно или перерабатываться.  

«Будут ли зеленые здания экономически выгодными?  – вновь и вновь отвечает Кен Янг на самый популярный вопрос. – На строительство SOLARIS мы потратили на 6,5% больше, чем в среднем по отрасли. Если сделать здание просто зеленым, то есть пройти сертификацию по стандарту LEED, то получим плюс 6–10% к проекту, суперзеленым – плюс 20-25%. Как эти расходы возместить? За счет ресурсосбережения, конечно! В случае SOLARIS оно приносит пару миллионов долларов ежегодно и окупается за 5–6 лет.

Социальные выгоды от зеленого строительства еще выше, чем от энергосбережения. Обычно я говорю людям: стройте зеленые здания, потому что это морально оправдано. Это правильнее с этической точки зрения. Исследования показывают, что 80% воздействия на природу и изменение климата вызваны строительством и его влиянием на окружающую среду. Конечно, вам хочется, чтобы здание было экономически выгодным, но ведь вы ставите более высокую цель – вы сберегаете планету».

Комментарий

Раис Баишев, соучредитель и руководитель проектов АБ «Остоженка»:

- Рано говорить о том, что озеленение кровель и фасадов вносит существенную лепту в создание экологичной жилой среды. Пока зеленая архитектура не превратилась в хорошо продаваемый товар, нет никакой надежды, что по доброй воле архитекторов или чьей-то еще она сможет глобально влиять на экологию города.

Вспомним такой материал, как стекло: некогда дорогое в производстве, трудно изготавливаемое, оно применялось в остеклении зданий крайне мало. Сегодня из стекла и светопрозрачных конструкций можно делать не только весь фасад, но и кровли. Тому, чтобы озеленение стало таким товаром, препятствует многое, в первую очередь климатические ограничения, которые тормозят развитие зеленой архитектуры в сегменте жилья.

Да, благоустройство дворов и пространств общего пользования стало за последние годы обязательным сопровождением квадратных метров и выгодной локации – теперь озеленение заметно влияет на стоимость продаваемого жилья. Без этого гарнира архитектурное блюдо уже не подается, когда речь идет о жилых комплексах высокого качества. Однако на фасады и террасы в массовом жилье зелень пока не проникла – нужны серьезные финансовые вложения, которые помогут создавать качественные зеленые фасады и кровли, несмотря на климатические препятствия.

Сегодня, когда небоскребы поднимаются над облаками, что мешает нам забирать ввысь ту самую зелень, которая была когда-то выше любого здания? Если рассматривать архитектуру как место обитания человека, где создаются одинаковые условия проживания, приближающие юг к северу, восток к западу, небо к земле, очевидно, что за зеленой архитектурой будущее, но момент, когда она будет влиять на экологию города в глобальных масштабах, еще впереди.

Группа молодых ученых из Московского государственного строительного университета представила отечественную разработку – самовосстанавливающийся асфальтобетон. Особый компонент умного материала позволяет ликвидировать часть образовывающихся в процессе эксплуатации трещин, тем самым увеличивая сроки нормативного состояния отдельных участков дорог. Подробнее о самовосстанавливающихся асфальтобетонах «Строительному еженедельнику» рассказал руководитель исследований Сергей Иноземцев, кандидат технических наук, доцент кафедры строительного материаловедения НИУ МГСУ.

– Сергей Сергеевич, как пришла идея заняться разработкой и созданием этого умного материала?

– Мы наблюдали, как у классического щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-15 в некоторых случаях проявляется эффект естественного восстановления, связанный с термопластичными свойствами битума преимущественно за счет легких фракций. Однако самовосстановление показателей происходит при повышенных температурах, что не дает возможности использовать данный потенциал, ведь нельзя позволить «размягчить» дорогу до такой степени, чтобы она восстановилась. И мы приступили к работе над тем, чтобы данный эффект кратно усилить и научиться им управлять, получили поддержку от Российского научного фонда и сформировали команду ученых, которая занялась исследованием этой проблемы.

