Материал: Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия, архитектура зданий и сооружений. Колодяжный С.А., Енин А.Е
Они содержат 26,5 м3 непроточной воды, что эквивалентно примерно теплоемкости слоябетонатолщиной400мм,амассаравнамассе100ммбетоннойплиты.Матызакрываются изолирующими панелями, которые надвигаются при помощи алюминиевых зубчатых направляющих.
Рис. 5. Пластиковый солнечный коллектор, наполненный водой, на крыше.
Раздвижныеставниизолированы50ммслоемпенополиуретана.Двигатель мощностью 180 Вт реагирует на сигнал термостата и, работая всего две минуты утром и вечером, передвигает изоляционные панели по рейкам. Они перемещаются из положения поверх матов с водой на крыше в положение над гаражом или внутренним двориком, складываясь по секциямв три слоя. Ихможно передвигатьи вручную. Врежимеохлаждения, вдневноевремя изолирующие ставни закрывают маты, защищая их от солнца, а на ночь они откатываются назад, и черные маты излучают тепло в прохладный ночной воздух с тем, чтобы днем охлаждать помещение внизу (Рис.5,6).
Рис. 6. Подвижные изолирующие ставни в отодвинутом положении.
Испарительное охлаждение
Эффективным способом охлаждения здания в условиях жаркого сухого климата является испарительное охлаждение воздуха перед его поступлением в помещение. В камере испарительного охлаждения (охлаждающей башне) воздух контактирует со смачиваемыми поверхностями или струями воды. Сухой и теплый наружный воздух в результате испарения воды охлаждается, а его относительная влажность повышается. Он используется для охлаждения помещений дома (Рис.7), а при пропускании его через галечный аккумулятор происходит зарядка аккумулятора прохладой, которая в дневное время используется для охлаждения помещений.
Охлаждающей башне не требуются вентиляторы для подачи холодного воздуха. Необходим лишь маленький 12-вольтовый вентилятор для подачи воды к охлаждающим
35
панелям. Существует несколько конструкций охлаждающих башен, но все они, в общем, работают на одном принципе.
Рис. 7. Солнечный дом, оборудованный охлаждающей башней.
Принцип работы охлаждающих башен Холодный воздух в охлаждающие башни подается под действием сил гравитации без
использования вентиляторов, но вентиляторы, тем не менее, могут применяться для уменьшения размеров самой башни. В большинстве конструкций охлаждающих башен используется увлажнение панелей, расположенных в верхней части башни (Рис.8). Испаряющаяся с панелей влага, поглощает тепло из воздуха и он, охлаждаясь и становясь тяжелее теплого воздуха, начинает опускаться, подсасывая в башню наружный воздух. Таким образом, создается постоянный нисходящий воздушный поток. Ветра при этом не требуется, но его наличие приведет к увеличению скорости нисходящего воздушного потока в башне. Обычные охлаждающие башни, в которых не используются вентиляторы, имеют высоту 6...9 м и поперечный размер 2...3 м. Обычные охлаждающие башни с такими размерами потребляют 10...150 Вт электроэнергии (водяной насос). Производительность их составляет 70...224 м3*мин и в значительной степенизависит от высоты башни ирасположения входного и выходного вентиляционных проемов. Конструкция охлаждающей башни. Обычная охлаждающая башня должна составлять в поперечнике не менее 2х2 м при высоте 7,5...9 м и иметь теплоизоляцию с R ≥ 2 (желательно R ≥ 3,3).
В районах с очень плохими ветровыми условиями одной охлаждающей башни может оказаться недостаточно и в дополнение к ней понадобится устройство солнечной трубы, которая нагревается солнечной радиацией. Солнечная труба также должна иметь эффективную теплоизоляцию.Горячий воздухбудет простовытекатьиз верхнейчасти трубы, подсасывая снизу воздух из помещений дома. Охлаждающие панели обычно монтируются в верхней части башни на ее боковых стенках. Прямо под охлаждающими панелями находится цистерна с водой вместимостью 70...140 л, уровень в которой поддерживается системой подачи воды с поплавковым клапаном. Снаружи цистерны смонтирован маленький 12-вольтовый насос.
36
Рис. 8. Конструкция охлаждающей башни: 1 - 4 охлаждающих панели; 2 - цистерна с водой и поплавковой системой подачи воды; 3 - 12-вольтовый насос; 4 - трубопровод подачи воды; 5 -
вентиляционный проем; 6 - воздух в трубе, нагреваясь под действием солнечного тепла, поднимается, создавая подсос снизу; 7 - солнечная труба.
Осушение воздуха.
Для регионов, в которых характерно сочетание высокой температуры и большой влажности воздуха, возникает вопрос о возможности использования простой солнечной системы для снижения влажности воздуха. Принято считать, что для уменьшения влажности воздуха приемлемы такие способы, как использование силикагеля в качестве твердого адсорбента и применение адсорбирующих водных растворов — например, хлористого лития. Когда через емкость, наполненную силикагелем, пропускают влажный воздух помещения, селикагель поглощает влагуи осушает воздух. Насыщенный влагой селикагель прогревают теплым воздухом или водой с температурой 80...100°C, нагретыми солнечным излучением, при этом воздух поглощает водяные пары (20...30%) и происходит регенерация селикагеля, так что его снова можно использовать в качестве адсорбента. Можно разделить емкость с адсорбентом на 2 части и через каждые несколько часов поочередно менять режимы адсорбирования и регенерации адсорбента, чтобы в результате получился непрерывный цикл адсорбции и регенерации. По такой же схеме работает водный раствор хлористого лития, обладающего свойством поглощения влаги подобно обычной поваренной соли. Указанные способы лежат в основе создания систем осушения воздуха открытого типа. При этом обычно используют схему, представленную на рис. 9.
