Солнечная архитектура — это архитектурный подход к возведению разнообразных зданий, использующих чистую и возобновляемую солнечную энергию. Непосредственное отношение к этому подходу имеют: оптика, термодинамика, электроника, фотовольтаика, материаловедение, энергосбережение.
Для такой архитектуры характерна специфика как пассивного солнечного строительного дизайна, так и активного.
Пассивный солнечный строительный дизайн
правитьКлючевой особенностью является ориентация зданий на солнце, учёт окружающего пространства, выбор материалов с благоприятной тепловой массой и свойствами рассеивания света. Идея пассивного солнечного строительного дизайна[англ.] появилась в Древней Греции около пятого века до нашей эры. До того основным источником топлива в Греции был древесный уголь, но из-за острой нехватки древесины необходимо было найти новый способ отопления жилищ[1].
Греки начали использовать строительные материалы, поглощающие солнечную энергию, в основном камень, а также ориентировать здания на юг и предусматривать навесы и портики[2].
Сократ говорил:
«В домах, которые смотрят на юг, солнце проникает в портик зимой, а летом оно светит прямо над головой, создавая тень под крышей.»
Римляне улучшали греческий дизайн, закрывая окна с южной стороны различными видами прозрачных материалов[1][3].
Другой пример ранней солнечной архитектуры — это пещерные жилища в юго-западных регионах Северной Америки[4][5]
Цвет стен также играет немаловажную роль. На греческих островах стены зданий традиционно окрашены в белый цвет, чтобы в жару лучше отражать солнечное излучение и сохранять прохладу внутри помещений. Белые стены, покрытые известью, и голубые крыши — типичный стиль, ценимый приезжающими на юг туристами.
На севере в скандинавских странах наоборот: дома окрашены в чёрный цвет, чтобы стены лучше поглощали солнечное тепло. Подходящим материалом служит базальт, так как он чёрный и обладает высокой теплоёмкостью.
Активный солнечный строительный дизайн
правитьСовременное воплощение солнечной архитектуры ознаменовалось использованием фотовольтаики для практических целей преобразования солнечного света в электрическую энергию.
В 1954 году специалисты Bell Labs объявили о создании первых солнечных батарей. В 1973 году Делавэрский университет построил один из первых в мире домов с солнечной батареей.
В 1984 году по проекту Александроса Томбазиса[англ.] в афинском пригороде Пефки с соблюдением принципов солнечной архитектуры построена «Илиако-Хорио» («Ηλιακό Χωριό», «Солнечная деревня»).
К элементам активного солнечного строительного дизайна относятся: теплицы, модули, накопители тепловой и электрической энергии, дымоходы, солнечный трекер, солнечная маска и солнечная парабола.
Теплица сохраняет тепло от Солнца. В двойной остеклённой теплице возникают три эффекта: отсутствие конвекции (из-за блокировки воздуха); удерживание луча (земля поглощает фотоны, излучает их с более низкой инфракрасной энергией, стекло отражает это инфракрасное излучение на землю): низкая теплопроводность (при двойном остеклении).
Солнечная парабола (или параболическое зеркало) концентрирует солнечный свет для получения высоких температур. На основе зеркала-параболоида солнечные печи применялись для приготовления пищи с начала XX века.
Солнечная парабола может использоваться и для промышленного строительства. Одейлийская солнечная печь, включающая в себя 63 гелиостата, обеспечивает нагрев до такой температуры, что плавится даже алмаз.
Фототермические модули преобразуют солнечный свет в тепло, нагревая воду в доме[6]. Эти модули стали популярными среди стран Средиземноморья. В Греции и Испании 30-40 % домов оснащают этой системой.
В частных домах популярен летний душ, бак которого нагревается от солнечных лучей.
Фотоэлектрические модули преобразуют солнечную энергию в электричество. Классические кремниевые солнечные модули имеют КПД до 25 %, но они жёсткие. Тонкие плёночные солнечные модули гибкие, но имеют меньшую эффективность и недолгий срок службы. [6]
Накопление электрической энергии обеспечивает гидроаккумулирующая электростанция, но некоторые способы обустройства своего дома возможны по принципу «сделай сам».
Солнечный трекер[англ.] отслеживает движение Солнца в небе. Поворачиваясь вслед за ним, трекер улавливает свет, который с помощью модулей превращается в электричество и нагревает дом через прозрачное стекло[7].
Солнечная маска предусматривает сезонные изменения климата, чтобы летом было больше тени, а зимой света. Дом строится таким образом, что крыша защищает от солнца летом во избежание перегрева, но зимой крыша пропускает солнечный свет[8].
Солнечная дымовая труба может быть соединена с бадгиром или деревянной дымовой трубой для более сильного эффекта.
Известные архитектурные сооружения
правитьСолнечная архитектура становится постепенно относительно независимым стилем, который формально следует традициям конструктивизма и функционализма, но всё больше вдохновляется органической архитектурой[9] .
