Адаптивные энергоэффективные инженерные системы


Жилой эко-квартал Vauban в Германии


Создание комфортного пространства, способного подстраиваться под нужды потребителя остается главной задачей. Для этого важно определить новые приоритеты и потребности для создания качественной городской среды. Использование систем, быстро реагирующих на изменения окружающей среды, климата, а так же запросов человека. Рассмотрим вариативность энергоэффективных систем и возможность внедрения адаптивных инженерных систем в жилые районы, а также приведем отечественные и зарубежные примеры такого внедрения.


Сегодня происходят стремительные и кардинальные изменения: цифровая революция влияет на все аспекты жизни человека, города улучшают свои функции за счет оценки и обработки цифровых сведений, полученных с электронных устройств, которые окружают нас в современном мире. Инженерные системы и оборудование должны быть устойчивы к подобным изменениям. Все эти потребности ведут к увеличению числа инженерного оборудования, и соответственно, растет число систем, которыми нужно управлять. Появляется потребность автоматизации.


Для решения подобных задач требуется комплексный подход к проектированию, который будет объединять разнообразные инженерные системы, альтернативные источники энергии, фасадные системы и модульные конструкции. Помимо этого адаптивность возможна на разных уровнях проекта, начиная от городского планирования, заканчивая фасадными системами.


Альтернативные источники энергии


В отличие от не возобновляемых традиционных источников энергии, таких как уголь или нефть, альтернативные источники являются в основном возобновляемыми и соответствуют принципам устойчивого развития. Варианты альтернативных источников энергии можно разделить по способу получения энергии: ветряные турбины, энергия из биомассы, геотермальная энергия, энергия от солнечного излучения и т. д. Адаптивностью в таком случае можно считать способ получения энергии в дополнении к традиционному способу.


Например, вместе с традиционным энергетическим потреблением в домах можно применять кровельные материалы, в которые включены фотоэлектрические элементы. Также адаптивным альтернативным способом получения энергии является изменчивость к самому процессу получения данной энергии. Например, в случае энергии от солнечного излучения каждый фотоэлектрический элемент может адаптироваться и поворачиваться в сторону излучения.

Примеры энергоэффективных жилых районов Для более детального изучения рассмотрим районы, в которых в разной степени применяются альтернативные источники энергии.


Жилой эко-квартал Vauban в Германии


Одним из основных примеров энергоэффективного жилого эко-района является немецкий район Vauban построенный в 2000 году во Фрайбурге. Каждое здание из сотни в данном районе возведено в соответствии с требованиями к “пассивному дому”. В этих домах установлены системы рекуперации, использовано энергоэффективное утепление, для получения энергии в домах присутствуют солнечные батареи на кровле, а для горячей воды используются солнечные коллекторы. В районе также присутствуют тепловые насосы, которые извлекают геотермальную энергию. Внедрение таких инженерных систем позволило домам квартирные дома в Республике Саха (Якутия), в Чеченской Республике, в Мурманской, Липецкой и Тверской областях, в Ставропольском крае, в Ямало-Ненецком" автономном округе.


В качестве удачного примера можно отметить энергоэффективный район Жатай в Республике Саха (Якутия), который уникален тем, что реализован в условиях Крайнего Севера. В проекте активно используются мероприятия, которые повышают энергоэффективность зданий, такие как: использование альтернативных источников энергии (солнечные коллекторы и фотоэлектрические панели), продуманная система вентиляции с рекуперацией, снижение тепловых потерь здания за счет использования энергоэффективных ограждающих конструкций, "полная автоматизация проекта и возможность удаленного контроля и управления процессами"


• Модель района SolarVille в Швеции


Другим примером является прототип модели района SolarVille с использованием солнечной энергии, разработанный исследовательской лабораторией IKEA Space10 (рис. 3). Основной целью исследования была попытка проиллюстрировать, как можно сделать альтернативную энергию более привлекательной и доступной для потребителей. Для этого в проекте предлагается кооперативное сообщество поселков с “производителями” и “продавцами” солнечной энергии.


Модель района SolarVille в Швеции


Предполагается, что жители напрямую покупают энергию у производителей энергии – домовладельцев, у которых возникли излишки электричества.


Тем самым циркуляция возобновляемой энергии внутри самого района сделает ее менее затратной и позволит избежать затруднения, присутствующие в централизованной системе электроснабжения. В данном примере процесс саморегулирования энергетических ресурсов является основным принципом адаптации энергоэффективного района.

Прототип города будущего Woven City в Японии


Примером адаптивного инновационного подхода к разработке проекта города может служить кластер будущего Woven City, разработанный компанией BIG совместно с Toyota. В проекте, который собираются реализовать на площади 70 га у подножия горы Фудзи, используются альтернативные источники энергии, такие как солнечная и геотермальная энергия. А минимизация выбросов углерода – одна из основных задач проекта – достигается за счет перехода на альтернативные транспортные средства.


Такой подход к проектированию оптимизирует баланс между природой и людьми, учитывая интересы обеих сторон. В проекте заложены решения для фильтрации ливневой воды, на крышах жилых домов установлены фотоэлектрические панели, жилые дома оснащены системой "умного дома", применена "домашняя робототехника", которая выполняет бытовые функции по доставке продуктов, уборке белья или вывозу мусора.


Прототип города будущего Woven City в Японии

Анализируя данный проект, можно сделать вывод, что технологии умного дома могут быть развиты до размера района и целого города. Они могут быть интегрированы в транспортную сеть, сеть обслуживания и контроля. Такая система адаптивна, потому что постоянно совершенствуется и модифицируется.


