Коммерцбанк (Франкфурт-на-Майне, Германия

Самое высокое здание Европы оборудовано системой контроля зданий фирмы Siemens. Штаб-квартира Коммерцбанка во Франкфурте (высота 300 метров) - признанный шедевр современной архитектуры и высочайшее здание в Европе. Девять висячих садов, двойной фасад с естественной вентиляцией, открывающиеся окна и контроль энергосбережения в здании -все это делает его едва ли не единственным в мире экологически чистым небоскребом. Уровень расхода энергии здесь примерно на 30 процентов ниже, чем в других сопоставимых офисных зданиях. Главный вклад в достижение такого результата был внесен системой автоматизации и контроля в здании SICLIMAT X, разработанной компанией Siemens. Эта система заложила основу эффективного взаимодействия между различными типами оборудования, такими как система отопления, вентиляции, безопасности и коммуникаций. В башне Коммерцбанка система автоматизации связывает воедино более чем 30 000 сенсоров, выключателей, вентилей, увлажнителей, вентиляторов, насосов, жалюзи и групп освещения посредством открытой, взаимодействующей с другими системами шины, сводящей к минимуму необходимость в прокладывании большого числа кабелей. Данная система автоматизации способна осуществлять мониторинг и контроль за всеми системами жизнеобеспечения в здании. Датчики температуры в помещении, сенсоры яркости освещения, детекторы движения, выключатели света и задвижки жалюзи с помощью технологии KNX (Konnex) связаны в единую сеть с компонентами, подлежащими контролю (такими, как силовые приводы окон, маркизы, системы отопления и кондиционирования воздуха). Благодаря возможности управления через Интернет системы BACS (Автоматизация и управление зданием) становятся системами глобального обмена данными, обеспечивая эффективную работу данного мегапроекта. Гибкая концепция автоматизации отдельных комнат была разработана для комплекса зданий банка. Каждая комната имеет обратную связь с единой отопительной системой здания, что позволяет индивидуально регулировать температуру в помещении, а также выбирать оптимальные режимы работы из трех существующих: «экономный», «предкомфортный» и «комфортный». Окна автоматически закрываются при сильном ветре, тогда как во время летних ночей они открыты для проветривания комнат и сбережения энергии, которая перераспределяется для обеспечения работы системы кондиционирования воздуха. Здание Коммерцбанка Коммерцбанк добился гибкости использования систем жизнеобеспечения здания благодаря сочетанию системы автоматизации с открытыми коммуникациями и стандартом KNX/EIB, который можно дополнить прочим оборудованием, работающим на протоколе BACnet. Проведенные ранее работы по перепланировке помещений не предполагают дополнительных усилий по переустановке оборудования. Вместо этого аппаратура просто переименовывается в персональном компьютере без какого-либо шума, пыли, грязи и прочих беспокойств. Безопасность поддерживается более чем тремя тысячами пожарных датчиков и противопожарных систем. Автоматически управляются окна и пожарные выходы, а огнезащитные увлажнители в воздуховодах предотвращают распространение дыма по зданию в случае пожара. Ханц Кранс, руководитель проекта В диспетчерской Механическое оборудование Кабельные каналы

Энергоэффективность

Одним из путей снижения эксплуатационных затрат является строительство энергоэффективных высотных зданий. Энергоэффективными называются такие здания, при проектировании которых был предусмотрен комплекс архитектурных и инженерных мероприятий, обеспечивающих существенное снижение затрат энергии на теплоснабжение этих зданий по сравнению с обычными (типовыми) зданиями при одновременном повышении комфортности микроклимата в помещениях. Методология проектирования энергоэффективного высотного здания должна основываться на системном анализе здания как единой энергетической системы. Представление энергоэффективного высотного здания как суммы независимых инновационных решений нарушает принципы системности и приводит к потере энергетической эффективности проекта.

Каждое высотное здание уникально и не может быть построено обычными темпами. Существующие здания прошли длительный период создания, в их проектировании участвовало большое число высококвалифицированных специалистов разного профиля. Высотные здания тем более требуют тщательной проработки еще на стадии проектирования. Например, проектирование и строительство самого высокого в Европе здания «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне, Германия, продолжалось восемь лет. В создании этого здания участвовали специалисты разных стран: архитектор – англичанин Норман Фостер (Norman Foster); конструкторы – английская фирма «Ove Arup&Partners» и немецкая «Krebs und Kiefer»; наружные ограждающие конструкции разрабатывались немецкими фирмами «Josef Gartner GmbH & Co. KG» и «Ingenieurgesellschaft Dr. Thomas Limmer mbH & Co. KG», а изготавливались итальянской компанией «Permasteelisa S.p.A.».

