Введение. В XXI веке наблюдается значительный рост крупных городских агломераций, который сопровождается увеличением как численности населения, так и масштаба хозяйственной деятельности – наряду с расширением территорий наблюдается и процесс притока городского населения. Согласно концепции ООН, крупный город определяется как устойчивая урбанизированная территория, выполняющая ключевые экономические, административные и культурные функции с численностью населения от 1 млн до 5 млн человек [1]. Например, Рим, Париж и Берлин, Нижний Новгород, Самара и Казань сочетают роль административных и экономических центров, оставаясь при этом также центрами культурного наследия. Эти города соответствуют критериям Европейской комиссии и характеризуются развитой инфраструктурой, полицентричной застройкой и способностью адаптироваться к росту урбанизации и сопутствующим экологическим рискам без перехода в категорию мегаполисов [2].

По данным ООН к 2050 году в городских агломерациях будет проживать почти 70 % общего населения планеты [3]. Высокие темпы урбанизации сопровождаются усилением антропогенной нагрузки на окружающую среду – интенсификация масштабов строительства, расширение промышленных зон в черте города, рост транспортных потоков напрямую влияют на дестабилизацию экологической обстановки в крупных городах. Ключевыми экологическими проблемами становятся сокращение зеленых зон в черте города (в среднем на 12–15 % за десятилетие для европейских городов), увеличение общего углеродного следа зданий и рост концентрации вредных выбросов в атмосферу, которые более чем в 2 раза превышают норму Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для крупных городов [4].

Наряду с этим обостряются социальные и медицинские риски. Исследования ВОЗ демонстрируют, что жители крупных городов на 25 % чаще страдают от респираторных и аллергических заболеваний, связанных с загрязнением воздуха, и на 20 % больше подвержены депрессивным расстройствам из-за шумового загрязнения, перенаселения и дефицита открытых зеленых зон [4]. Например, в Берлине, где плотность населения составляет 4,1 тыс. чел/км² при общей численности населения 3,8 млн человек, уровень хронической тревожности среди горожан на 18 % выше, чем в пригороде Берлина и малых городах Германии [5]. Приводя эту статистику необходимо отметить корреляционное сокращение парковых зон в Берлине на 9 % за последние 20 лет [6].

Совокупность социально-экономических, градостроительных и экологических вызовов, с которыми сталкиваются современные города, стала предметом обсуждения опубликованного в 2011 году Глобального отчета ООН-Хабибат «Города и изменение климата» [7]. В документе особо подчеркивается взаимное влияние процессов развития городских агломераций и изменения климата. При этом, как отмечают авторы отчета, «многие правительства инициируют национальные исследования вероятных последствий изменения климата и разрабатывают национальные адаптационные программы действий» [7]. В результатах отчета, помимо прочего, высказывается мнение, что современные крупные города могут стать живыми экспериментальными площадками для новых, ориентированных на будущее сообществ, которые будут поддерживать гармоничное развитие городов, не нанося ущерба окружающей среде.

Несмотря на этот позитивный импульс, городская политика не успевает своевременно реагировать на климатические угрозы даже в тех населенных пунктах, где экологическая ситуация находится на критическом уровне. Архитектура современных крупных городов представляет собой противоречивый симбиоз исторического наследия и современных урбанистических трендов. В исторических центрах, как правило, сохраняется малая этажность застройки, что позволяет минимизировать визуальный диссонанс исторической и современной архитектуры, а также снизить нагрузку на инфраструктуру. Однако, даже в городах, которые стараются минимизировать присутствие высотной архитектуры в исторических центрах, появляются высотные доминанты, которые стали предметом дискуссий среди экспертов (табл. 1).

Таблица 1

Крупные города, минимизирующие вертикальное строительство в исторических центрах

С одной стороны, историки архитектуры и культуры, а также урбанисты уверены, что высотные объекты в исторических центрах формируют «конфликт идентичности», нарушая целостность культурного ландшафта. Например, в Риме строительство 120-метровой Torre Eurosky вблизи исторического центра вызвало волну критики, в том числе со стороны ЮНЕСКО, указавшей на «угрозу выдающейся ценности объекта Всемирного наследия». С другой стороны, экономисты и девелоперы аргументируют, что высотные здания в центре города усиливают конкурентоспособность территории и являются драйверами экономического развития и инвестиционной привлекательности. Как отмечает Ричард Флорида, «архитектурный имидж, включающий небоскребы, ассоциируется с инновациями и глобальной значимостью территории, что критически важно для городов в борьбе за человеческий капитал» [8]. Для многих городов с богатой исторической застройкой этот тезис является неоднозначным. В Нижнем Новгороде, несмотря на формальные ограничения, строительство высотного жилого комплекса «Седьмое небо» в границах исторического центра вызвало большой резонанс: активисты и эксперты градозащитных движений указали на риски нарушения исторического облика застройки. После неоднократных публичных слушаний и участия федеральных властей, было принято решение о снижении этажности с 120 м до 75 м. Однако, часть объекта высотой выше 80 м к тому времени уже была возведена и не подлежала сносу. Этот инцидент послужил причиной пересмотра градостроительных регламентов в Нижнем Новгороде и с 2023 года введены жесткие нормы высотных параметров в зоне историко-культурной застройки (рис. 1).

