новости
анонс текущий номер архив
форум
о журнале
главный редактор представители авторы
распространение
ревю превью вью интервью
2-2011
журналы
форум издания акции
партнёры



Солнечный дизайн в архитектуре города
А.Г. Новиков

Солнечный дизайн в архитектуре города

Риc. 1. Концентрационная солнечная электростанция (CSP). Андалуссия, Испания

На примере известных объектов рассматривается проблема использования солнечной энергии в архитектурных проектах, выявляется перспективность развития гелиоэнергетики в архитектуре.

Ключевые слова: зеленая архитектура, солнечные батареи, солнечная архитектура, энергосберегающие технологии, экологически чистое производство, гелиоэнергетика, экодом

У человека всегда есть желание заглянуть в будущее. Отчасти оно реализуется, благодаря книгам писателей-фантастов или снятым фантастическим фильмам. Но они дают лишь приближенное представления о том, как будет жить человек в будущем. XXI век — век большого количества научных открытий, изобретений инновационных технологий в различных сферах деятельности человека. В производственных и строительных отраслях используются новые композитные материалы, альтернативные источники получения энергии, в том числе энергию Солнца.

В большинстве стран мира солнечная энергия, которая попадает на поверхность зданий, во много раз превышает количество потребляемой энергии за год в этих же зданиях. Солнечный свет и тепло — это простой, естественный и достаточно чистый способ получения необходимой энергии. Сегодня многие страны на государственном уровне стараются максимально эффективно использовать солнечную энергию. Гелиоэнергетика активно развивается в Германии, Швеции, Швейцарии, Дании, Голландии, Финляндии. В странах Европейского союза действуют правительственные программы по финансированию и развитию энергосберегающих технологий. В Израиле действует программа «Солнечный Закон», согласно которому 80% населения страны использует тепловые коллекторы для получения горячей воды. Все новые строящиеся здания в Израиле должны иметь тепловые коллекторы для получения горячей воды. В США эксплуатируются солнечные коллекторы общей площадью 10 млн. м2, что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т. На Кипре 15% квартир и 88% частных домовладений применяют солнечные коллекторы для нагрева воды, что позволяет экономить до 40% электроэнергии. Таким образом, использование солнечных технологий в архитектуре города в современном мире получают все большее распространение. Сегодня о таких зданиях, «питающихся» от солнца и получающих энергетическую автономность, можно говорить как о новом направлении «солнечной архитектуры». И уже в недалеком будущем людей, несомненно, ждет еще более уникальная архитектура. Такие здания и дома, в которых будет жить и работать человек, должны сделать его жизнь наиболее комфортной, а при их строительстве и эксплуатации максимально рационально использовать природные ресурсы.

Существует огромное множество проектов жилья, основными концепциями которых являются экономичность, эргономичность и экологичность с использованием новейших уникальных строительных материалов, конструкций, технологий и принципов формообразования.

Одним из перспективных направлений здесь является так называемое «устойчивое развитие». Так на русский язык обычно переводят термин sustainability. Основной смысл этого понятия связан с тем, что преобразование окружающей среды не должно помешать развитию будущих поколений. Одним из ярких представителей этого направления можно по праву считать американского архитектора и изобретателя Жака Фреско, который подробно изложил свои представления о городе будущего в проекте «Венера» (The Venus Project). Он предполагает, что в новом технократическом обществе главенствующей станет идея энергетической вседоступности и неисчерпаемости источников этой энергии, а инфраструктура городов должна развиваться по принципам «зелёной архитектуры».

Появление этого термина «зеленая архитектура» принято отсчитывать с середины 70-х, когда западный мир озаботился сохранением природных ресурсов и проблемами окружающей среды после очередного энергетического кризиса. Наибольшую популярность эта идея приобрела в странах с мягким климатом и короткой зимой: в Юго-Восточной Азии, Латинской Америке. Австралии и Средиземноморье. Им обозначаются технологии, нацеленные на сохранение окружающей среды: экологичное производство, экологичное строительство, экологичная переработка отходов. В последние годы стремление к экологичности — одна из самых востребованных мировых тенденций в архитектуре. В этом направлении работают такие известные современные архитекторы и дизайнеры, как Норман Фостер, Заха Хадид, Карим Рашид. Основные задачи зеленой архитектуры — это сокращение совокупного пагубного воздействия строительства на здоровье человека и окружающую среду, снижение нагрузок на энергетические сети и снижение затрат на содержание зданий. Лучшим примером таких зданий являются здания, построенные по принципам солнечной архитектуры.