При строительстве высотных зданий возникает множество специфических проблем, связанных с конструктивными решениями, противопожарной защитой, обеспечением безопасности, психологическим дискомфортом, возникающим у людей, длительное время находящихся на большой высоте.

Рисунок 1.
Треугольный замысел здания заключает в себе центральный атриум, который является частью системы естественной вентиляции

При проектировании высотных зданий также возникает проблема выбора материала конструкций здания. В США в качестве основного конструкционного материала обычно используется сталь, а в Европе – железобетон. По мнению академика В. И. Травуша, заместителя директора ЦНИИЭП им. Мезинцева, железобетонные конструкции по сравнению со стальными обладают тремя важными преимуществами: большей устойчивостью, обусловленной их большим весом; в железобетонных конструкциях быстрее затухают колебания; железобетонные конструкции более огнестойки. Именно высокие требования к огнестойкости ограничивают в Европе строительство высотных зданий с металлическими конструкциями, поскольку в случае их использования необходимо проводить дополнительные противопожарные мероприятия.

После строительства высотных зданий изменяется аэродинамика городской застройки и возникают сильные воздушные вихревые потоки, поэтому при проектировании высотных зданий требуются исследования их аэродинамики с учетом прилегающей городской застройки. Большое значение приобретают требования к сопротивлению воздухопроницанию конструкций, связанные с разностью давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждений, существенно возрастающей с увеличением высоты. Традиционные окна не обеспечивают требуемое сопротивление воздухопроницанию, поэтому для высотных зданий необходимы специальные конструкции световых проемов.

Внутри высотных зданий также могут возникать сильные воздушные потоки (эффект аэродинамической трубы). Для их уменьшения должны применяться специальные решения – шлюзование входов в здание, шлюзование лестничных секций, высокая герметизация межэтажных перекрытий, герметизация мусоропроводов.

Большую проблему представляет обеспечение безопасности, достаточно вспомнить недавние события в Нью-Йорке. Сейчас специалисты говорят об определенных конструктивных недоработках зданий «World Trade Center», в частности, о недостаточной огнестойкости стального каркаса зданий. Однако обеспечение безопасности – это не только защита от воздушных атак. Например, механическую систему вентиляции высотных зданий необходимо оборудовать датчиками вредных веществ, которые можно распылить у воздухозаборных устройств, а также системой, автоматически отключающей в этом случае механическую вентиляцию.

Рисунок 3.
Вход в здание

Уникальным примером решения проблем, возникающих при строительстве высотных зданий, является самое высокое в Европе здание «Commerzbank», построенное в Германии.

* * *

Здание «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне, строительство которого было завершено в мае 1997 года, является самым высоким зданием в Европе. Его высота составляет 259 метров, высота с антенной – 300 метров. Здание «Commerzbank» занимает 24-е место в мире по высоте. Ни одно другое европейское здание не входит в список пятидесяти самых высоких небоскребов мира. Однако сам по себе данный факт вряд ли привлек бы внимание специалистов к этому зданию.

Здание, разработанное британским архитектором сэром Норманом Фостером (Sir Norman Foster) и его студией «Foster and Partners» (Лондон), представляет собой радикальный пересмотр всей концепции строительства высотных зданий.

Рисунок 4.
Зал на первом этаже

Большинство высотных зданий построено по традиционной американской модели: полностью кондиционируемые помещения, практически полное отсутствие естественного освещения, центральная организация построения здания и идентичные этажи. Новое здание «Commerzbank» существенно отличается от этой схемы: в нем используется главным образом естественное освещение и естественная вентиляция, имеется атриум, проходящий от уровня земли до самого верхнего этажа, и из каждого офиса или части здания открывается вид на город. Спирально по всему зданию расположены зимние сады высотой в четыре этажа – они улучшают микроклимат и создают совершенно иную рабочую обстановку.

