Строим архивы будущего: заметки по поводу строительства энергоэкономичных архивных зданий
Себастьян Бартеляйт
Краткое содержание:
За прошедшее десятилетие цена барреля нефти марки «брент» увеличилась с приблизительно с 20$ до более чем 100 $ с пиком более 140 $ в 2008 году. Международное энергетическое агентство (МЭА) предсказывает на долгосрочную перспективу цену более чем в 200 $. Это означает, что на каждый архив в будущем ляжет финансовое бремя, которое ограничит другие виды профессиональной деятельности вследствие сокращения бюджета. В комбинации с угрозами ожидаемых последствий ускорения климатических изменений это служит достаточным основанием для размышлений о путях строительства и эксплуатации архивов, потребляющих меньше энергии, нежели сегодня.
В Германии концепция строительства архивохранилищ с естественным управлением климатом развивается, начиная с 1970-х годов. В этом докладе более или менее детально описано несколько таких моделей. Последние разработки – это строительство зданий, которые способны даже производить энергию сами. Так можно достичь большей независимости от повышающихся цен на энергоносители.
Когда в году 2008 цена нефти достигла своего пика в более чем в 140 $ за баррель (брент), газеты провозгласили приход нового нефтяного кризиса, как это было в 1970-х. Хотя цена впоследствии снизилась, она стабилизировалась на очень высоком уровне и даже Международное энергетическое агентство (МЭА) предсказывает на долгосрочную перспективу цену на нефть в более чем 200 $.¹ Одно это является достаточной причиной для архивов, как и всех других учреждений для поиска возможностей сокращения потребления энергии в процессе эксплуатации зданий, технологических процессах и при производстве разных других действий, так как в будущем на эти вещи должна быть выделена значительная часть бюджета архивов. Более того, потребление энергии в настоящее время очень тесно связано с процессом горения ископаемого топлива, что вносит свой негативный вклад в рукотворное изменение климата. Хотя нет никаких исследований по влиянию изменения климата на архивы, мы должны отдавать себе отчет в том, что эти изменения скорее негативные, чем позитивные. Например, эксперты в Германии предсказывают, что в месте, где было построено новое здание Федерального архива, будет больше дождей, и особенно сильные дожди будут зимой. Кроме того, очень высока будет вероятность засухи летом. Но даже если летом пойдет дождь, это скорее всего будет гроза или ураган.² Поэтому существует большой риск зимних (а также летних) наводнений и более высокий риск пожаров, что мы обязаны предусмотреть при проектировании зданий. Есть опасность, что в других регионах мира архивы будут подвергаться еще большей опасности - например, если подумать об архивах, находящихся около моря, и о прогнозируемом повышении уровня моря в течение ближайших десятилетий.
Глядя на недавно построенные в Германии здания архивов³, можно увидеть, что сокращение потребления энергии – одна из важнейших задач применительно к оборудованию помещений для хранения документов. Меньше внимания уделяется общественным и рабочим зонам. Однако, естественно, для того чтобы сократить потребление энергии мы должны уделить внимание всем частям здания архива, даже если в течение какого-то времени на первом плане будут находиться именно хранилища.
Следуя рекомендациям Международной организации по стандартизации (ISO 11799)⁴ касательно температуры и относительной влажности воздуха при хранении различных архивных материалов, зачастую сталкиваешься с потребностью обсудить с техниками и планировщиками необходимые параметры здания архива. Но не только температура и относительная влажность важны здесь, следует также решить, какова должна быть техническая поддержка при эксплуатации хранилищ, так как обычно техники имеют обыкновение предлагать варианты с очень мощной технической поддержкой.
Эта иллюстрация⁵ – попытка упростить решение вопроса относительно показанных четырех стадий, которые должны быть прототипами для различных возможных способов создания подходящего внутреннего климата. Главный вопрос здесь заключается, конечно, в том, сколько техники необходимо для достижения этой цели. Основной тезис - уменьшить такое количество насколько это возможно. Очевидно, такое сокращение количества оборудования для кондиционирования воздуха будет связано с сокращением потребления энергии. Однако, здесь есть только одно преимущество - это также позитив в отношении вопросов безопасности. Если полагаться главным образом на техническую поддержку для создания желаемого внутреннего климата, то этот климат очень быстро изменится, как только кондиционеры прекратят работать. Поэтому, если полагаться на техническую поддержку, то необходимо иметь гарантию, что в случае, если имеющееся оборудование выйдет из строя, должно включиться резервное оборудование. Конечно, это связано с гораздо более высокими затратами на монтаж системы и в долгосрочной перспективе также с более высокими эксплуатационными расходами. И если честно, то я боюсь, что очень немногие архивы будут иметь достаточно средств для установки такого двойного комплекта оборудования

Как можно меньше оборудования для кондиционирования воздуха, ровно столько, сколько необходимо.

