ISSN 2305-5502. Stroitel`stvo: nauka i obrazovanie. 2016. № 3. http://www.nso-journal.ru
УДК 728.2.012.27; 721.001
А.С. Ковалева
ЗАО «Горхимпроект»
ПРОЕКТНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
С СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКОЙ
ПРИ РАЗРАБОТКЕ 25-ЭТАЖНОГО
ЖИЛОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ КРЫМСКОГО РАЙОНА ГОРОДА
СЕВАСТОПОЛЬ
Аннотация. Рассмотрены вопросы энергоэффективности,
возобновляемых источников энергии и
экологии. Энергоэффективность в гражданском
строительстве представлена как сфера, позволяющая
создавать проектные решения на основе применения
возобновляемых источников энергии, в частности
фотоэлектрических элементов (ФЭ), и эффективного
использования электроэнергии на объекте. Рассмотрены
данные проектного эксперимента с высотным
жилым комплексом в г. Севастополь. Приведены
проектные расчеты и сравнение вариантов проектных
решений по использованию полученной ФЭ
энергии для освещения подземной автостоянки жилого
высотного комплекса. Результаты проектного
эксперимента позволяют на начальном этапе исследовать
закономерности градостроительных условий
и количество вырабатываемой энергии за счет поверхностей
здания. Таким образом, представленную
концепцию и проектный эксперимент можно считать
не только архитектурно-конструктивным, а также
градостроительным исследованием. В перспективе
использование ФЭ как облицовочных конструкций
может изменить энергетические характеристики застройки
при переходе на промышленный уровень
внедрения технологии. Это дает возможность рассматривать
перспективы роста городской застройки
и улучшать экономику строительства затратных
объектов. Однако последующие проектные эксперименты
должны быть основаны в большинстве случаев
на других типах застройки и при применении ФЭ
на крышах и фасадах учитывать ветровые воздействия
и аэродинамические показатели зданий.
Ключевые слова: энергоэффективность, возобновляемые
источники энергии, ВИЭ, фотоэлектрические
элементы, высотный жилой комплекс,
ветровые воздействия, аэродинамика
DOI: 10.22227/2305-5502.2016.3.1
A.S. Kovaleva
CJSC “Gorkhimproekt”
DESIGN EXPERIMENT WITH SOLAR
ENERGY IN THE ELABORATION
OF 25-STOREY RESIDENTIAL
COMPLEX FOR THE CRIMEA DISTRICT
OF THE SEVASTOPOL CITY
Abstract. The scientific project examines the issues
of energy efficiency, renewable energy sources, as
well as ecology. In today's world the ecological issues are
more current than ever. Some of them are ozone holes,
disappearance of many species of animals and plants,
exhaustible fuel reserves. Ecology is a huge problem of
our civilization, which may be solved by paying more
attention to energy efficiency in the process of urban development.
In the implementation of energy efficiency
experiments it is necessary to involve the efforts of scientists,
politicians, non-governmental organizations, but
first and foremost — of inventors, architects and designers.
Energy efficiency in civil construction is presented in
the article as an area allowing us to find design solutions
basing on renewable energy sources, in particular photocell
energy. Project experiment data on a residential highrise
complex in the city of Sevastopol is considered. The
author presents design calculations and the comparison of
the variants of design decisions on the use of photovoltaic
cells producing energy to illuminate the underground car
park of a residential high-rise complex. In the future, the
use of photovoltaic cells as
cladding structures may
change the energy characteristics of buildings in case of
transition to production scale implementation of the technology.
This makes it possible to consider the prospects
of urban development growth and improvement of the
economy of
the construction of
expensive facilities.
However, subsequent design experiments should be based
mostly on other types of facilities and should take into
account
the impact of wind and aerodynamic performance
of buildings in case of application of photovoltaic
cells on roofs and facades. The results of the design experiment
allow initially investigating the regularities of
urban conditions and the amount of energy produced by
building surfaces. Thus,
the provided concept and the
design experiment can be considered not only architectural
and structural but also urban planning study.
Key words: energy efficiency, renewable energy
sources, RES, photovoltaic cells, high-rise residential
complex, wind effects, aerodynamics
DOI: 10.22227/2305-5502.2016.3.1
Решение современных проблем экологии
требует внедрения новых подходов в архитектурно-конструктивном
проектировании с учетом
новых технологий возобновляемых источников
энергии (ВИЭ) [1]. Особое место среди
ВИЭ занимает солнечная энергия как наиболее
эффективный и доступный метод. Технологии
Solution of modern ecology problems
requires implementation of new approaches
in architectural and construction design
with account for new technologies of renewable
energy sources (RES)
[1]. Solar
energy holds a specific place among RES
as a most efficient and available method.
© Ковалева А.С., 2016
Стр.1
Градостроительство. Дизайн. Проектирование / Urban development. Design. Engineering
фотоэлектрических элементов (ФЭ) на основе
кремния имеют уже значительную историю
применения, их работа положительно оценивается
в архитектурной физике [2]. Кроме того,
их применение стало уже объектом развития
промышленного дизайна при размещении на
фасадах и крышах гражданских и промышленных
зданий [3]. Следует отметить, что по экспертным
оценкам для полного обеспечения
солнечной энергией всего земного шара потребовалось
бы построить всего одну солнечную
электростанцию, общая площадь солнечных
батарей которой будет составлять лишь
66 тыс. км2. На первый взгляд, это очень большое
число, но в реальности относительно площади
планеты, такая электростанция сопоставима
по размерами с площадью острова ШриЛанка
(рис. 1) [4].
