Экологичные варианты стальных конструкций для «зелёного» строительства

Почему стальные конструкции — устойчивый выбор для «зелёного» строительства

Бесконечная перерабатываемость и снижение углеродного следа на протяжении всего жизненного цикла

Сталь особенно выделяется с точки зрения циркулярности при строительных работах. Этот материал сохраняет все свои исходные свойства даже после многократной переработки. Согласно данным Всемирной ассоциации производителей стали за 2023 год, около 90 % конструкционной стали повторно используется непосредственно с площадок сноса зданий. Такая замкнутая система значительно снижает потребность в совершенно новых сырьевых материалах и практически полностью исключает попадание отходов строительных конструкций на полигоны твёрдых бытовых отходов. Здания, построенные с использованием вторичной стали вместо первичной, демонстрируют сокращение совокупного углеродного следа за весь срок службы на 35–50 %. Основная часть этого сокращения достигается благодаря тому, что производство стали в электродуговых печах требует примерно на 75 % меньше энергии по сравнению с традиционными методами. Многие строительные компании начинают обращать внимание на эти преимущества как с экологической, так и с экономической точек зрения.

Сравнение удельного углеродного следа: сталь против бетона и древесины в малоэтажных коммерческих проектах

Достижения в области производства стали на основе электродуговых печей сократили — а во многих случаях и полностью устранили — историческое углеродное преимущество стали. Для малоэтажных коммерческих зданий конструкционная сталь обеспечивает конкурентоспособные показатели удельного углеродного следа при одновременном значительном потенциале сокращения отходов:

Источник: МЭА, «Эффективность использования материалов в переходе к чистой энергетике» (2019 г.)

Инженерная древесина действительно имеет несколько лучшие показатели по углеродному следу в отношении самих материалов, однако сталь обладает иными важными преимуществами. Благодаря высокой точности сохранения геометрических размеров сталь позволяет значительно улучшить планирование материалов на этапе производства. Это приводит к сокращению объёмов отходов на строительных площадках и может снизить примерно на 30 % те нежелательные выбросы, которые возникают на стадии строительства, благодаря широкому применению предварительно изготовленных элементов. Кроме того, сталь обладает выдающимся соотношением прочности к массе, что фактически снижает требования к несущей способности фундаментов. Для зданий средней этажности это зачастую означает сокращение общего объёма используемого бетона примерно на 25 %. А поскольку производство бетона является одним из основных источников углеродного следа, такие экономии в совокупности дают значительный эффект для всего здания.

Как производство стали с низким уровнем выбросов углерода способствует созданию более экологичных стальных конструкций

Электродуговые печи стали ключевым элементом производства стали с более низким углеродным следом. Эти системы работают в основном со вторичным металлоломом и всё чаще питаются от источников чистой энергии. Переход на этот метод снижает выбросы диоксида углерода примерно на 60 % по сравнению с устаревшими доменными процессами. В отрасли сейчас наблюдается значительная активность: такие организации, как Всемирная ассоциация производителей стали, продвигают свои планы действий в области климата, а крупные сталелитейные компании заявляют о намерении достичь нулевого баланса выбросов к середине века. Это свидетельствует о том, что производство стали меняет свой имидж — от «проблемного» с точки зрения устойчивого развития до активного вкладчика в создание экологически чистых зданий и инфраструктуры в наших городах и сообществах.

Вклад стальных конструкций в получение сертификата «зелёного здания»

Кредиты LEED v4.1, обеспечиваемые несущими стальными конструкциями (MRc2, MRc3, EA Prerequisite 1)

При сертификации по стандарту LEED v4.1 конструкционная сталь играет ключевую роль в получении ряда важных баллов. Большинство конструкционной стали содержит около 93 % вторичного сырья, что делает её отличным кандидатом для получения балла MRc2, связанного с источниками сырья. Кроме того, сталелитейная отрасль подготовила исчерпывающие декларации экологических показателей продукции (EPD), соответствующие требованиям по пункту MRc3, касающемуся раскрытия информации о составе материалов. Ещё одно преимущество использования стали — её размерная стабильность и готовность к применению в процессах предварительной сборки. Эти характеристики способствуют более эффективному соблюдению базового требования EA Prerequisite 1 по фундаментальному вводу зданий в эксплуатацию. Исследования показывают, что это позволяет сократить количество ошибок при вводе в эксплуатацию на 15–30 % по сравнению с традиционными методами каркасного строительства. Единообразная форма стальных элементов также упрощает монтаж непрерывного теплоизоляционного слоя и воздушных барьеров — что абсолютно необходимо для предотвращения тепловых мостиков и выполнения строгих требований к ограждающим конструкциям здания. А с учётом также меньших требований к несущей способности фундамента сталь, как правило, обеспечивает получение от 5 до 7 баллов по системе LEED для коммерческих строительных проектов, согласно данным Американского института конструкционной стали (American Institute of Steel Construction).