Модульные инженерные системы и «умные дома»


Инженерные системы с каждым годом все больше переходят на автономный режим. Различными инженерными системами теперь можно управлять с телефона и подстраивать под себя то или иное оборудование через Bluetooth. Все это влияет на энергоэффективность здания. Один из производителей подобных модульных контроллеров является российская компания OCTAGRAM. Компания разработала модульный блок, работа которого подразумевает использование микропрограмм, которые могут настраивать его работу на необходимые пользователю задачи.


Такое оборудование может отвечать за системы пожаротушения, сигнализации, видеонаблюдения и управления другим инженерным оборудованием. Подобные системы используются в «умных» домах для осуществления контроля над процессами и оборудованием. Таким образом дом становится адаптивен к запросам жильца, что делает его более комфортным для обитателей.


Prefab-модули и модульные дома, как способ создания адаптивных домов


PREFAB-конструкции – строительные конструкции, изготовленные на заводе. При желании достигнуть адаптивности в строительстве неизбежно применение модульных систем. Их преимущество, при желании адаптировать архитектуру ко времени, неоспоримо. Технология модульного домостроения позволяет в короткие сроки построить дом, который отвечал бы запросам жильцов, а также при необходимости переместить или изменить его. Кроме того при использовании модульных систем появляется возможность подразделения процесса строительства на этапы.


Рассмотреть ряд разномасштабных жилых модульных ячеек с возможностью расширения позволяет проект городской деревни The Urban Village, разработанный центром инноваций IKEA Space10 и архитектурной студией EFFEKT Architects. Проект интегрирует в повседневную жизнь такие решения как: сбор воды, возобновляемая энергия, локальное компостирование отходов.


Городская деревня


Модульные ячейки могут работать, как автономный модуль, и также подсоединяться к другим модулям. Помимо преимуществ самой модульной ячейки, поэтапное строительство снижает нагрузку на окружающую среду.


Примером энергоэффективного модульного дома может стать модульный дом SAVMS (Sistema Abierto de Viviendas Modulares Sostenibles) – проект архитектурной мастерской CSO Arquitectura (Испания, Мадрид). Проект имеет высокий уровень энергоэффективности за счет использования вентилируемых фасадов, оптимизирующих тепловой режим дома, зеленой кровли, фотоэлектрических панелей, а также систем фильтрации дождевых и сточных вод.

Адаптивные фасадные системы


Фасадные системы и ограждающие конструкции могут быть использованы как дополнительный элемент, способный совершать обмен энергией. Приспосабливаясь к окружающемупространству, элементы фасада могут меняться, реагируя на изменение температуры воздуха, направления ветра, активности солнечного излучения или атмосферные осадки.


Можно выделить несколько типов адаптивных фасадов:


– солнечные фасадные панели. Такие панели используются в вентилируемой фасадной системе. Для примера рассмотрим фасадные панели Solarix. Разнообразные по цвету, фасадные элементы не только выполняют функцию солнечных батарей, но благодаря широкой цветовой гамме и форм могут менять архитектурный образ фасада.


Некоторые варианты фасадных панелей могут адаптироваться к направлению солнечного света. Примером являются солнечные фасадные панели solarix для школы в Копенгагене, где они поворачиваются по направлению к солнечному свету, что позволило уменьшить потребление солнечной энергии практически в 2 раза.


– солнечные окна. Различные компании разрабатывают технологию “солнечных окон”. Это способ получения энергии прямо из стекла окна, которое покрывается специальным ультратонким слоем жидкого покрытия, являющейся, по сути, солнечной батареей. Примером такого решения является применяемая компанией SmartFlex фасадная витражная система офисного здания Glassbel.


– биоадаптивные фасады. Фасады способные реагировать на изменения окружающей среды. Примером такого фасада может стать здание BIQ house, в где используется фотосинтез водорослей, с помощью которых обеспечивается энергия для жилого дома. Вторым примером может стать павильон HygroSkin, части фасада которого реагируют на климат и могут открываться и закрываться в зависимости от влажности воздуха.


– кинетические фасады. Динамические фасадные системы, способные меняться под действием определенных условий. Подобные фасадные системы могут служить для контроля микроклимата внутри здания. Например, кинетический фасад Института арабского мира по проекту Жана Нувеля выполнен с использованием светочувствительных элементов, которые обеспечивают экологический контроль внутри здания.


Кинетический фасад можно использовать для поддержания температуры внутри здания, как например в выставочном зале Kiefer Technic, открывание фасадных панелей можно контролировать, находясь внутри здания. – текстильные фасады – адаптивные модульные структуры чаще всего не могут быть разнообразны и сложны, в основной массе это простые повторяющиеся формы, а текстильные фасады могут являться трансформируемым материалом с рядом преимуществ, которые увеличивают энергоэффективность здания (светонепроницаемость, защита от холода зимой, очистка воздуха).


Не так давно были созданы адаптивные текстильные фасады, чьей главной особенностью является адаптация к природно-климатическим воздействиям, ткань способна изменять степень прозрачности и воздухопроницаемости. Существует отдельный вид "умных" тканей (ткани из полиэстера (РЕТ)) и вплетенных в него электропроводных волокон, которые обладают теплопроводными и обогревающими свойствами.

Заключение


Жизнь не стоит на месте: появляются новые эффективные и экологически чистые технологии. Жилая архитектура немного отстает от других отраслей в вопросах внедрения инновационных инженерных решений. Одной из причин такого отставания является высокая стоимость предлагаемых возможностей. Однако, большую часть пространства в любом городе занимает именно жилой кластер. Здесь мы проводим большее количество времени, а с течением жизни и переходом всего производства на автоматический контроль, возможно, именно жилая среда станет основным местом нашего пребывания.


Источник