На разработку концепции здания оказала влияние политическая и социальная атмосфера, сложившаяся после объединения Германии. Гармония с окружающей средой и энергетическая эффективность стали основными факторами при проектировании здания «Commerzbank». Реализация этих концепций позволила Норману Фостеру назвать данное здание «первым в мире экологичным высотным зданием». Как пишет Колин Дейвз (Colin Davies) в предисловии к книге «Commerzbank Frankfurt: Prototype for an Ecological High-Rise», революционный дизайн здания от «Foster and Partners» «…дает начало новой стадии в развитии экологичной, энергосберегающей и снижающей загрязнение архитектуре… Это здание создано как для сотрудников, так и для посетителей. Оно заключает в себе не только экономичную форму и эффективную планировку, но и качество пространства, физический и психологический комфорт, свет, воздух и вид на город, работу и отдых, а также ритм рабочего дня»

Летний период, хорошая погода (окна открыты)	Летний период, плохая погода (окна закрыты)	Зимний период (наружный слой герметизирован)

Рисунок 5.
Схема конструкции наружных светопрозрачных ограждений:
1 – первый слой с щелевыми отверстиями;
2 – второй слой – оконный стеклопакет;
3 – солнцезащитные устройства – регулируемые жалюзи;
4 – отверстия вентилируемой прослойки

Немецкая «Партия зеленых» поддержала экологичность нового здания «Commerzbank». Поскольку «Commerzbank» при строительстве старался сохранить и защитить естественную окружающую среду при помощи инновационных конструктивных решений, городские власти дали разрешение на расширение проектной площади. На дополнительной земельной площади с восточной стороны высотного здания удалось расположить шестиэтажное здание, в котором разместились дополнительные офисные помещения, а также парковку. В результате банку «Commerzbank» удалось сосредоточить большинство своих офисов на данном участке земли и не приобретать дополнительных площадей в дорогом районе Франкфурта-на-Майне.

Архитектурно-планировочная концепция

Горизонтальная проекция башни представляет собой треугольник со скругленными вершинами и немного выпуклыми сторонами. Центральная часть здания, в которой обычно располагаются лифтовые шахты, занята огромным треугольным центральным атриумом, проходящим по всей высоте здания. Атриум является каналом естественной вентиляции для смежных офисных помещений здания (рис. 1). Норман Фостер называет центральный атриум «стеблем», а офисные этажи, расположенные вокруг атриума с трех сторон, – «лепестками».

Каждый этаж имеет три крыла, два из которых выделены под офисные помещения, а третье является частью одного из четырехэтажных зимних садов. Четырехэтажные сады – «зеленые легкие» здания, размещенные по спирали вокруг треугольной формы здания, обеспечивают для каждого яруса вид на растительность и устраняют большие объемы неразделенного офисного пространства.

Рисунок 6. Центральный атриум обеспечивает естественную вентиляцию по всему высотному зданию	Рисунок 7. Исследование аэродинамики здания

Норман Фостер рассматривал растения как нечто большее, чем просто декорацию. Эти великолепные сады являются фундаментальным элементом в его концепции. Девять зимних садов по спирали окаймляют все здание: три расположены с восточной стороны, три – с южной и еще три – с западной стороны. В ботаническом аспекте растения отражают географическую направленность:

- с восточной стороны – азиатская растительность;

- с южной стороны – средиземноморская растительность;

- с западной стороны – североамериканская растительность.

Открытые пространства садов высотой в четыре этажа обеспечивают внутренние офисные помещения достаточным количеством дневного света. Кроме этого, данные сады могут быть использованы сотрудниками для общения и отдыха – они создают ощущение пространства, а также являются частью сложной системы естественной вентиляции (рис. 2).

Лифты, лестничные марши и служебные помещения расположены в трех углах. Такое расположение позволяет сгруппировать офисы и зимние сады. Решетчатые балки, прикрепленные к колоннам, размещенным в трех углах здания, несут на себе каждый этаж и зимний сад. Такое решение позволило отказаться от колонн внутри здания и обеспечило конструкции дополнительную жесткость.

Рисунок 8.
Схема воздушных потоков вокруг здания

53-этажное здание поднимается ввысь вместе с уже существующим зданием «Commerzbank». При этом Норману Фостеру удалось достичь сочетаемости старого и нового зданий посредством перестройки и обновления периметра граничащих зданий.

Главный вход в новое здание расположен с северной стороны, с площади Кайзерплац (Kaizerplatz). Попасть в здание можно по гигантской лестнице, покрытой стеклянной крышей (рис. 3). На первом этаже расположены отделения банков, магазины, рестораны и кафетерии, а также залы для проведения выставок и концертов (рис. 4).

Ступенчатая верхушка здания производит сильное впечатление даже на большом расстоянии. Силуэт здания создает четкий символ современного банковского района Франкфурта-на-Майне.