Практическое применение возобновляемых источников энергии в многофункциональных зданиях

Аннотация. В связи с ростом городского населения в мире, а, следовательно, и с расширением городов и их застроек, растет потребление традиционных источников энергии, таких как газ, нефть и т.д. В связи с ростом их использования, растёт и актуальность применения возобновляемых источников энергии. В данной статье рассматривается практическое применение возобновляемых источников энергии в многофункциональных зданиях.

Энергоэффективные здания являются реальностью нашего времени, одним из неотъемлемых факторов устойчивого развития среды обитания человека. С конца 70-х годов прошлого века из единичных эскизных проектов они превратились в реальные объекты: энергоактивные, энергопассивные, нулевые, энергоэффективные здания, представляющие собой синтез архитектурно-планировочных, конструкторских, инженерных решений, которые также решали вопрос о снижении потребляемых зданиями энергоресурсов без потери их надёжности и комфортности. [1]

Отправной точкой развития возобновляемых источников энергии является конец 19 века, когда были созданы первые опытные образцы энергогенераторов. До конца 20 века возобновляемые источники энергии применялись в основном для жилых домов. В 1973 – 1974 годах наступил энергетический кризис, страны-экспортеры нефти перестали ее поставлять на западные рынки, одновременно подняв цены на этот энергоноситель. Европейские страны отреагировали на это увеличением внимания к сфере энергосбережения, включая это аспект в проектировании зданий. Специалисты Международной энергетической конференции ООН (МИРЭК) заявили о том, что современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности формирования их теплового режима, а проектировщики не умеют оптимизировать потоки тепла в зданиях. [2]

Направление развития энергосберегающих зданий появилось как следствие кризиса, оно продолжило свое существование и после преодоления негативной фазы в развитии энергетики. «С течением времени изменялся и расширялся объект изучения — эффективность использования энергии в здании»

Условно можно разделить изменение объекта изучения на следующие этапы:

- конец 1980-х годов – принципы и технологии, позволяющие экономить энергию;

- середина 1990-х годов – возможности эффективного использования энергии;

- конец 1990-х – начало 2000-х годов – качество микроклимата помещений доминирует над идеей энергосбережения.

Таким образом, предпосылка более экономно и совершенно использовать энергоресурсы за сорок лет (с 1974 по 2014 гг.) превратилась в исходный пункт рассуждения о необходимости создания связи объектов человеческой жизне-деятельности (в т.ч. зданий и сооружений) с природной средой. [2]

Рассмотрим наиболее известные примеры применения возобновляемых источников энергии в многофункциональных зданиях.

В 2002 году был возведен жилой дом «Здание двадцати террас» («Twenty River Terrace»), расположенный в Нью-Йорке на берегу реки Гудзон. В объекте применены фотоэлектрические панели, способные покрыть 5 % от общего расхода электрической энергии. Несмотря на скромный показатель по замещению потребляемой энергии с помощью возобновляемой энергетики, данный объектов продемонстрировал реальную возможность и пользу от внедрению подобных технологий. Фотоэлектрические панели размещены на фасаде основного 46-метрового блока и на крыше здания. Они расположены на одной из пяти групп простенков и заполняются собой все пространство со 2 до 14 этажа. При этом, геолиопанелями облицована часть стен здания, оконные проемы выполняют только стандартную функцию Фотоэлектрические панели создают на фасаде активный геометрический рисунок, который по цветовой гамме перекликается с цветом воды залива Гудзон. [4]

Рисунок 1. «Здание 20 террас» в г. Нью-Йорк

В 2008 г. был открыт «Всемирный Торговый Центр» в Бахрейне («Bahrain World Trade Center»). Каждая из двух 50-этажных башен имеет высоту 240 м. Оба здания соединены по высоте тремя мостами длиной 31,7 м, на каждом из них закреплены ветряные генераторы электроэнергии с диаметром лопастей 29 м. Мосты имеют специальные конструкции, которые позволяют зданиям двигаться на 0,5 м по отношению друг к другу. Архитектурная форма обеих башен позволяет усилить скорость ветра, проходящего через турбины, до 30 %. Этот комплекс был первым крупным объектом, использующим масштабные ветрогенераторы. Они вырабатывают 11-15 % от годового потребления энергии. [4]

Рисунок 2. «Bahrain World Trade Center»