Рис. 1. Схема высотных параметров застройки центральной части г. Нижнего Новгорода
(красная зона – кварталы с предельной установленной высотой застройки до 6 этажей с целью сохранения
масштаба исторической среды города) [9]

Есть и примеры, подтверждающие тезис Флориды – высотная башня Montparnasse в центре Парижа, несмотря на эстетические противоречия с исторической застройкой, обеспечивает 7 % налоговых поступлений центрального округа и размещает штаб-квартиры 20 международных компаний. Существующий в исторических центрах дисбаланс между культурной ценностью малоэтажной архитектуры и коммерческим интересом высотных доминант отражает конфликт современных урбанистических парадигм и остается нерешенным для большинства крупных городов.

В то время как исторические районы крупных городов сохраняют преимущественно культурно-административные функции, в периферийных зонах сконцентрированы спальные районы и кварталы деловой активности, где сформирована плотная высотная застройка. Например, в Берлине более 72 % жилого фонда приходится на спальные районы, расположенные на окраинах города: плотность застройки там составляет 25 тыс. м2/га, а высотность жилых зданий достигает 30 этажей. Подобная стратегия вертикального уплотнения характерна для многих крупных городов, в которых при ограниченных земельных ресурсах здания объединяют жилые помещения, торговые площади, офисы и предприятия соцкультбыта в единый многофункциональный кластер повышенной этажности. Подобные решения, несмотря на экономическую целесообразность, несут системные экологические риски. Например, плотные высотные кварталы создают эффекты «тепловых островов», нарушая естественную вентиляцию – доказано, что скорость ветра в зонах такой застройки падает на 40 %, тем самым увеличивая концентрацию мелкодисперсных частиц PM2,5 до 35 мкг/м³ при утвержденной норме ВОЗ 15 мкг/м³ [4].

Помимо этого, энергоемкость эксплуатации высотных зданий, учитывая оснащенность лифтами, системами кондиционирования и искусственного освещения, даже при внедрении энергосберегающих технологий, почти на четверть превышает показатели малоэтажных зданий. Исследования также свидетельствуют, что совокупный углеродный след высотных кварталов на периферии практически в два раза выше, чем в исторических центрах. Экологическая ситуация в районах плотной высокоэтажной застройки усугубляется перегруженностью транспортной инфраструктуры. Необходимо принимать во внимание, что исторически крупные города развивались от центра к окраинам, поэтому сосредоточением зеленых зон в крупных городах были именно удаленные от центра местности. Сегодня густонаселенные спальные кварталы и масштабные места приложения труда, удаленные от центра города, требуют развития сети дорожных магистралей, что в итоге приводит к фрагментации природных ландшафтов. Например, в Лиссабоне 65 % жителей проживают в периферийных районах города с плотной застройкой и высотностью более 20 этажей [10]. По данным отчета городского муниципального совета это способствовало увеличению общей протяженности дорог на 180 % с 2000 г., что, в свою очередь, привело к сокращению площади зеленых зон в городе в полтора раза. Несмотря на то, что в Лиссабоне расположен один из крупнейших в Европе городских парков (площадью 10 км²), в 2023 году площадь зеленых зон на каждого городского жителя составила всего 9,8 м² при рекомендованных ВОЗ 20 м² [4, 10].

Становится очевидно, что современный этап развития крупных городов характеризуется конфликтом центра и периферии, что прямым образом отражается на экологической устойчивости городских территорий: сохранение исторической застройки сопровождается дефицитом ресурсоэффективных решений, а уплотнение периферии приводит к чрезмерному росту энергопотребления и сокращению зеленых зон. Такое противоречие демонстрирует, что экологическая устойчивость городских территорий неразрывно связана с архитектурной организацией пространства, где этажность зданий выступает одним из системообразующих критериев. Преодоление конфликта возможно через разработку научно обоснованной стратегии интеграции принципов экологической малоэтажной архитектуры в архитектуру крупных городов для обеспечения экологического баланса всей территории. Таким образом, предлагается рассмотреть комплекс мер, направленных: а) на экологическую модернизацию малоэтажной исторической застройки в центрах крупных городов за счет интеграции биоклиматических и ресурсосберегающих технологий и б) трансформацию периферийных районов высотной застройки за счет внедрения малоэтажных экокластеров. Научная новизна предлагаемого подхода заключается в системном анализе этажности как важного фактора экологической устойчивости архитектуры, что формирует методологическую основу для перехода от точечных «зеленых» решений к целостной архитектурно-планировочной парадигме экологической устойчивости.