Photovoltaic cell technologies on the basis
of silicon have a significant history of their
application, their operation gained positive
evaluation
in architectural physics [2].
Moreover their use has already become a
subject of industrial design development
when placing them on facades and roofs of
civil and
industrial buildings [3]. We
should note that according to expert opinion
in order to provide the whole Earth with
solar energy only one solar power plant
should be built, the area of solar batteries of
which should be only 66 000 km2. At first
site this number is very big, but in reality in
relation to the area of the Earth such a
power station may be compared to the area
of the Sri Lanka island (fig. 1) [4].
Рис. 1. Размер острова Шри Ланка относительно
размеров земного шара
Первая фотоэлектростанция, в основу которой
было положено использование тонких
кремниевых пластин, появилась еще в 1883 г.
Тем не менее солнечная энергетика до сих пор
воспринимается миром как новшество [3]. Поэтому
имеет смысл внести некоторую ясность в
понимание этой темы, заслуживающей самого
пристального внимания. На первый взгляд может
показаться, что это самый простой и дешевый
метод получения электроэнергии, поскольку
достаточно собрать цепочку кремниевых
элементов и положить на открытое пространство
[4]. Однако для полноценной работы фотоэлектростанции
в составе здания потребуется
Строительство: наука и образование. 2016. № 3. Ст. 1. http://www.nso-journal.ru
Fig. 1. The size of Sri Lanka island in comparison
with the size of the Earth
peared in 1883. The use of thin silicon
plates
in
the basis of
the
station.
Though solar energy is still perceived as a
novelty in the world [3]. That’s why we
should clarify this topic, which deserves
close attention. At first site
it may seem
that it is the most easy and cheap method to
produce energy because it is enough to prepare
a chain of silicon elements and put it
in the open space [4]. Though an accumulator
is also needed inside a building for a
proper operation of a photo power station
which should accumulate energy from siliThe
first photo power station has aplaid
Стр.2
А.С. Ковалева
еще аккумулятор, который накапливает энергию,
поступающую от кремниевых элементов,
а также контроллер заряда аккумулятора. Эта
система способна вырабатывать только постоянный
ток, но практически все приборы и механизмы
работают на переменном токе. Поэтому
в системе необходимо предусмотреть место
для инвертора, который преобразует постоянный
ток в переменный (рис. 2). При этом не
стоит забывать о привлекательности внешнего
вида здания [5].
con cells as well as a controller of the accumulator
charge. This system is able to
produce only direct current, but almost all
devices and mechanisms operate using alternate
current. That’s why it is necessary
to provide a place for a converter in the
system, which transforms direct current into
alternating (fig. 2). At the same time we
should remember about appealing external
appearance of a building [5].
Рис. 2. Схема плана технического помещения в
технологическом подполье жилого дома для установки
аккумуляторных батарей, контроллеров заряда и инверторов
Подобная
система имеет, конечно же, множество
плюсов: экологичность, независимость
владельца таких панелей от магистральной электросети,
неисчерпаемость ресурса Солнца. Средний
срок службы элементов может составить до
20 лет. Но и минусов тоже немало: дороговизна
сборки самой панели из кремниевых пластин,
постоянная смена погоды, воздействие ветра,
необходимость очищать панели от пыли, грязи и
снега, что очень важно в условиях нашей страны.
Несмотря на все это, в мире существует множество
подобных электростанций, в т.ч. интегрированных
в здания [6, 7].
Одним из наглядных примеров эффективного
использования ФЭ для обеспечения электроэнергией
жилого комплекса является горнолыжный
курорт в городе Гамплют в Швейцарии
(рис. 3). В него входят двухэтажная
горнолыжная база, ресторан и подъемник, для
работы которого установлен мощный двигатель.
На крышах сооружений расположены эффективные
фотоэлектрические панели общей
площадью 480 м2. Их мощность составляет
48 кВт. Нельзя не обратить внимания на то, что
Fig. 2. Plan of a technical room in a service
underground space of a residential house for installation
of accumulators, charge controllers and converters
Such
a system certainly has a lot of
advantages: environmental friendliness, independence
of an owner of such panels from
main power lines, inexhaustibility of solar
resources. An average operating life of cells
may be up to 20 years. But there are also
many disadvantages: high price of panel installation,
constant weather changes, wind
effects, necessity to clean dust, dirt and
snow from the panel, which is very important
in the conditions of our country. In
spite of all the mentioned there exist a lot of
such power stations in the world, including
the ones integrated unto buildings [6, 7].
One of the spectacular examples of
the efficient use of photovoltaic cells (PC)
for providing a residential complex with
energy is a ski resort in Gamplüt in Switzerland
(fig. 3). It consists of two-storeyed
ski center, restaurant and ski-lift, for operation
of which a high-power engine is installed.
Efficient photovoltaic panels are
installed on the roofs of the buildings with
the total area of 480 m2. Their wattage is
Construction: Science and Education. 2016. № 3. Paper 1. http://www.nso-journal.ru
Стр.3