Стратегии проектирования, максимизирующие устойчивость стальных конструкций

Преимущества предварительной сборки: сокращение отходов и выбросов на строительной площадке на 30–50 % (данные NIST, 2022 г.)

Стальные компоненты, изготавливаемые на заводах при строгом контроле качества, значительно точнее соответствуют заданным техническим характеристикам по сравнению с традиционными методами. Это означает меньший расход материалов в ходе строительства, снижение необходимости резки элементов непосредственно на площадке и, безусловно, сокращение объёмов доработки на последующих этапах. Согласно исследованию Национального института стандартов и технологий (NIST) 2022 года, здания, построенные с использованием таких предварительно собранных элементов, генерируют на строительных площадках на 30–50 % меньше отходов. Кроме того, стоит отметить ещё одно преимущество: при более рациональном планировании транспортировки этих компонентов производителями сокращаются выбросы углерода, поскольку грузовики совершают меньше рейсов с меньшими грузами. Весь процесс также ускоряется, что сокращает продолжительность пребывания бригад на стройплощадке и, как следствие, снижает общее энергопотребление на этапах строительства.

Оптимизация тепловой эффективности: совместимость стального каркаса с непрерывной теплоизоляцией и стратегиями герметизации воздушных потоков

Постоянная форма стального профиля делает его отличным базовым материалом для зданий, которым требуется высокая тепловая эффективность. Обычные материалы с неправильной формой или переменным сечением просто не обеспечивают такой же эффективности при монтаже сплошных теплоизоляционных слоёв и предотвращении утечек воздуха. Холодногнутые стальные стойки позволяют строителям размещать эти важные компоненты точно там, где это необходимо, что фактически устраняет нежелательные теплопотери непосредственно в местах каркаса. В сочетании с правильными методами герметизации воздушных потоков это даёт ощутимую экономию. Некоторые исследования показывают, что здания могут сократить расходы на отопление и кондиционирование примерно на 40 % в течение года. Плюс есть ещё одно большое преимущество, о котором недостаточно говорят: сталь не горит. Это означает, что архитекторы могут создавать чрезвычайно плотные и хорошо изолированные конструкции, одновременно полностью соответствуя всем требованиям пожарной безопасности. Таким образом, мы получаем как повышение энергоэффективности, так и повышение уровня безопасности зданий.

Часто задаваемые вопросы

Почему сталь является устойчивым выбором для строительства?

Сталь является устойчивым материалом благодаря своей бесконечной перерабатываемости, способности снижать углеродное воздействие на протяжении всего жизненного цикла, а также потенциалу сокращения потребности в первичном сырье и объёмов отходов, направляемых на свалки. Использование вторичной стали значительно снижает углеродный след и энергопотребление.

Как сталь соотносится с другими материалами по показателю встроенного углерода?

Сталь демонстрирует конкурентоспособные показатели встроенного углерода, особенно при производстве в электродуговых печах. Она зачастую превосходит традиционные материалы, такие как бетон, особенно в части сокращения отходов материалов и потребности в фундаментных конструкциях.

Какую роль играет сталь в сертификации зданий по «зелёным» стандартам?

Сталь вносит значительный вклад в получение баллов по стандарту LEED v4.1 благодаря своей перерабатываемости, потенциалу для предварительной сборки и низкой изменчивости геометрических размеров, что способствует созданию эффективных ограждающих конструкций и снижению тепловых мостиков.

Как влияет предварительная сборка с использованием стали на строительство?

Сборка на заводе-изготовителе снижает объём отходов и выбросов на строительной площадке, повышает точность конструкций и сокращает общие сроки строительства за счёт оптимизации логистики и снижения транспортных выбросов.