Также знаковым зданием стала «Башня Страта» («Strata Tower») в Лондоне (2010 г., автор проекта – архитектурное бюро «Фланаган Лоуренс» («Flanagan Lawrence»). Башня имеет высоту 147 метров, состоит из 42 этажей. Основной особенностью высотного здания стали расположенные в верхней части три отверстия с энергогенераторами, каждый из которых имеет диаметр 2,8 м. В целом они производят 50 МВт∙ч энергии, покрывая 8 % потребностей объекта. Встроенные турбины здания имеют пять, а не три, как это бывает обычно, лопастей, что позволяет значительно снизить уровень шума и вибрации. Аэродинамика конструкции была спланирована таким образом, чтобы ветер вращал турбины с максимальной эффективностью в течение всего года. Здание по форме напоминает электробритву. Расположенные в верхней части высотного здания отверстия позволили создать запоминающийся и легко узнаваемый силуэт объекта. Функционально объект представляет собой жилой комплекс с торговыми площадями, парковочными местами и спортивным клубом. [4]

Рисунок 3. «Strata Tower»

«Башня Жемчужной Реки» («Pearl River Tower»), Гуанчжоу, КНР, архитектурное бюро «SОМ», 2013 год. Она должна была стать первым энергетически автономным высотным зданием. В здании используется большое количество различных энергогенерирующих и энергоэффективных технологий, вот некоторые из них:

— использование вентилируемого двойного фасада с механизированными жалюзи;

— широкомасштабная интеграция фотоэлектрической системы в южный фасад здания;

— ветротурбины, способные вырабатывать энергию от любых потоков воздуха, вращающиеся во всех направлениях;

— системы рециркуляции воздуха, воды;

— 50 мини-электростанций (в контуре здания), способных работать на керосине, биогазе, дизельном топливе, метане, пропане и природном газе.

В реальности объект обеспечивает себя 60 % необходимой энергии. В объемно-планировочном решении высотного здании предусмотрены отверстия, для усиления скорости движения ветровых потоков. Благодаря этому данный объект сегодня является эталоном в аспекте собственного энергообеспечения. [4]

Рисунок 4. «Pearl River Tower»

На территории бывших военных казарм в Северной Вестфалии, в городе Хемере в 2010 году, был воздвигнут новый многофункциональный выставочный комплекс. На нулевом этаже организовано большое фойе и спортивный зал размером 45 x 27 м2 с трибунами и раздевалками с душевыми кабинками и туалетами. Первый этаж частично занимают трибуны с возможностью размещения до 468 человек и тренажерные залы с дополнительными игровыми помещениями. Легко трансформируемые конструкции трибун позволяют во время крупных спортивных соревнований вместить до 2900 человек.

Чтобы обеспечить нормальную работу системы отопления, вентиляции и

Кондиционирования для переменных режимов работы с большим числом посетителей в один день и минимальным их количеством в другой – необходимо было объединить их в единую систему управления, которая обеспечивала бы самый оптимальный режим работы. Система теплого пола была объединена с системой панельного и напольного отопления и управлялась в едином концепте с системой вентиляции, кондиционирования и естественного охлаждения. За необходимым объемом воздухообмена следит система DDC-управления. Такая концепция управления в сочетании с низкотемпературными панельными системами отопления самым благоприятным образом способствует применению тепловых насосов. Рассольно-водяные тепловые насосы с грунтовыми зондами в которых циркулирует рассольный теплоноситель обеспечат необходимый теплосъем в зимний период времени и природную прохладу из глубоких слоев грунта в летний период времени.

Генеральный проектирощик фирма Leniger совместно со специалистами компании Viessmann разработали моновалентную систему теплоснабжения, обеспечивающую 100% нагрузку отопления зимой и охлаждения летом. Условия работы - температура входящих грунтовых вод равна 6 °C, что позволяет в итоге обеспечить мощность в 225 кВт. На горячее водоснабжение объекта расходуется 100 кВт мощности с температурой теплоносителя 65 °C.

Возведение данного многофункционального комплекса послужило мощным толчком к культурному развитию региона. [3]

Рисунок 5. Многофункциональный выставочный комплекс в г. Хемере

В будущем возобновляемые источники энергии станут основными источниками энергии на планете. Сейчас их большим минусом является высокая стоимость и низкая доступность на рынке. Также возобновляемые источники неактуально использовать там, где уже используются традиционные источники энергии. Люди в настоящее время еще не готовы к переходу с традиционных на возобновляемые источники энергии. Но на примере зданий и городов, представленных в данной статье можно заметить, как возобновляемая энергетика прогрессирует со временем. Растут масштабы ее применения, и со временем она будет совершенствоваться.