Модели и методы. Для определения системообразующей роли этажности в экологической устойчивости архитектуры проведен сравнительный анализ структуры стандартов экологического строительства для определения места критерия этажности. Несмотря на экологические преимущества архитектуры малой этажности, в системе экологической сертификации зданий и градостроительных нормативах, как правило, фактор высотности зданий строго не регулируется. Стоит отметить, что в структуре некоторых стандартов присутствуют замещающие требования к зданиям, которые учитывают факторы плотности населения, доступности энергетических, водных и других типов ресурсов, а также предусматривающие экологические риски (табл. 2).

В структуре таких стандартов экологической сертификации зданий как LEED (Leedership in Energy and Environmental Design) и BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assesment Method), которые получили достаточно широкое распространение в мировой практике, высотность архитектуры рассматривается как один из параметров, влияющих на общую экологическую устойчивость архитектурного проекта [11].

Таблица 2

Основные факторы, влияющие на регулирование высотности архитектуры

Система оценки LEED позволяет зданиям повышенной этажности получить дополнительные «баллы устойчивости» при наличии условий, нивелирующих негативное влияние на окружающую среду [12]. One Bryant Park, 55-этажный небоскреб в Нью-Йорке, получил сертификат LEED Platinum, что соответствует наивысшей оценке экологической устойчивости. Это стало возможным благодаря дополнительным технологическим новациям, которыми оснащено здание. В их числе система сбора и фильтрации дождевой воды для дальнейшего использования в нуждах здания, а также замкнутая энергоэффективная система полного цикла. Внедрение таких технологий позволило снизить потребление энергии и ресурсов на 50 % в сравнении с общими характеристиками небоскребов в городе.

В стандарте BREEAM также содержатся особые указания. Архитектурно-планировочные решения высотных зданий должны предусмотреть минимизацию теневых эффектов, которые они создают, таким образом, чтобы не нарушать уровень естественной инсоляции соседних зданий и прилегающих зеленых зон [13]. Кроме того, с высотностью зданий повышаются и требования стандарта к наличию систем ресурсосбережения. Здание The Shard в Лондоне высотой в 87 этажей, сертифицированное по стандарту BREEAM Outlanding, оснащено специально разработанными системами рекуперации тепла и солнечными панелями, что позволило не только экономно расходовать электроэнергию, но и снизить выбросы СО₂ в атмосферу на 30 %.

Широкое распространение в мировой практике получил немецкий стандарт DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen). В структуре этой программы сертификации уделяется особое внимание балансу между экологическими, техническими и социально-экономическими аспектами устойчивости объектов строительства [14]. Критериями предусматривается оценка энергоэффективности здания, фактора использования экологически чистых материалов (причем не только в процессе эксплуатации, но и производства самих материалов), качества внутренней отделки помещений и степени «зеленой» интеграции в городскую инфраструктуру. Так, например, здание The Edge в Амстердаме (присвоен высший уровень сертификата DGNB) считается одним из самых экологичных офисных небоскребов в мире. Оно оснащено интеллектуальной системой управления энергопотребления. Эта технология предусматривает использование данных со всех счетчиков здания с целью оптимизации ресурсопотребления – света, тепла и воды. Интеллектуальная система позволяет снизить уровень потребления электроэнергии в год на 70 %.

Анализируя общую структуру системы критериев международных экологических систем сертификации зданий, получивших наибольшее распространение в мире, можно сделать вывод, что все они имеют ярко выраженную инженерно-техническую направленность. Несмотря на это, фактор этажности зданий не рассматривается отдельно, а вес коэффициента влияния этажности здания на экологическую обстановку нивелируется удельным весом иных критериев в системе оценки (табл. 3).

Таблица 3 

Структурный анализ международных систем экологической оценки объектов строительства

Тем не менее экспертами активно обсуждается необходимость внедрения критерия пониженной этажности в структуры сертификатов и нормативных документов, регулирующих городское строительство. Бьорн Берггрен, профессор Королевского института технологий в Стокгольме и регулярный рецензент DGNB, подчеркивает необходимость внедрения «прямого критерия» этажности зданий в контексте их экологической оценки, а также продвигает инициативу пересмотра балльно-рейтинговой оценки в целом [15]. Берггрен в своем исследовании об энергоэффективности объектов строительства подчеркивает прямую взаимосвязь высотности зданий с их экологическими характеристиками. Отмечается, что здания малых этажей значительно проще оснащать современными ресурсосберегающими технологиями, что позволяет сокращать не только негативные экологические последствия, но и экономические расходы на всех этапах строительства.

Эколог Джейсон МакЛеннан, создатель локального стандарта экологической сертификации зданий в США, продвигает концепцию пониженной этажности, в первую очередь, для жилых зданий. В своем авторском стандарте LBC (Living Building Challenge) МакЛеннан разработал методику оценки, которая учитывает фактор пониженной этажности как один из компонентов формирования экологической устойчивости объектов строительства [16]. Эколог подчеркивает, что помимо очевидных преимуществ в ресурсосбережении и снижении углеродного следа, здания малых этажей органично вписываются в существующие экосистемы и способствуют сохранению биоразнообразия.