Один из первых крупных небоскрёбов Конде-Наст-билдинг со встроенными солнечными панелями и энергоэффективной технологией был построен в 1995 году в Нью-Йорке[4].
В 2009 году завершилось на Тайване строительство многофункционального стадиона в Гаосюне по проекту известного японского архитектора Тоёо Ито, который активно использовал принципы солнечной архитектуры[10].
К Олимпийским играм 2016 года в Рио-де-Жанейро планировалось воздвигнуть солнечную городскую башню (англ. Solar City Tower)[11][12].
Экологические преимущества
правитьСолнечная архитектура требует высоких инвестиций, но цена окупается, поскольку у жителей появляется работающий источник возобновляемой и экологически чистой энергии. При кажущейся выгоде других способов её добычи населению всё чаще приходится слишком дорого платить. Авария на АЭС Фукусима-1 стала экологической катастрофой XXI века[13].
Глобальное потепление уже стало причиной исчезновения некоторых видов насекомых и млекопитающих[14].
Критика
правитьВ статьях по поводу солнечной архитектуры критически оценивается её высокая первоначальная стоимость. В то же время критики признают, что после погашения кредитов появляются заметные преимущества[15][16][17][18].
См. также
правитьЛитература
править- Sandra Leitte, Cosima Strobl, Angelika Hess; Bergische Universität Wuppertal (Hrsg.): SolarArchitektur4 : die deutschen Beiträge zum Solar Decathlon Europe 2010: Wegweisende Solararchitektur im Detail, Detail, Greenbooks, Institut für internationale Architektur, München 2011, ISBN 978-3-920034-48-5 (нем.).
- Jürgen Claus: Kulturelement Sonne. Das solare Zeitalter. Edition Interfrom, Zürich 1997, ISBN 3-7201-5274-X (нем.).
Примечания
править- ↑ 1 2 Perlin, J. Passive Solar History California Solar Center. Retrieved March 30, 2015.
- ↑ Passive Solar Design — A History GreenBuilding.com Retrieved March 25, 2015.
- ↑ Seven ancient wonders of Greek design and technology Архивная копия от 5 ноября 2017 на Wayback Machine Ecoist. Retrieved April 19, 2015
- ↑ 1 2 The History of Solar Архивная копия от 20 ноября 2018 на Wayback Machine (2012, March 8) U.S. Department of Energy. Retrieved March 26, 2015.
- ↑ Our Vision (2015, January 1) Oxford PV. Retrieved March 29, 2015.
- ↑ 1 2 Cолнечные батареи и модули. ECOTECO. Дата обращения: 2 ноября 2019. Архивировано 6 сентября 2018 года.
- ↑ Система слежения за Солнцем — трекер для солнечных батарей. msd.com.ua. Дата обращения: 2 ноября 2019. Архивировано 11 сентября 2018 года.
- ↑ Héliodome Youtube. Дата обращения: 30 августа 2018. Архивировано 25 сентября 2020 года.
- ↑ Stefan Behling, Sophia Behling: Sol Power — Die Evolution der solaren Architektur. Prestel, München 1996, ISBN 3-7913-1651-6 (нем.)
- ↑ Charles Bagli. Taiwan's solar stadium 100% powered by the sun (англ.). The Guardian (3 августа 2010). Дата обращения: 2 ноября 2019. Архивировано 22 мая 2017 года.
- ↑ Solar City Tower (англ.). rafaa.ch. Дата обращения: 2 ноября 2019. Архивировано 17 декабря 2019 года.
- ↑ Juan Rodriguez. Solar City Tower - Brazil 2016 Olympic Games (англ.). thebalancesmb.com (21 апреля 2018). Дата обращения: 2 ноября 2019. Архивировано 6 сентября 2018 года.
- ↑ Зараженную почву Фукусимы будут уничтожать 30 лет. Вести.ру (29 октября 2011). Дата обращения: 2 ноября 2019. Архивировано 2 февраля 2020 года.
- ↑ Tokyo, Kyoto et environs (неопр.). — Le Routard, 2016. — С. 98.
- ↑ Labouret and Villoz. Установки photovoltaïques (неопр.). — Dunod. — 2012. — С. 13.
- ↑ Kaan, H. (2009, June 12). Architects just want to develop attractive buildings ECN. Retrieved April 19, 2015.
- ↑ Maehlum, M. (2015, March 23). How Much Do Solar Panels Cost Архивная копия от 31 августа 2018 на Wayback Machine Energy Informative. Retrieved April 19, 2015.
- ↑ Labouret and Villoz. Installations photovoltaïques (неопр.). — Dunod. — 2012. — С. 13.
Ссылки
править- Вольфганг Файст. Основные положения по проектированию пассивных домов (М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2008. 70х100, мягк. обл.). Перевод с немецкого с дополнениями под редакцией А. Е. Елохова. passiv-rus.ru. Дата обращения: 2 ноября 2019.
- Использование солнечной энергии: пассивный солнечный дизайн. tridentenergy (16 апреля 2007). Дата обращения: 2 ноября 2019.