– Какую технологию самовосстановления удалось разработать вашей команде?

– Ключевым компонентом нашей технологии являются специальные капсулы-контейнеры с полимером внутри, которые добавляются в асфальтобетонную смесь. Они предназначены для того, чтобы запасать вещество внутри себя, и, как только в процессе эксплуатации асфальтобетон начнет разрушаться и будут формироваться дефекты и трещины, из капсул высвободится полимер, который, полимеризуясь, склеит берега трещин и вернет асфальтобетону способность сопротивляться нагрузкам. Таким образом достигается эффект самовосстановления.

Мы апробировали капсулу на щебеночно-мастичных смесях ЩМА-15 и определили, что оптимальная концентрация капсул на уровне 3% от количества битума позволяет достичь максимального восстановительного эффекта.

– Какой полимер заложен в основу технологии? И самое главное – это российский продукт?

– С самого начала наших исследований на данную тему мы применяли только те компоненты, которые производят в России. В качестве активного компонента мы рассматривали несколько веществ и в конечном итоге выбрали тот, что дает лучший эффект самовосстановления. Производят этот AR-полимер в Казани, и я не уверен, что за рубежом есть аналоги.

– На данный момент в МГСУ есть опытные образцы?

– Да, конечно. Исследовательская работа еще не завершена, поэтому мы преимущественно работаем на опытных образцах, созданных в лаборатории.

На конкретных дорожных участках пока не работаем, но если представители отрасли будут заинтересованы в том, чтобы на текущем этапе осуществить работы по апробации, то мы готовы в этом направлении двигаться, чтобы достаточно быстро подготовить и необходимые материалы, и документы.

– В целом на каком этапе сейчас находится научная работа?

– Проект поддержан Российским научным фондом и рассчитан на несколько лет. Суть заключается в том, чтобы разработать общую концепцию того, как создавать подобного рода материалы. Не просто разработать самовосстанавливающийся материал, а сформулировать общие подходы, для того чтобы у отрасли были инструменты для создания собственного варианта подобного материалов.

На данный момент сама концепция принципиально готова, и у нас достаточно материалов, чтобы перейти к созданию промышленной партии. Вопрос в заинтересованности отрасли.

– Подобный материал существует в российской и зарубежной практике? Это импортозамещение или отечественное открытие?

– Само по себе исследование в области умных материалов, включая и самовосстанавливающиеся, является общемировой тенденцией в строительном материаловедении. За последние десять лет количество работ, посвященных данной теме, выросло в 3–3,5 раза, и в их числе есть ряд зарубежных и отечественных.

Иностранные исследователи предлагают использовать в качестве запасающего вещества внутри капсул различного рода масляные отходы, тогда как наше решение предлагает в качестве активного компонента применять полимер. В своих исследованиях мы сравнивали два этих подхода и доказали, что капсулы с полимерным активным веществом значительно превосходят масляные и обладают бо́льшим преимуществом.

– В чем заключается различие двух активных веществ и почему выбран именно полимер?

– Прежде всего отличается механизм воздействия на структуру асфальтобетона. Если в качестве восстанавливающего агента в капсулах используются масла, то в момент разрушения происходит следующий процесс: вещество высвобождается, смачивает стенки трещин, частично диффундируя, – по сути, разжижает материал омолаживая битум. В результате этого процесса происходит некоторое восстановление пластичности асфальтобетона.

В случае с применением полимера механизм действия иной. При разрушении капсул высвобождается полимер, который также смачивает берега трещин, частично диффундируя полимеризуется. В результате полимер изнутри склеивает часть дефектов, и за счет этого мы получаем не просто увеличенную пластичность, но и восстановленные связи внутри материала. В этом случае показатели самовосстановления асфальтобетона выше.

– Пластичность асфальтобетона иногда грозит образованием колейности на дороге. Как разрешаются эти риски?