Рис. 9. Диаграмма процесса осушения влажного воздуха:
1 - температура воздуха; 2 - относительная влажность; 3, 4 - охлаждение; 5 - уменьшение влажности; 6 - только осушение воздуха; 7 - осушение воздуха в системе открытого типа; 8 - охлаждение; 9 - наружный воздух.
37
Летом, когда температура воздуха равна32°C, аотносительная влажность 68%, воздух, пропущенный через емкость с силикагелем, имеет относительную влажность 28%, но температура его при этом поднимается выше 45°C. Это объясняется тем, что, когда водяные пары адсорбируются силикагелем, выделяется скрытая теплота адсорбции: при поглощении 1 кг водяных паров выделяется 800 ккал. Если такой высокотемпературный воздух с малой влажностью охладить при помощи свежего воздуха, воды из охлаждающей башни или просто водопроводной воды, то можно получить сухой воздух с температурой 30...35°C.
Основные принципы формирования архитектуры современных энергоэффективных зданий.
Энергоэффективная архитектура на сегодняшний день имеет много ветвей развития. Но наиболее перспективным направлением развития является преобразование солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов - солнечных батарей.
Поэтомуэнергоэффективная архитектура, как направление в архитектуре, предполагая активное использование альтернативных источников энергии, включает активную и пассивную системы энергосбережения. Кроме чисто эстетической стороны данного стиля, в котором преобладают естественные плавные формы и натуральные материалы, есть чрезвычайно высокий технологический, инженерный и научный потенциал, что дает человечеству уникальную возможность совместить обычную урбанистическую среду, перенасыщенную машинами, производствами и информационными технологиями, и среду, которой так сильно не хватает в городах.
В настоящее время, можно с полным основанием говорить о своде основных принципов энергоэффективной архитектуры, разработанном многими современными архитекторами. В соответствии с целью формирования архитектурных решений выделены основные принципы.
Первый принцип: принцип сохранения энергии.
Проектирование и строительство зданий должно идти таким образом, чтобы свести к минимуму необходимость расхода тепловой и электрической энергии на их отопление, охлаждение и кондиционирование. Принцип сохранения энергии должен быть реализован на протяжении всего жизненного цикла здания.
При этом следует особо упомянуть концепцию пассивного дома, в которой основной принцип – это высокая эффективность оболочки здания. Эффективность достигается следующими методами:
–повышенная герметизация оболочки дома;
–использование специальных энергосберегающих окон для пассивных зданий;
–улучшенная теплоизоляция основных ограждающих конструкций.
Второй принцип: принцип взаимодействия с солнцем.
Существует общее эмпирическое правило, согласно которому грамотно спроектированный пассивный солнечный дом в сравнении с традиционно спроектированным домом той же площади поможет снизить энерго затраты на 75% при удорожании строительства всего лишь на 5-10%. Во многих странах построенные солнечные дома не требуют никакой дополнительной энергии на отопление или охлаждение (пример солнечных домов показан на рисунке 10).
38
Рис. 10. Застройка района Вобан (Vauban, «Солнечный квартал»), Фрайбург, Германия
В солнечных жилых домах редко встречается одна какая-либо система энергосбережения в чистом виде. В таких домах также используются несколько коллекторов активного типа, а также солнечные батареи или тепловой насос. В большинстве солнечных домов имеется дублирующий источник энергообеспечения.
Третий принцип: принцип экологической ориентированности здания (уважение к
месту)
Ничто другое не формирует архитектуру здания так сильно, как место, на котором оно создается.
Идеи гармонизации архитектуры и природы получили воплощение при проектировании и социальном устройстве эко-городов и экопоселений. Экопоселок – это концепция привлекательного места для проживания и работы. Различные экопоселки, проектируемые или построенные, несут в себе идеи сохранения природного ландшафта, использования возобновляемых источников энергии (солнечная, ветровая, гидроэнергия, геотермальная энергия), изготовления жилых домов из природных материалов, удаления отходов путем биологической переработки, а также культурную и социальную ответственность жителей за экологическую сохранность среды в поселении.
В городе Тайчжун (Тайвань) планируется построить конференц-центр, состоящий из зданий, построенных по законам эко-архитектуры – комплекс будет гармонировать с окружающим ландшафтом, а применяемые технологии позволят обеспечить максимально эффективное освещение и вентиляцию. Гофрированная структура стен эко-зданий позволит снизить энергопотребление, для энергообеспечения будут использоваться солнечные батареи. Проект здания принадлежит пекинскому архитектурному бюро MAD Architects.
Рис.11. Конференц-центр в г. Тайчжун. Архитектурное бюро MAD Architects
39