Автор теории креативного класса, экономист, социолог и урбанист Ричард Флорида утверждает, что низкоэтажные здания напрямую способствуют формированию более социально ориентированной городской среды. В своих работах Флорида описывает концепцию создания «безбарьерной архитектурной среды» и формирование единого урбанистического пространства. По мнению Флориды, политика чрезмерного вертикального роста городов деструктивна. Появление в городах большого количества небоскребов провоцирует усиление социального и экономического неравенства, проявление эффекта трущоб даже в развитых мегаполисах и искусственное раздувание рынка недвижимости. Флорида предлагает пересмотреть подход к решению текущих проблем урбанизации в крупных городах и внести ряд изменений на законодательном уровне, в том числе в градостроительные кодексы, регулирующие строительство нормативные документы и программы сертификации зданий. В сформулированных принципах разрешения «нового городского кризиса» Ричард Флорида пишет о необходимости реформирования понятий устойчивости архитектуры и создании «сильного мегаполиса умеренной вертикали» [8].

В одной из последних версий стандарта BREEAM для высотных сооружений появились рекомендации по минимизации сопутствующих теневых эффектов и масштабной интеграции зеленых зон. Рабочей группой BREEAM, по результатам опубликованного итогового резюме за 2024 год, обсуждается возможность более строгого учета фактора повышенной этажности при оценке экологической устойчивости здания. В случае положительного решения рабочей группой будут пересмотрены нормативы стандарта и введены новые параметры корреляции высоты здания с предусмотренными стандартом требованиями. Комитет DGNB также рассматривает потенциальное внедрение нового критерия этажности как одного из параметров оценки социальной и экологической устойчивости объектов строительства. Однако, в виду экономических особенностей развития европейского региона пониженную этажность планируется учитывать в разрезе дополнительных требований стандарта, а не обязательных к выполнению (таких, например, как требования инженерно-технологического блока). В рамках обновления стандарта LEED эксперты обсуждают необходимость разработки корреляций между этажностью объектов строительства и такими параметрами как энергосбережение, материалопользование и интеграция в природный ландшафт с целью более объективной оценки экологической устойчивости зданий.

Отечественные стандарты экологического строительства следует рассматривать отдельно. Первыми шагами по экологическому регулированию в области архитектуры стали адаптации стандартов BREEAM и LEED к российским условиям в 2009 году. На текущий момент в России действуют более 15 нормативных документов и рейтинговых систем «зеленого строительства», большинство из которых сформированы на основе структуры международных стандартов.  Несмотря на это, отечественная методология существенно отличается по причинам, например, регуляторного статуса таких документов, которые носят рекомендательный характер, что снижает их широкое применение на практике. Международные стандарты (BREEAM и LEED) уже частично интегрированы в законодательную систему и имеют поддержку рыночных механизмов, обеспечивая налоговые льготы для сертфицириованных объектов. Кроме того, российские стандарты в своих требованиях вынуждены учитывать разнообразие климатических зон (от арктических регионов до субтропиков), что приводит либо к фрагментарности требований, либо к чересчур размытым формулировкам.

Экологическими стандартами, получившими в России наиболее широкой применение, являются ГОСТ Р 70346-2022, ГОСТ Р 54964-2012, СТО НОСТРОЙ 2.35.4-2011, GREEN ZOOM, в которых ключевой акцент сделан на критериях ресурсосбережения, энергоэффективности и экологичности материалов (табл. 4) [17–20]. Параметры высотности архитектуры в отечественных стандартах, как и в международных, не фигурируют и учитываются косвенно через замещающие критерии. В этой связи особого внимания заслуживает экостандарт НП-СПЗС 1.1.М-2011 для экологической сертификации малоэтажных объектов [21]. Это единственный отечественный стандарт, который в своей структуре имеет прямое требование к этажности объекта, которое, однако, сформулировано через требования к формированию экокластеров.

На сегодняшний день, в России продолжается работа по усовершенствованию стандартов экологического строительства. Несмотря на это, государственная политика, направленная на рассмотрение высотности зданий как критерия экологической устойчивости, не сформирована. Поэтому решение спорных вопросов по регулированию высотности застройки в чувствительных районах (исторических центрах, экологически нестабильных территориях) остается в ведении региональных властей и профильных ведомств.

Для выявления корреляции параметра этажности здания с его характеристиками энергоэффективности как одного из основных показателей экологичности проведен сравнительный анализ для сопоставления энергопотребления зданий малой и повышенной этажности. В процессе анализа была использована аналитическая выборка данных по критериям энергопотребления и остаточного углеродного следа малоэтажных и высотных зданий в странах, где присутствует влияние стандартов экологической сертификации объектов строительства. Для нормализации числовых показателей данные были приведены к единой шкале – кВт∙ч/м² и тонны СО₂/м² для расчетов энергопотребления и углеродного следа соответственно, – что обеспечивает проведение корректного сравнения и выявления корреляции.

