Уже больше десяти лет мы живем на новой планете. 2008 год стал последним годом в истории, когда большинство населения Земли жило в сельской местности, и с 2009 года мы живем на Планете Горожан. К 2050 году 68% из почти 10 миллиардов людей будут жить в городах. А это значит, что окружающая среда для многих из нас будет сформирована городской инфраструктурой — зданиями и сооружениями. Ожидается, что к 2060 году площадь зданий возрастет вдвое, а значит, возрастут и объемы строительства. Большая часть строительного бума придется на города Индии, Китая, стран Африки и Латинской Америки, однако новое строительство и реконструкция существующих зданий затронет все страны.
Стандарты строительства для каждой местности основываются на климатических показателях. Так, высокий фундамент и скаты на крышах помогают пережить снежные зимы, а тенистые дворики и узкие улицы южных городов — защититься от солнца. С изменением климата эти показатели будут неизбежно меняться. А это значит, что построенные сегодня здания будут эксплуатироваться уже в других условиях.
Масштабное строительство — одна из основных причин изменения климата. По последним оценкам, углеродный след этой отрасли составляет около 40% глобальной эмиссии СО2, из которых 28% приходится на эксплуатацию зданий, а 11% — на их возведение и строительные материалы.
Для достижения целей Парижского соглашения нам необходимо уже к 2030 году сократить выбросы парниковых газов на 45% по сравнению с 2010 годом, а к 2050 году выйти на уровень безуглеродного развития. Ясно, что без значительного сокращения выбросов в строительной отрасли не обойтись. Но как это сделать с одновременным увеличением объема производства? Нужны структурные перестройки и инновации.
Воздействия и проблемы
Первая проблема, с которой мы сталкиваемся, когда говорим о влиянии строительной отрасли на климат — это воздействие сложно оценить. Строительство — долгий комплексный процесс, включающий в себя множество производств — от добычи полезных ископаемых до утилизации отходов. Как правило, углеродный след строительства «упаковывается» в показатели отдельных отраслей — энергетики, производства цемента, стали и др.
Однако даже при таком подходе ясно, что общий углеродный след отрасли огромен, ведь он включает множество ресурсо- и энергоемких процессов. Только на производство цемента приходится 7% глобальных выбросов парниковых газов. Цемент, сталь, алюминий и стекло требуют высоких температур, а значит — большого количества энергии. На выработку энергии для производства стали приходится более 7-9% выбросов энергетики, при том что около половины стали используется в строительстве. 35% всей вырабатываемой энергии и 38% выбросов энергетики связано со строительством и эксплуатацией зданий. К тому же многие энергоемкие производства пока могут работать только на углеводородных источниках.
Здания, как правило, эксплуатируются десятилетиями, и продукт каждого этапа так или иначе определяет углеродный след следующих. Например, качественные строительные материалы позволяют повысить энергоэффективность и сократить выбросы при эксплуатации.
Решение проблемы учета выбросов — оценка и снижение углеродного следа на протяжении всего жизненного цикла. Международный Совет по зеленому строительству (World Green Building Council) определяет типы выбросов парниковых газов в строительстве:
- Встроенные выбросы на этапе добычи, производства и транспортировки материалов и ресурсов составляют около 11% глобальных выбросов и обычно не учитываются как выбросы строительства.
- Первичные выбросы связаны с этапом строительства. Эти выбросы сложнее всего сократить. Они будут составлять около 50% углеродного следа отрасли в ближайшие десятилетия.
- Прямые выбросы эксплуатации — самая очевидная часть углеродного следа с самыми большими перспективами сокращения. Включает выбросы от производства энергии для эксплуатации зданий. Могут составлять до 40% углеродного следа города.
- Встроенные выбросы эксплуатации от материалов и процессов необходимых для поддержания здания на протяжении всего жизненного цикла.
- Выбросы завершающего цикла от транспортировки, утилизации и переработки строительных отходов.
Главная задача строительной отрасли на сегодня — учет и сокращение встроенных и первичных выбросов. Цель организаций-участников Совета по зеленому строительству — к 2050 году достичь нулевых встроенных и первичных выбросов и нулевых выбросов эксплуатации для всех зданий, включая новые и существующие.
Углеродный след жизненного цикла здания
Помимо климатических изменений, здания и сооружения подвергаются воздействиям внешней среды, и эти воздействия будут увеличиваться. Особенно это касается районов с особыми условиями — зон вечной мерзлоты, прибрежных зон, участков с высоким риском наводнений. С изменением условий, меняются подходы к комфортности зданий и структура энергопотребления. Если традиционно в странах средней полосы и севера большая часть энергии тратится на отопление, то в будущем в тех же зданиях может понадобится дополнительное охлаждение в периоды жары. Как этого достичь, одновременно снижая энергопотребление?
Мы должны строить гораздо эффективнее, чем сейчас: с меньшими затратами ресурсов и энергии, но в то же время более устойчиво к внешним воздействиям, более комфортно и удобно. Возможно ли это?