– Как раз одним из главных недостатков применения масляных капсул является неблагоприятная пластичность, которая может привести к образованию колей. И для того, чтобы отойти от данного риска, нами было принято решение найти другой механизм действия. В случае с полимерным наполнителем капсулы склеивание трещин позволяет не допускать разжижения матрицы, давая лучшие показатели упругости и сопротивления.

– По информации МГСУ, подрядчики используют подобные технологии?

– Время от времени в прессе встречаются заголовки, посвященные умным материалам и нанотехнологиям в дорожном строительстве, но в России нет примеров внедрения или апробации асфальтобетонов со свойствами самовосстановления.

Знаю, что китайские коллеги запустили производство промышленного продукта в виде подобных капсул с масляным веществом внутри, однако информации об успешной реализации пока нет. 

– Наверняка в вашей работе есть раздел, посвященный технико-экономическому обоснованию и целесообразности использования технологии самовосстанавливающихся асфальтобетонов. Можете поделиться данными расчетов?

– Разумеется, мы сделали экономические расчеты, которые основаны на оценке себестоимости и технического эффекта. Согласно нашим расчетам, использование капсул позволяет получать асфальтобетон, который не просто соответствует всем требованиям стандартов, но и обладает дополнительным набором уникальных свойств. Все это позволяет эксплуатировать участок дороги больший период времени. По сравнению с классическими щебеночно-мастичными смесями, несмотря на незначительное удорожание себестоимости материала, технико-экономическая эффективность достигает не менее 33%.

– В данном случае, что вкладываете в понятие эффективности?

– Мы исследовали стабильность во времени структурно-чувствительных параметров, таких как прочность. Со временем в процессе эксплуатации она уменьшается, то есть под воздействием различных факторов происходит разрушение материала и деструктивные процессы отражаются на показателях. Наблюдая за работой капсул, мы видим, что в период самовосстановления прочность возрастает, а технические показатели стремятся к первоначальным значениям. Этот эффект позволяет продлить время достижения момента, когда показатели достигнут критического значения, то есть дороге потребуется ремонт. По нашим оценкам, технология позволяет увеличить данный период нормативного состояния асфальтобетона более чем в 2–2,5 раза.

– Россия – очень большая страна, территории которой находятся в различных климатических зонах (отличаются погода, грунты, интенсивность движения и другое). В связи с этим вопрос: где и в каких условиях лучше всего проявят себя самовосстанавливающиеся асфальтобетоны?

– Не хочется сейчас необоснованно как-то ограничивать применимость разработки, поскольку предстоящий этап внедрения как раз выявит наилучшие условия. Сами капсулы способны ликвидировать в асфальтобетоне часть дефектов и трещин, и мы считаем, что смеси с такими компонентами целесообразно использовать при устройстве верхних слоев одежды автомобильных дорог в условиях, которые провоцируют трещинообразование. Достаточно широкая формулировка, но это могут быть и северные территории, где при низких температурах асфальтобетон становится хрупким, и южные, где трещины образовываются по другим причинам, например, из-за старения вяжущего.

– Насколько сложен процесс производства самовосстанавливающихся асфальтобетонов, ведь не секрет, что подрядчики сами готовят смеси вблизи объектов строительства, ремонта или реконструкции.

– Мы достаточно давно занимаемся разработкой строительных материалов и понимаем, как важно, чтобы методика производства менялась в минимальной степени или вообще не менялась. Технология создания самовосстанавливающихся асфальтобетонов несложная и вполне может быть осуществлена на существующих асфальтобетонных заводах. Условно говоря, дополнительный компонент можно вводить в смесь как обычную добавку с помощью отдельного бункера с дозатором. Никакого специфического оборудования для этого не требуется.

Что касается самого синтеза капсул, то и он может быть организован с использованием отечественного оборудования. В своих исследованиях мы использовали компоненты российского производства, которые сегодня присутствуют на рынке.