Энергоэффективность архитектуры низких этажей подтверждается сравнительными данными в исследовании Университета Калифорнии в Беркли [22]. Энергозатраты на строительство жилых зданий пониженной этажности составляют около 150–200 кВт∙ч/м², в то время как для строительства жилых небоскребов этот показатель достигает 250–300 кВт∙ч/м². Разность в эксплуатации энергии жилыми домами варьируется от 100 кВт∙ч/м² в год для низких этажей и более 200 кВт∙ч/м² в год для высотных домов (в зависимости от количества этажей). Кроме того, общий углеродный след малых этажей в течение всего жизненного цикла (строительство-эксплуатация-снос) на 25–30 % меньше, чем у высотных зданий.

Таблица 4

Сравнительная таблица некоторых российских стандартов экологического строительства

Количественный метод анализа числовых данных для построения статистических моделей позволяет выявить закономерности внутри системы «этажность здания-экологическая устойчивость здания» и спрогнозировать основные векторы рисков, связанных с изменением генеральной высотности города.  Кроме того, статистическая модель, на которой строится метод, позволяет количественно оценить влияние разнонаправленных факторов на экологическую устойчивость здания, что позволяет более точно смоделировать итоговую экологическую оценку объекта строительства.

Наиболее предпочтительной в проведенном исследовании выбрана линейная регрессионная модель, которая описывает зависимость энергопотребления здания от его фактической этажности. Формула линейной регрессии позволяет оценить влияние одного конкретного параметра – этажности, – на целевой показатель энергоэффективности.

В расчетах предлагается использовать адаптированную регрессионную модель следующего вида:

E= β0+β1∙H+ϵ                     (1)

где E  – энергопотребление объекта строительства (кВт∙ч/м²);

H  – этажность объекта строительства;

β0 – свободный член (значение энергопотребления при нулевой этажности);

β1 – коэффициент увеличения энергопотребления при увеличении этажности с шагом 1;

ϵ  – коэффициент погрешности.

Введенные в статистическую модель коэффициенты были проверены на статистическую значимость с использованием t-критерия Стьюдента. Используя базу данных исследовании Университета Калифорнии в Беркли, по которым был проведен сравнительный анализ энергоэффективности зданий разной этажности, рассчитаны средние числовые значения коэффициентов линейной регрессионной модели:

  H=9 ,   E=225                     (2)

β1≈7,67 , β0=155,97                 (3)

Тогда E=155,97+7,67∙H  в отсутствии коэффициента погрешности.

Величина коэффициента β1 в интерпретации свидетельствует о том, что при увеличении этажности на 1 этаж, энергопотребление в сопоставимых условиях пропорционально увеличивается на 7,67 кВт∙ч/м².

При построении прогноза энергопотребления для зданий этажностью 5 и 30 этажей с использованием линейной регрессионной модели получаем значения E5=194,32  и E30=386,07  соответственно. В этом случае даже при отрицательном ϵ  (при использовании энергоэффективных систем высокого класса) здание высотностью 30 этажей значительно превосходит объект малой этажности по уровню энергопотребления.

Принимая во внимание, что этажность является одним из важных критериев устойчивой архитектуры, определены практико-ориентированные методы для поддержания экологического баланса в исторических центрах и периферийных районах крупных городов, адаптированные под специфику этих территорий, которая обусловлена экологическими, культурно-социальными и экономическими особенностями и функциональным назначением территорий.

Основная часть. Методы экологической модернизации малоэтажной исторической застройки в центрах крупных городов учитывают необходимость соблюдения гармонии между внедрением инновационных архитектурно-технических решений и бережным сохранением архитектурного наследия. Основой методологии стал биоклиматический подход, предполагающий модернизацию инженерно-технических решений существующей архитектуры с целью минимизировать зависимость от искусственных систем ресурсоснабжения за счет использования естественных ресурсов (солнечной радиации, ветровых потоков, температурных градиентов). Однако реализация биоклиматического подхода вовсе не сводится только лишь к внедрению «зеленых» технологий: речь идет о глубокой интеграции архитектуры в естественные природные циклы, в которой каждый элемент здания выполняет функцию экологического регулятора [23]. В своей основе биоклиматических подход не нов, а обращается к архитектурной логике, существовавшей до эпохи дешевых энергии и материалов (табл. 5).

Таблица 5

Ключевые принципы биоклиматического подхода

В качестве примера реализации биоклиматического подхода в экореконструкции исторической архитектуры может рассматриваться реконструкция Центрального вокзала в Дрездене. Здание, построенное в 1898 году, серьезно пострадало во время Второй мировой войны и долгое время не реставрировалось. Работы по восстановлению вокзала началась в 2006 году и предполагали не только воссоздание первоначального облика, но модернизацию внутренней инфраструктуры (расширение навесов, увеличение платформ). Одним из важнейших этапов реконструкции стала замена кровли со стекла (как было изначально) на инновационную мембрану из тефлонов и стекловолокна (рис. 2). Такой материал пропускает на 15 % больше дневного света и значительно уменьшает зависимость здания от искусственного освещения, тем самым, сокращая энергопотребление. Руководитель проекта Хайко Клаффенбах отмечает, что «замена кровли позволила не только восстановить исторический облик вокзала, но и обеспечить долговременную функциональность конструкции. Это успешный пример соединения исторической стальной конструкции XIX века с мембранными технологиями XXI века» [24]. Кроме того, на крыше устанавливаются «световые люки» – особые платформенные крышки, на которых в холодный период будут укладывать снег и колотый лед для обеспечения хорошего отвода талой воды.