Решения и инновации
Опыт разработки климатических мер показывает, что наиболее эффективных результатов можно достичь, сочетая меры по сокращению выбросов и адаптации к новым условиям.
Повышение энергоэффективности на сегодня наиболее важный и реальный путь быстрого сокращения выбросов. Развитие энергоэффективного строительства началось в Европе в 70-х годах прошлого века и привело к разработке соответствующих технологий и стандартов. На сегодня существует ряд классификаций зданий по энергоэффективности, одна из самых распространенных — BER (Building Energy Rating) — применяется в странах ЕС. Ее характеристики учитывают потребление и потери энергии и факторы их определяющие — утепление, использование естественной энергии и др.
Дома с низким потреблением энергии принято называть пассивными (passive house), дома, которые не только потребляют, но и производят энергию (например, за счет установок ВИЭ), называют активными (active house). Начиная с 2021 года, все новые здания в ЕС должны соответствовать стандарту пассивного дома, а для общественных зданий такие стандарты введены еще раньше — с 2019 года.
Энергетическая реновация существующих зданий может быть сложным и дорогостоящим процессом, но результаты окупаются. Так, проект энергетической реновации начальной школы Oak Meadow Primary School (Великобритания) стоимостью около 5 миллионов фунтов должен окупиться за несколько лет. Школа, сертифицированная как пассивный дом, снизила потребление энергии на 90% и значительно сократила коммунальные расходы. А использование естественных строительных материалов (дерева) позволило сократить общий углеродный след здания.
Энергоэффективность как возможность для инноваций в городском дизайне становится новым архитектурным трендом. При реконструкции здания Рейхстага в Берлине архитектурное бюро Нормана Фостера совместило дизайнерские решения с энергоэффективными. Знаменитый стеклянный купол служит для естественного освещения основного зала заседаний. Свет распределяется благодаря системе зеркал, а потоки воздуха между куполом и открытым потолком обеспечивают вентиляцию и утилизацию тепла.
Большие возможности открывает использование новых материалов — более долговечных, с более низким или отрицательным углеродным следом, с меньшими затратами на добычу и транспортировку (местные материалы, повторное использование и др.)
Один из самых традиционных материалов — дерево — возвращается в строительство в новом качестве. Дерево не просто сокращает выбросы, а имеет отрицательный углеродный след, консервируя углерод. «Инженерное дерево», благодаря специальной обработке и технологиям, становится пригодным для строительства многоэтажных конструкций. Высотные деревянные здания активно строятся в странах Скандинавии.
Дерево не единственный материал с отрицательным углеродным следом. Использование 3D-печати дает возможность ускорить и упростить строительство. Более того, Минерализованные углеродосодержащие соединения, полученные из отходов энергетики, промышленности и прямой консервации углерода из воздуха, могут использоваться как компоненты для «печатного» бетона, а материалы на растительной основе — как замена полимерам. Но масштабное использование этих технологий — пока вопрос будущего.
Чем качественнее будет постройка, тем больше она послужит, тем меньше будет необходимости в новом строительстве, а значит — затратах ресурсов и энергии. Строить «на века» — одно из самых эффективных климатических решений. Но как быть с ускоряющимися изменениями городской среды, запросов жителей и, наконец, архитектурных тенденций и моды? Один из ответов — разборные модульные конструкции из долговечных материалов. Возможность повторно использовать строительные блоки, перепланировать и переносить элементы позволяет создать несколько разных зданий в рамках одного жизненного цикла.
Использование отходов строительства — еще одно направление климатической оптимизации. Так, в Ирландии недавно начали использовать строительный мусор, как материал для укладки дорог. А в Словении асфальтовой крошкой укрепили набережные.
Остается вопрос, как адаптировать здания к климатическому кризису? Для этого нужно и учитывать вероятные изменения климатических условий на протяжении всего жизненного цикла здания. Перспективное направление, сочетающее сокращение выбросов и адаптацию — использование возможностей экосистем или биофильный дизайн города. Зеленые крыши, естественное затенение, зеленые зоны как резервуары для воды могут предупредить последствия волн тепла, наводнений и других климатических бедствий.
Инженерные и планировочные решения позволят реагировать на более масштабные изменения — например, поднятие уровня моря, таяние вечной мерзлоты. Один из самых экзотических примеров такой адаптации — плавающие дома в районе Steigereiland, Амстердам. Дома построены на платформах и поднимаются в зависимости от колебания уровня воды.
Технологии климатически-позитивного строительства быстро развиваются и становятся все более доступными. Но их внедрение невозможно без соответствующих знаний, финансовой и административной поддержки. Сокращение углеродного следа и повышение комфортности сейчас позволит избежать многих проблем завтра. В строительстве даже больше чем в других областях расходы на климатическую устойчивость — это инвестиции в будущее.