Солнечная архитектура — основа популярной сегодня экологической или ресурсосберегающей архитектуры. Но её существование невозможно представить себе без изобретения солнечной батареи. Начальной точкой развития солнечных батарей является 1839 год, когда был открыт фотогальванический эффект. Это открытие было сделано Александром Эдмоном Беккерелем. Разумеется, до создания современных солнечных батарей было ещё далеко. В течение последующих десятилетий это направление научных исследований развивалось нестабильно. Периоды интенсивной деятельности сменялись резкими спадами. Многие склонны считать, что история солнечных батарей ведёт своё начало с деятельности Альберта Эйнштейна. В частности, великий учёный получил в 1921 году Нобелевскую премию именно за изучение особенностей внешнего фотоэффекта, а не за обоснование знаменитой теории относительности. В 30-ых годах советские физики получили электрический ток, используя фотоэффект. Разумеется, КПД тогда не впечатлял. Он не превышал одного процента, но и это являлось серьёзным научным шагом. В XXI веке получение солнечной электроэнергии вышло на качественно новый уровень. В испанской Андалусии состоялось торжественное открытие электростанции Gemasolar (риc. 1). Ее уникальность состоит в том, что она способна вырабатывать электричество даже ночью, когда нет солнца.

Масштабность проектов солнечной архитектуры порой поражает не только своими размерами, но и позитивной целью их строительства.

В центральном деловом районе Брисбена 4 октября 2009 был открыт самый большой в мире пешеходный мост, длиной 470 и шириной 6,5 метров (риc. 2). Каждую неделю новым мостом Курилпа пользуются приблизительно 36 500 человек. Мост, который имеет сходство с вязальными спицами, является не только одним из самых длинных пешеходных мостов, но он также приводится в действие солнцем и использует сложную и наиболее эффективную из существующих систем освещения — освещение LED, которая может представить много различных эффектов освещения. Она будет использоваться для различных фестивалей и мероприятий. Система, приводящая в действие внушительное множество LED огней, составлена из 84 солнечных панелей, установленных на мосту, и в среднем ежедневно может произвести до 100 Квт энергии. Этой энергии достаточно чтобы обеспечить 100% потребностей моста. Мост Курилпа был разработан австралийской фирмой Cox Architects и стоит приблизительно 63 миллионов долларов. Как ожидают, за год мост Курилпа спасет окружающую среду от 37.8 тонн углеродной эмиссии.

Grzebik Design разработала самую большую в мире звуковую систему, питающуюся энергией солнца, которая установлена на Тайваньском Национальном стадионе (риc. 3). Аудио система способна обеспечить 40 000 зрителей качественным звуком мощностью 105 децибел. Ультра современный Национальный Стадион Тайваня стоимостью 5 миллиардов долларов обладает крышей площадью в 14155 квадратных метров, в которую вмонтированы 8844 квадратных метра солнечных панелей, которые эмулируют форму текущей реки и генерируют 1.14 ГВт-часов электроэнергии в год, предотвращая таким образом выброс 660 тонн углекислого газа в атмосферу. Производимая электроэнергия используется для звуковой системы, придуманной японским архитектором Тойо Ито, которая включает 60 установленных колонок типа Apogee Sound AE-7SX, защищенных от непогоды для озвучивания сидячих мест, 12 — Apogee Sound ALA-5WSX для озвучивания поля, 2 Apogee Sound AFI-205 и 2AFI-Point5 для комнаты управления и звукового мониторинга.

Используя преимущества солнечной и сухой пустыни Сахара, гиганты солнечной индустрии готовятся к установке самой большой в мире солнечной электростанции, которая в сумме будет производить 100 ГВатт электроэнергии (риc. 4). Такой грандиозный проект не под силу ни одной компании, поэтому крупнейшие производители оборудования для солнечных электростанций из Германии объединяют свои усилия и инвестиции для реализации этого проекта. В отличие от других солнечных проектов, которые строятся в одном месте локально, этот проект будет представлять собой целый массив электростанций, которые протянутся через несколько стабильных государств северной Африки. Вероятно, такое решение должно упростить транспортировку энергии и обслуживание этого солнечного монстра пустыни. Полученная энергия должна будет транспортироваться через Средиземное море в Европу, чтобы обеспечить 15% потребностей в электроэнергии. Компании, участвующие в проекте, называют его реальным решением выхода из энергетического кризиса, так как система очень хорошо масштабируется и в дальнейшем позволит постепенно наращивать мощности. Проект оценивается в 400 миллиардов евро и займет 10–15 лет, но будучи однажды законченным, проложит путь к нефтяной независимости экономик стран Европы.

Китайский город Дежоу (Dezhou) выиграл право провести четвертую международную конференцию по солнечной энергетике, которая проводится раз в полгода, благодаря возведению самого крупного в мире строения почти полностью обеспечиваемого электричеством за счет солнечной энергии (риc. 5). Внутренняя площадь здания составляет около 74000 м2. Почти вся энергия, используемая внутри этого самого большого в мире офисного здания, имеет солнечное происхождение. Благодаря новым технологиям изоляции крыши и стен здания, инженерам удалось сократить энергопотребление сооружения на 30% по сравнению с обычным зданием такого же размера. Кроме того, ряды солнечных батарей, расположенных на крыше необычного здания обеспечивают 82% потребностей в электроэнергии. В здании расположены выставочные центры, научные лаборатории, залы заседаний и тренингов, и даже отель для иностранных торговых представителей (риc. 1).