Рис. 2. Реконструкция кровли центрального вокзала в г. Дрезден, Германия

а) мембранное покрытие кровли; б) «световой люк» на кровле [24]

Биоклиматические приемы экореконструкции широко распространены и в крупных городах Италии. Например, жилое здание XIX века Palazzo Verde в Турине было реконструировано с сохранением оригинального камня и добавлением теплоизоляционной органической штукатурки. На некоторых террасах дома установлены солнечные коллекторы, стилизованные под аутентичные декоративные элементы. Фасад здания после реконструкции покрыт вертикальным садом, что снижает общую тепловую нагрузку на 3–5 °C в жаркую погоду (рис. 3). В здании предусмотрена система автоматического орошения растений, которая работает по принципу рециркуляции. Следует отметить, что несмотря на присутствие более 150 видов местных растений на фасадах, вертикальное озеленение здания применяется точечно, чтобы не нарушать целостность и сохранность фасадов, которые охраняются как культурное наследие.

Трансформация периферийных районов направлена на преодоление экологического дисбаланса, вызванного монотонной высотной застройкой, путем создания малоэтажных экокластеров. Концепция малоэтажных городских кластеров получила широкое освещение в современной урбанистике во многом благодаря развитию теории «15-минутного города» Карлоса Морено, сформулированной в 2020 году [26]. Ее суть заключается в разделении городского полотна на зоны самодостаточных экологичных городских микрорайонов. Морено вывел определяющий механизм устройства «15-минутного города»: все основные функциональные городские здания (учреждения здравоохранения, образования, рекреации, торговли, жилые здания и места приложения труда) должны быть расположены в радиусе 15-минутной доступности пешком или на велосипеде. Особая архитектура микрорайона строится на ограничении этажности – высота зданий не должна превышать 4–5 этажей. Такая модель городского планирования вкупе с компактностью зданий малой этажности не только позволяет восстановить экологической баланс периферийных районов, но и восстанавливает позитивные социальные связи в обществе, разрушенные в эпоху «расползания городов».

Идея создания компактных городских зон впервые была высказана еще в конце XIX века британским урбанистом Эбенезером Ховардом в труде «Города-сады будущего», где предлагалось поделить крупные города на автономные зеленые кварталы, сочетающие преимущества города и деревни. В отечественной истории архитектуры эти идеи нашли продолжение в концепции гуманных пространств, разработанной группой НЭР (новый элемент расселения) под руководством советского архитектора А.Э. Гутнова [27]. Идея «человеческого масштаба», сформулированная Гутновым в 1960-х, базируется на антропоцентричном подходе к градостроительству.

Рис. 3. Palazzo Verde (Via Chiabrera, 25), г. Турин, Италия

а), б), в) вертикальное озеленение фасадов; г) система рециркуляции для орошения растений [25]

Комфортная городская среда, по мнению архитектора, должна быть соразмерна физическим и психологическим потребностям и возможностям человека. В пространственном масштабе для восприятия фасадов без искажений архитектура в высоту должна соответствовать двум человеческим ростам (примерно 3 этажа), а протяженность пешеходных маршрутов между зданиями составлять около 7–8 метров. Во временном масштабе объекты инфраструктуры (жилье, работа, учреждения соцкультбыта) должны располагаться в пределах 5–10 минут пешей ходьбы от одного здания к другому (рис. 4).

Рис. 4. Русла расселения крупных городов на уровне агломерации.

Проект группы НЭР для «Триеннале», 1968 г. [27]

В своих работах Гутнов противопоставляет «моноструктуры», целостные и соразмерные человеку пространства, «полипространствам» – высотным районам плотной застройки, подчиненным «масштабу скорости» автомобилей, где человек ощущает себя чуждым элементом. Идеи НЭР, выраженные в тезисе «то, что город не растет – его достоинство, а не недостаток», стали ответом на урбанистические тенденции XX века и бесконтрольный рост крупных городов.

Многие подобные идеи, в том числе отечественные, так и остались нереализованными в силу политических, экономических преград и особенностей социального восприятия новых архитектурных теорий. Однако идея «15-минутного города» Морено все же нашла реализацию (рис. 5). Во многом это объясняется тем, что она была предложена на пике пандемии, когда традиционные модели развития крупных городов продемонстрировали свою уязвимость. Тотальный режим изоляции выявил необходимость переосмысления градостроительных стратегий в поиске самодостаточности городских кварталов и локальных сообществ.