Кондиционирование воздуха

техническое пассивное

полное кондиционирование частичное кондиционирование активный естественный пассивный естественный

климат-контроль климат-контроль

циркуляция воздуха, отопление строения с частичной здания со стабильной здания со стабильным

охлаждение, осушение, всасывание технической поддержкой поддержкой климата климатом без техничес-

свежего воздуха и всасыванием свежего кой поддержки (без

воздуха циркуляции воздуха

или всасывания свеже- го воздуха

высокий низкий
контроль и наблюдение

риск поломки и порчи

операционные и эксплуатационные расходы

восстановление и замена оборудования

экспертиза

удобство и гибкость в отношении использования

экологичное потребление ресурсов
Если полагаться только на пассивные средства достижения проектируемого климата, главная проблема может состоять в том, что нет способа активного управления им в случаях, если он, например, слишком жаркий или слишком влажный. Поэтому было бы разумно положиться на некоторую техническую поддержку – Федеральный архив, например, одобряет с одной стороны использование системы вентиляции с возможностью обогрева зимой, а с другой - пробует прожить без искусственного охлаждения или осушения воздуха. Использование технической поддержки могло бы быть значительным, если климат в месте, где располагается ваш архив, экстремально жаркий или холодный, влажный или сухой. И здесь тезис можно изменить на: Как можно меньше технической поддержки, однако, столько, сколько необходимо.

Германский опыт⁶ по достижению оптимальных климатических условий с минимальным использованием систем кондиционирования воздуха восходит к началу 1970-х гг., когда было построено новое здание городского архива Кельна. Это здание быстро стало тем, что называется «кельнская модель» и принадлежит к тому типу, который был обозначен ранее как «естественный активный климат-контроль». К сожалению, как Вы знаете, это здание рухнуло 2009 году, поэтому мы говорим о модели уже без реального существования таковой. В основе этой модели лежит понимание того, что перепады температуры существенно снижаются, если здание имеет высокую тепловую инерцию. Этот эффект был достигнут за счет возведения внешней кирпичной стены архива толщиной 49 см. Чтобы разделить далее внешний и внутренний климат перед кирпичной стеной была сделана двойная наружная обшивка из гранита. Между кирпичной стеной и этой оболочкой был воздушный зазор, в котором циркулировал воздух и это помогало отделить внешний климат от внутреннего. К тому же здание имело маленькие окна так, чтобы свежий воздух мог заходить, когда внешние климатические условия могли помочь создать оптимальный внутренний климат. Довольно немного архивов в Германии, а также и Нидерландах, Швейцарии и Австрии последовали за кельнской моделью. Назовем некоторые:

1978 Зволле, Государственный архив (Нид.)
1980 Гаага, Государственный архив (Нид)
1985 Цюрих, Государственный архив (Шв.)
1986 Кобленц, Федеральный архив (Герм.)
1988 Вена, Австрийский государственный архив⁷
В 1991 г. в северной части Германии, в Шлезвиге было построено новое здание Государственного архива земли Шлезвиг-Гольштейн.⁸ Оно также претендует на следование кельнской модели, но идет даже дальше в деле сокращения активного управления внутренним климатом. Более или менее в «модели Шлезвига» используется то, что было сказано ранее, однако в ней потребление свежего воздуха извне сведено к минимуму. Так здесь вообще не было установлено окон или систем воздухообмена, а установкой воздушных шлюзов между хранилищами и другими частями здания пробовали значительно сократить воздухообмен. В зданиях, в которых используется эта модель, даже более важно продлить период высыхания после завершения строительства, поскольку нет никакой возможности регулировать впоследствии уровень влажности. Естественно, такой период высыхания должен быть предусмотрен для каждого строящегося нового здания архива. Обычно считают, что такое высыхание должно длиться, по крайней мере две или три зимы, если нет возможности воздействовать на уровень влажности.⁹ В последующие годы по модели Шлезвига были построены новые здания государственного архива Нижней Саксонии в Ольденбурге и государственного архива Гамбурга.

