ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ МЕТОДОВ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ

ENERGY EFFICIENCY AND SUSTAINABILITY OF BUILDING CONSTRUCTION METHODS

Bakirova Arina Andreevna

Research assistant at the Scientific Center for Engineering and Technology in RUDN University, student,

Russia, Moscow

Logvinov Vitaly Aleksandrovich

Student in the Construction program at the Engineering academy of the RUDN University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты сравнительного анализа инновационных и традиционных строительных технологий с применением методологии оценки жизненного цикла (LCA) и системного анализа. Результаты демонстрируют значительное преимущество модульных и аддитивных методов, выражающееся в снижении энергопотребления на 40,5%, сокращении отходов на 90% и уменьшении выбросов CO₂ на 20–30%.

ABSTRACT

This article presents the results of a comparative analysis of innovative and traditional construction technologies using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology and system analysis. The results demonstrate a significant advantage of modular and additive methods, evidenced by a 40.5% reduction in energy consumption, a 90% decrease in waste, and a 20–30% reduction in CO₂ emissions.

Ключевые слова: строительные технологии, экологическая устойчивость, снижение выбросов, ресурсосбережение.

Keywords: construction technologies, environmental sustainability, emissions reduction, resource conservation.

Строительная отрасль – значительный потребитель ресурсов и источник выбросов [1, 6]. В связи с этим целью настоящего исследования выступает сравнительный анализ инновационных технологий (модульное строительство, 3D-печать) с традиционными методами по показателям энергоэффективности и устойчивости [4, 8].

Современное состояние характеризуется активным внедрением индустриальных методов. Объемное модульное строительство обеспечивает высокое качество контроля, минимальное количество отходов и сокращение сроков [5, 9]. Сборное строительство, включающее широкий спектр технологических решений, активно применяется в возведении бюджетного жилья. [3]. Аддитивные технологии позволяют создавать сложные геометрии с минимальными отходами [1, 2].

В исследовании Al Masri и соавторов представлена интегративная модель, которая объединяет инструменты BIM, методы вычислительного анализа и MCDM-подхода для оценки различных строительных методов по трём критериям: энергоемкость, годовое энергопотребление и затраты на энергию. Предложенная схема иллюстрирует современный уровень развития комплексного анализа технологий [1].

Результаты применения таких подходов демонстрируют конкретные количественные преимущества. Например, анализ показывает, что максимальное энергопотребление 3D-печати составляет 836,0 кВт·ч/м², что на 24% ниже показателей традиционного метода (1103,3 кВт·ч/м²). По годовым затратам разрыв еще значительнее: пиковое потребление 3D-печати (7,748 кВт·ч) на 33% меньше, чем у традиционных технологий (11,728 кВт·ч). Экономический эффект подтверждается снижением максимальных затрат за жизненный цикл до 99,123 $ против 134,125 $ у традиционного метода, что обеспечивает экономию в 26%. Эти цифры наглядно иллюстрируют потенциал технологий.

Количественный анализ наглядно демонстрирует преимущества инновационных методов над традиционным подходом. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительный анализ энергоэффективности строительных технологий

Данные, представленные в таблице 1, позволяют сделать вывод о системном превосходстве инновационных методов, особенно 3D-печати, которая демонстрирует наилучшие результаты по всем ключевым параметрам.

Важно подчеркнуть, что полученные выводы не являются изолированными. Они находят весомое практическое подтверждение в широком круге независимых исследований. Так, применение сборных панелей, что характерно для модульных методов, позволяет снизить пиковую нагрузку на системы охлаждения здания в 6 раз [4]. Улучшение тепловых характеристик ограждающих конструкций (например, достижение коэффициента теплопередачи U-value ниже 0,34 Вт/м²·K [2]) напрямую ведет к повышению общей энергоэффективности объекта на 25–40% [1, 7].

Значительный экономический эффект, отраженный в снижении затрат по LCA, напрямую коррелирует с данными о сокращении сроков строительства на 40% [6] и снижении образования отходов на 80–90% [3, 5]. Вклад в устойчивое развитие подтверждается снижением углеродного следа на 20–30% за счет замены цемента отходами [5], а заводское изготовление позволяет сократить отходы на площадке до 90% [5]. Применение вторичных материалов способствует циркулярной экономике, а модульное строительство демонстрирует снижение стоимости на 27% [5], в то время как 3D-печать обеспечивает значительную экономию и высокую скорость возведения [1].