Сама концепция создания экокластеров, как правило, подразумевает малоэтажную застройку. Это обусловлено меньшим углеродным следом и большей энергоэффективностью зданий малой этажности.  Преимущества малоэтажного строительства подтверждаются методом оценки жизненного цикла здания (LCA), который является одним из наиболее функциональных инструментов, позволяющих количественно оценить степень экологического воздействия объекта строительства на окружающую среду всех этапах жизненного цикла. Методология LCA появилась в 1963 году, когда Королевский институт британских архитекторов (RIBA) опубликовал «Рабочий план» поэтапных действий в процессе строительства.  Позднее RIBA модернизировали «Рабочий план» в 8 этапов жизненного цикла объекта строительства: от стратегического определения цели проекта до введения здания в эксплуатацию (рис. 6).

Рис. 5. Концепция «15-минутного города»
для реконструкции районов Парижа, Франция (инициатива мэра г. Париж Анн Идальго) [28]

Рис. 6. Жизненный цикл здания: видение Королевского института британских архитекторов (RIBA), версия 2024 г. 

В современных международных стандартах строительства, таких как ISO 21931-1, жизненный цикл объекта строительства расширен и включает также этапы исследования территории застройки, производства строительных материалов, демонтажа, сноса или реконструкции здания. Таким образом, преимущество метода LCA заключается в том, что в отличие от других механизмов оценки экологической устойчивости, LCA-модель рассматривает процесс возведения здания не только масштабно, но и в условиях разных сценариев и для различных целей, что помогает провести оценку компромиссов – выбрать одно из равновесных решений.

Моделирование жизненного цикла в оценке углеродного следа позволяет спрогнозировать экологическое воздействие объекта строительства с учетом конкретных факторов производства, например, выбора строительных материалов или применения инновационных технологий ресурсосбережения. Согласно данным, полученным с помощью LCA-моделирования и приведенным в исследовании «Bringing Embodied Carbon Upfront» Международного совета по экологическому строительству в 2020 году, по сравнению с вертикальным строительством архитектура малых этажей связана с меньшим объемом «встроенного углерода» [29]. Аналитическая проработка массива целевых показателей исследования демонстрирует, что малоэтажное строительство требует меньших объемов бетона и стали, производство которых является основным источником загрязняющих выбросов в атмосферу.

При прочих равных условиях таких как общая полезная площадь здания и срок эксплуатации, климатическое и географическое расположение, а также при допущении равной операционной энергоэффективности в исследовании отмечается, что расход материалов на возведение 10 этажей в среднем на 25 % превышает строительство 5 этажей в фундаменте и каркасе (в материалах сталь, бетон) и более 10 % – в остеклении (в материале стекло). С учетом углеродных коэффициентов материалов объем воплощенного углерода 10-этажного здания более чем в 3 раза превышает показатели 5-этажного здания. Даже при допущении, что объем операционного углерода за 50 лет в эксплуатации зданий будет примерно одинаковым, суммарный углеродный след 10-этажного здания на 11,4 % превысит углеродный след малоэтажного объекта (рис. 7). При этом следует учитывать, что принятые в расчетах равные значения операционной энергии и углеродного следа в период эксплуатации зданий – теоретическое нивелирование коэффициентов за невозможностью провести более точный расчет. В действительности более высокие здания требуют больше энергии для работы вентиляционного и лифтового оборудования, приборов освещения и т.д.

Рис. 7. Количественные результаты
 LCA-моделирования в оценке ресуропотребления
 и углеродного следа объектов строительства разной этажности (по открытым данным Международного совета по экологическому строительству, 2020 г.)

Успешное применение LCA-моделирования в экологическом строительстве подтверждается его внедрением в качестве критерия (Mat 01) в рейтинговой системе оценки BREEAM. Проведение оценки жизненного цикла здания проводится с помощью специально разработанного программного обеспечения. После загрузки проектных данных в систему показатель по каждому этапу жизненного цикла здания сопоставляется с соответствующим показателем экологического норматива. При соблюдении экологических нормативов на всех этапах жизненного цикла здания, критерий LCA по оцениваемому объекту рассчитывается пропорционально полученным из системы количественным показателям.

Результаты исследования и их анализ. Современные подходы к экологическому строительству в крупных городах, несмотря на активное использование инженерных инноваций, остаются фрагментарными и имеют ограниченную практическую реализацию, а потому являются недостаточными для системной трансформации городской среды и достижения ее экологической устойчивости. Количественные данные, полученные в результате исследования, свидетельствуют о том, что локальные меры по энергоэффективности, ресурсосбережению и озеленению не компенсируют структурные недостатки урбанистических моделей, основанных на вертикальном уплотнении.

Архитектурная организация городского пространства, как важная часть его экосистемы, требует пересмотра базовых принципов проектирования. Внедрение критерия этажности в структуру экологических сертификатов является одним из регулятивных инструментов контроля за снижением этажности. Учитывая широкую и позитивную репутационную практику оценки объектов строительства по критериям таких сертификатов как BREEAM, LEED и DGNB, а также активное развитие национальных экологических стандартов в России, можно говорить о перспективности развития и модификации структуры стандартов. Текущая методология оценки экологической устойчивости зданий преимущественно фокусируется на технологических характеристиках, таких как энергоэффективность, экономичность, материалы, но игнорирует системное влияние вертикальной организации застройки на экосистему мегаполиса [12–14, 17–21].