Федеральный архив в Берлине: Деталь секции конструкции композитной стены фасада нового хранилища – здесь показаны вентилируемая клинкерная кирпичная стена-оболочка с изоляцией в виде пустот на несущей армированной бетонной стене
Новое здание Федерального архива в Берлине является также примером применения кельнской модели. Вместимость хранилищ - приблизительно 125 000 погонных метров архивных документов и книг - это пять ярусов в высоту без подземных хранилищ. Это конструкция в виде двойной стены, состоящей из бетонной стены толщиной 25 см внутри, 16-ти сантиметровой изоляции, воздушного промежутка в 4 см и 12-ти сантиметровой внешней кирпичной стены как показано на иллюстрации. Здание имеет систему вентиляции воздуха и дополнительную систему кондиционирования воздуха, которая предусмотрена для общественных помещений, но может использоваться также и в хранилищах. Эта система кондиционирования воздуха позволила Федеральному архиву осуществить переезд непосредственно после окончания строительства здания, так что дополнительного времени для высыхания не потребовалось. Планируется прекратить использование систем кондиционирования воздуха через один или два года.
В одном Федеральный архив проигнорировал рекомендации Международной организации по стандартизации DIN ISO 11799 – максимальная температура может подниматься до 21º C. Это было сделано из-за того, что летом температура в читальном зале будет поддерживаться ниже 26º C, и посчитали плохой идеей иметь слишком большую разницу между температурой в хранилищах и в читальном зале.¹⁰ В настоящее время ежегодное потребление энергии для обогрева и охлаждения здания составляет приблизительно 22 kWh/m².. Но оно должно быть сокращено приблизительно до 11 kWh/m², когда здание будет полностью высушено и система кондиционирования воздуха больше никогда не будет использоваться. ¹¹
Другая разработка в течение долгого времени не была связана со зданиями архивов. Это проектирование так называемых пассивных зданий. Эта история началась в 1988 г., когда Бо Адамсон из Университета в Лунде и Вольфганг Файст из института жилья и окружающей среды в Дармштадте разработали первые принципы. Восемь лет спустя в 1996 г. в Дармштадте был основан Институт пассивного дома (Passivhaus-Institut) c целью продвижения соответствующих стандартов и контроля над ними. Конечно, есть и другие подобные национальные или региональные стандарты, но здесь в центре внимания находится именно пассивный дом.¹²

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bd/Passivhaus_section_en.jpg By Passivhaus Institut [GFDL (https://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Solar thermal coll – солнечная батарея

Superinsulation – суперизоляция

Triple pane – тройной стеклопакет

Double low-e glazing – двойное энергосберегающее остекление

Supply air – входящий воздух

Extract air – исходящий воздух

Ventilation system with heat recovery система вентиляции с регенерацией тепла

Ground heat exchanger грунтовой теплообменник

Основной принцип этого стандарта заключается в покрытии здания суперизоляцией и использовании теплообменника для доставки свежего воздуха. Конечно это может сочетаться с использованием солнечными батареями. Стандарт пассивного дома для Центральной Европы требует, чтобы здание выполняло следующие требования:
- Здание должно быть сконструировано так, чтобы расходовать энергии ежегодно не более 15 kWh/m² в год на обогрев и 15 kWh/m² в год на охлаждение или нести пиковую нагрузку по нагреву в 10W/m².

- Потребление полной первичной энергии (электричество, обогрев, горячая вода и пр.) не должно превышать 120 kWh/m² в год.