4 октября 2011 года в городе Фуэнтес-де-Андалусия прошла церемония открытия первой в мире коммерческой электростанции Gemasolar Power Plant, способной работать за счет солнечной энергии круглые сутки. Это самая большая гелиотермальная электростанция является комплексом совместным предприятием властей Испании и Объединенных Арабских Эмиратов. Gemasolar будет вырабатывать энергию более 270 дней в году, что примерно втрое больше, чем у других альтернативных систем. В отличие от фотоэлектрических электростанций, гелиотермальная солнечная электростанция использует массовую систему зеркал, свет от которых концентрируется на башне, в которой расположен генератор энергии. Новая электростанция сможет вырабатывать около 110 000 МВт-ч энергии в год, что достаточно для снабжения энергией более 25000 домов. Gemasolar принадлежит к категории Концентрационных Солнечных Электростанций (CSP). Эти электростанции используют энергию солнца для нагрева определенных жидкостей, будь-то вода или расплавленные соли, для производства пара, который приводит в движение турбины, производящие электроэнергию. За день сохраненного тепла в соли хватает для вращения паровых турбин еще на десять часов в ночное время. Таким образом, производство электричества продолжается круглые сутки.

Как мы видим, солнечные элементы применяются в архитектурных объектах различного назначения от пешеходных мостов до грандиозных по своим размерам электростанций. Не являются исключением и индивидуальные жилые дома. Подобные солнечные дома решают несколько важных проблем при их строительстве. Это и защита окружающей среды, уменьшение использования невозобновимых источников энергии, повышение энергоэффективности и автономность архитектурных построек. Несмотря на это у таких зданий есть как свои достоинства, так и недостатки.

К достоинствам можно отнести общедоступность и неисчерпаемость источника энергии, высокий срок службы элементов (до 70 лет), теоретически полная безопасность для окружающей среды. Хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной/рассеивающей способности) земной поверхности и привести к изменению климата, однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно. Основными недостатками являются зависимость от погоды и времени суток, как следствие — необходимость аккумуляции энергии, а также высокая стоимость таких проектов.

Зарубежный опыт применения солнечной энергии показывает, насколько эффективным и доступным является подобный способ отопления и получения горячей воды или электричества. Гелиоэнергетика активно развивается во многих зарубежных странах: Германии, Австрии, Швеции, Швейцарии, Дании, Голландии, Финляндии. В странах Европейского союза действуют правительственные программы по финансированию и развитию гелиоэнергетики. А в Израиле, например, действует программа «Солнечный Закон», согласно которому 80% населения страны использует тепловые коллекторы для получения горячей воды. В США эксплуатируются солнечные коллекторы общей площадью 10 млн. м2, что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т.

Из этого вытекает вывод, что развитие солнечных, ресурсосберегающих и экологичных технологий является перспективной задачей при проектировании городов будущего. Именно такие технологии решают ряд важных проблем современной действительности: сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу, независимость от исчерпаемых запасов газа и нефти, получение чистой и эффективной энергии альтернативных источников питания. Следующим этапом развития солнечной архитектуры станет её выход из области экспериментов, которые в крупном масштабе позволяют себе богатые и развитые страны, и станет доступной повсеместно.

ЛИТЕРАТУРА

1. The Venus Project [Электронный ресурс] / The Venus Project beyond politics poverty and war.— Режим доступа: http://proxy.thevenusproject.com/ свободный. ‒ Загл. с экрана.— Яз. англ.

2. Зеленое строительство — Википедия [Электронный ресурс] /- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Зелёное_строительство — свободный. ‒ Загл. с экрана.— Яз. рус.

3. ARCHITIME.RU — НОРМАН ФОСТЕР [Электронный ресурс] /- Режим доступа: http://architime.ru/architects/a_norman_foster.htm — свободный. ‒ Загл. с экрана.— Яз. рус.

4. Предпосылки появления солнечных батарей [Электронный ресурс] /- Режим доступа: http://sunbattery.net/story.php- свободный. ‒ Загл. с экрана.— Яз. рус.

5. Солнечные здания и солнечные проекты [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://zelengarden.ru/solnechnye-zdaniya-i-solnechnye-proekty/- свободный. ‒ Загл. с экрана.— Яз. рус.

6. Новости технологий [Электронный ресурс] /Вступила в эксплуатацию круглосуточная солнечная электростанция Gemasolar Режим доступа: http://techvesti.ru/node/4564- свободный. ‒ Загл. с экрана.— Яз. рус.

Риc. 2. Мост Курилпа. Брисбен, Австралия Риc. 3. Тайваньский национальный стадион. Тайвань, Тайбэй Риc. 4. Проект самой солнечной электростанции. Пустыня Сахара Риc. 5. Многофункциональное офисное здание. Дежоу, Китай
Яндекс.Метрика