Для модернизации общей системы экологической оценки объектов строительства предлагается разработка трехуровневой методологической платформы, интегрирующей параметр этажности в систему критериев стандартов экологической сертификации (рис. 8). В основе модели лежит интегрированная научная система, которая объединяет теорико-методологические и практико-ориентированные аспекты регулирования этажности как ключевого фактора экологической устойчивости урбанизированных территорий. Наукоемкость модели определяется синергией междисциплинарных подходов в ее разработке, а именно градостроительного проектирования, экоинженерии, экономики жизненного цикла, что обеспечивает комплексное взаимодействие количественных параметров и нормативных механизмов в процессе экологической оценки объектов строительства.

Первый уровень модели предполагает разработку количественных метрик, которые отражают корреляцию параметров этажности зданий и воздействия на экологическую обстановку. Предлагается включение в метрику таких коэффициентов как плотность застройки (антропогенная нагрузка), ресурсоемкость жизненного цикла (в расчете индекса) и степень интеграции объекта строительства в окружающую среду (параметр биотической интеграции). Формализация критерия этажности через разработку конкретных индикаторов позволит перевести качественные показатели экологической эффективности здания в плоскость измеримых величин, что соответствует требованиям доказательной науки. Такой подход создает методическую основу для объективного сопоставления альтернативных сценариев застройки урбанизированных территорий, которые будут учитывать как локальные микроклиматические условия, так и глобальные климатические тренды.

Рис. 8. Трехуровневая методологическая платформа интеграции критериев этажности в структуру
экологических нормативов

Задача второго уровня модели – модернизация уже существующих систем экологической сертификации зданий через эволюционный подход к адаптации международного опыта экостроительства к вопросам снижения этажности. Очевидно, что внедрение критерия этажности как самостоятельного элемента структуры экостандарта требует пересмотра системы весовых коэффициентов. Предложенные рекомендации позволят не только повысить точность экологической оценки, но и простимулируют процесс проектирования зданий малых этажей в городах, где высотность застройки достигает критических показателей.

Третий уровень модели ориентирован на создание специализированных стандартов экологической оценки зданий пониженной этажности, которые будут учитывать, наряду с стандартными характеристиками, уникальные преимущества малых этажей. Новый протокол базируется на принципах биоклиматического проектирования, микроклиматической адаптивности и социоэкологической синергии объектов строительства. В действующих эконормативах приведенные критерии учитываются ситуативно, в то время как новый стандарт для зданий малой этажности позволит расширить практику экологического строительства, с учетом конкретных параметров площади застройки, прилегающей территории и инфраструктуры, которые имеют повышенные экологические риски.

Трехуровневая методологическая платформа представляет собой новый инструмент архитектурно-строительного планирования, который позволит трансформировать критерий этажности из параметра маркетинга в один из ключевых факторов достижения экологической устойчивости городской территории. Внедрение в широкую практику предложенной методики будет способствовать созданию оптимальной сбалансированной градостроительной политики в крупных городах, ориентированной на долгосрочное сохранение экосистемных функций городов с высоким уровнем урбанизации.

Мировая практика свидетельствует о том, что подтвержденное сертификатом «зеленое» строительство доказало свою экологическую и экономическую эффективность. Сертифицированные объекты, помимо поддержания экологического баланса в мегаполисе, повышают ликвидность активов (до 17 % надбавки к рыночной стоимости) и формируют повышенный спрос со стороны инвесторов, девелоперов и покупателей [30]. Реализация предложенной трехуровневой методологической платформы и внедрение критерия этажности в нормативные документы позволит трансформировать градостроительную политику, определив вектор ее направленности на долгосрочную стратегию по достижению экологической устойчивости городов.

Несмотря на масштабное строительство новых высотных зданий в крупных городах все же существует малоэтажная застройка, сконцентрированная в исторических районах.  Несмотря на некоторые стереотипы о статичности исторической архитектуры, она обладает значительным потенциалом для интеграции инженерно-технических экологических решений. Исторические здания обладают уникальными архитектурно-планировочными характеристиками, обусловленными эпохой их возведения, функциональными назначениями, региональными архитектурно-строительными традициями. Вопрос сохранения аутентичности таких объектов стоит не менее остро, чем вопрос их технической модернизации. Более того, многие памятники архитектуры требует строго соблюдения охранных норм, что ограничивает спектр применения современных ресурсо- и энергосберегающих решений.

В ходе исследования было определено, что решением заявленной проблемы экологической реконструкции исторической застройки может стать гибкая модель энергоэффективной оптимизации (табл. 6). Предложенная модель представляет собой комплексную методологию снижения энергопотребления исторических архитектурных объектов, а ее реализация направлена на снижение общего углеродного следа и повышение экологической устойчивости объектов, а также повышение инвестиционной привлекательности деятельности по реставрации и реконструкции малоэтажной исторической архитектуры.

Таблица 6