- Здание не должно пропускать воздуха больше чем 0.6 объема дома в час (n50 ≤ 0.6/час) в 50 Ра (N/m²) как в тесте аэродвери. ¹³
Хотя этот стандарт был разработан главным образом для жилых домов, он был также реализован при строительстве офисных зданий. В 2008 г. Государственный архив Саксонии в Дрездене построил хранилище, которое также было сертифицировано как пассивный дом. Это хранилище имеет 9 ярусов (три из них подземные), его вместимость 32 000 погонных метра архивных документов. Архив построен по тем же принципам, что и в здание в Кельне, т.е. 18-ти сантиметровая бетонная стена, изоляция толщиной 24 см, зазор для циркуляции воздуха и внешняя кирпичная стена. За пределами модели находятся воздухонепроницаемость и система охлаждения, использующая грунтовые воды. Согласно стандарту пассивного дома ежегодное потребление энергии для обогрева - приблизительно 13 kWh/m², а полная первичная потребность в энергии для здания, включая освещение и другие электрические приборы - 26 kWh/m² в год.¹⁴
На один шаг дальше с точки зрения потребления энергии идет концепция дома «энергия ноль» или дома «энергия плюс». Она заключается в абсолютно изолированных зданиях в комбинации с источником энергии – обычно это фотогальваническая система или нагревательный блок и электростанция для производства электричества, или же солнечная тепловая система для выработки тепла. Новое здание Государственного архива Саксонии в Дрездене, например, имеет на крыше также фотогальваническую систему мощностью 29 kWp, которая произвела в первый год 27.500 kWh.¹⁵ На одном из зданий Федерального архива в Берлине также будет такая система с запланированной мощностью 73 kWp и ожидаемым производством электроэнергии в размере 60.000 kWh/a.¹⁶ Оба архива, однако, не принадлежат к категории «энергия плюс».
Но даже эти здания типа «энергия плюс» вероятно будут нуждаться в некотором внешнем источнике энергии, поскольку они не собираются использовать всю произведенную энергию в собственных целях. Когда не будет потребности в энергии, электричество пойдет в общественную электросеть и в другие дни некоторая дополнительная потребность в электричестве будет покрываться за счет той же самой сети. Но, судя по всему, производство энергии будет превышать ее потребление.
Так, в этом отношении будущее, по крайней мере, в области потребления и производства энергии представляется прекрасным для двух архивов, но при этом рассматривались только хранилища. К сожалению, в соответствии со стандартом пассивного дома пока не было построено ни одного здания архива как целого и боюсь, что в настоящий момент не существует ни одного архива типа «энергия ноль» или «энергия плюс». Дискуссия в Германии и Европе сосредоточена слишком узко на хранилищах и поэтому экономия энергии в офисах и читальных залах это все еще вещь, которой нужно заниматься. Но тогда архивисты могут взглянуть на другие офисные здания, поскольку принципы пассивного дома действительны также для офисов и читальных залов: изоляция, теплообменник для снабжения свежим воздухом, солнечные батареи, все это может использоваться также в аналогичных помещениях архивов. Но архивы могут пойти на шаг дальше – в этих частях архивного здания требуется хорошее освещение, здесь требуются энергосберегающие лампочки, то же касается компьютеров и других электроприборов, использующихся в работе.
Так, где мы находимся в настоящее время и что могло бы быть нашей стратегией на

будущее?
Позвольте начать с предостережения - пока все представленные примеры были взяты из зоны умеренного климата. То, что было представлено, кажется, будет неплохо работать в центральной Европе. Но даже при рассмотрении кельнской модели можно отметить, что манеры интерпретации этой модели различались на каждом участке. Следует учитывать также региональные или местные климатические особенности. Взяв только лишь два самых больших участка Федерального архива в Кобленце и в Берлине, можно увидеть, как огромны различия: в Кобленце более высокая влажность, чем в Берлине, а Берлин отличается холодной зимой и жарким летом. Так для каждого здания архитекторы делали моделирование изменения внутреннего климата в зависимости от местного наружного климата. Это конечно повлияло на технологии строительства зданий. И что важно для двух городов в Германии, которые расположены только в 500 километрах друг от друга, еще более важно для других климатических зон. Поэтому нужно брать эти примеры только в качестве директив, но никак не в качестве модели или стандарта. В каждом строительном проекте нужно просить экспертов попробовать адекватно адаптировать один или более из представленных здесь принципов к потребностям архива и особенностям местного климата.
Заключение
1. Здания архивов в Германии и других частях Европы часто строились в манере, способствующей сокращению потребления энергии. В первую очередь это касается хранилищ, но в тех же случаях и других функциональных частей архивов. Часто это достигалось за счет увеличения тепловой инерции здания с сооружением довольно толстых стен в комбинации с суперизоляцией и вентилируемой оболочкой.

2. Выбирая эти или подобные системы кондиционирования воздуха, архивы уменьшают зависимость от технических устройств, получая таким образом во-первых более высокую безопасность в эксплуатации здания и во-вторых сокращение затрат энергии.

3. Комбинируя это с применением оборудования для производства энергии (напр. фотогальванические системы или температурные блоки и электростанции), архив может уменьшить зависимость от цен на энергию или даже больше. Это будет еще более интересным в будущем, когда цены за эти устройства очень вероятно быстро снизятся, в то время как энергия будет стоить дороже.

4. И последнее по очереди, но не по значению. Всегда следует помнить, что архив это больше чем просто хранилища. Потребление энергии в читальных залах и офисных помещениях составляет серьезную часть затрат на энергию. Частично здесь могут применяться те же самые средства, что и для хранилищ, но следует также следить за достижениями в области строительства современных офисных зданий и разработки энергосберегающего оборудования.