Таким образом, проведенный анализ подтверждает, что технологический прогресс на основе модульных и аддитивных методов является не просто технологической модернизацией, а ключевым драйвером для достижения целей устойчивого развития и необходимым условием перехода к циркулярной экономике. Преимущества таких решений очевидны: экономия энергии на 40,5%, сокращение отходов до 90%, снижение сроков и стоимости строительства.

Широкое распространение данных технологий зависит от формирования комплексной государственной политики, стимулирующих мер для бизнеса и развития прикладных научных разработок. Ключевой задачей на ближайшую перспективу становится создание интегрированных цифровых инструментов (BIM-LCA), обеспечивающих объективную оценку жизненного цикла здания на стадии принятия первоначальных решений.

Список литературы:

1. Al Masri, A. Comparative Analysis of Energy Efficiency in Conventional, Modular, and 3D-Printing Construction Using Building Information Modeling and Multi-Criteria Decision-Making / A. Al Masri, A. N. Haddad, M. K. Najjar // Computation. – 2024. – Vol. 12, № 12. – P. 247. – DOI: 10.3390/computation12120247.
2. Ayegba, B. O. Resource Efficiency and Thermal Comfort of 3D Printable Concrete Building Envelopes Optimized by Performance Enhancing Insulation: A Numerical Study / B. O. Ayegba, K.-J. I. Egbe, A. Matin Nazar [et al.] // Energies. — 2022. — Vol. 15, № 3. — P. 1069. — DOI: 10.3390/en15031069.
3. Chippagiri, R. Application of Sustainable Prefabricated Wall Technology for Energy Efficient Social Housing / R. Chippagiri, H. R. Gavali, R. V. Ralegaonkar [et al.] // Sustainability. — 2021. — Vol. 13, № 3. — P. 1195. — DOI: 10.3390/su13031195.
4. Chippagiri, R. Technological and Sustainable Perception on the Advancements of Prefabrication in Construction Industry / R. Chippagiri, A. Bras, D. Sharma, R. V. Ralegaonkar // Energies. — 2022. — Vol. 15, № 20. — P. 7548. — DOI: 10.3390/en15207548.
5. da Silva, T. R. Application of Plastic Wastes in Construction Materials: A Review Using the Concept of Life-Cycle Assessment in the Context of Recent Research for Future Perspectives / T. R. da Silva, A. R. G. de Azevedo, D. Cecchin [et al.] // Materials. — 2021. — Vol. 14, № 13. — P. 3549. — DOI: 10.3390/ma14133549.
6. Maffei, L. Innovative Energy-Efficient Prefabricated Movable Buildings for Smart/Co-Working: Performance Assessment upon Varying Building Configurations / L. Maffei, A. Ciervo, A. Perrotta [et al.] // Sustainability. — 2023. — Vol. 15, № 12. — P. 9581. — DOI: 10.3390/su15129581.
7. Pennacchia, E. Towards High-Efficiency Buildings for Sustainable Energy Transition: Standardized Prefabricated Solutions for Roof Retrofitting / E. Pennacchia, C. Romeo, C. Zylka // Sustainability. — 2024. — Vol. 16, № 9. — P. 3850. — DOI: 10.3390/su16093850.
8. Samudrala, M. 3D-Printable Concrete for Energy-Efficient Buildings / M. Samudrala, S. Mujeeb, B. A. Lanjewar [et al.] // Energies. — 2023. — Vol. 16, № 10. — P. 4234. — DOI: 10.3390/en16104234.
9. Suntharalingam, T. Energy Performance of 3D-Printed Concrete Walls: A Numerical Study / T. Suntharalingam, I. Upasiri, P. Gatheeshgar [et al.] // Buildings. — 2021. — Vol. 11, № 10. — P. 432. — DOI: 10.3390/buildings11100432.
10. Zimmermann, R. K. BIM-Based Life Cycle Assessment of Buildings—An Investigation of Industry Practice and Needs / R. K. Zimmermann, S. Bruhn, H. Birgisdóttir // Sustainability. — 2021. — Vol. 13, № 10. — P. 5455. — DOI: 10.3390/su13105455.