facebook Vkontakte LiveJournal e-mail
ПОДПИШИСЬ НА НОВОСТИ:


 

Альтернативная энергетика

17 ноября 2015 | Ваге ШАРАФЯН
Солнечные модули как элемент архитектурного дизайна

Рисунок 9: Herz-Jesu Kirche (Плауен, Германия, 2002). Фотоэлектрические модули были добавлены при помощи скрытой системы крепления. Черные, матовые модули производства "Solarwatt" отлично сочетаются с существующей архитектурой, одновременно, слегка добавляя элемент хай-тека. Площадь инсталляции: 160 м². Установленная пиковая мощность: 24 кВт. Выход энергии: 21.000 кВтч /в год.

Современные фотоэлектрические модули могут быть включены практически в любой архитектурный проект и как строительный материал для облицовки здания, и для создания самих ограждающих конструкций зданий, и как экстерьерная конструкция. Во всех этих случаях они могут дополнять художественный замысел архитектурного проекта. Для успешного, с архитектурной точки зрения, внедрения PV-систем, необходимо выбрать соответствующую «дизайн-стратегию».

Нужно, конечно, иметь в виду, что конструктивное внедрение и дизайн-стратегия — фундаментально разные вещи, и в идеальном случае эти две концепции должны быть дополнены энергетической концепцией, обеспечивающей достаточную энергоэффективность. Когда подобная дизайн-концепция отсутствует, мы встречаемся с крайне не привлекательными вариантами внедрения PV — систем: размещение фотоэлектрических модулей на самом здании или рядом с ним, безо всякой архитектурной идеи, с единственной целью — обеспечить выработку электроэнергии.

Можно выделить следующие дизайн-стратегии для внедрения PV систем в архитектурный проект:

  • коллаж,
  • интеграция
    — явная интеграция / доминирование
    — скрытая интеграция / подчинение
  • имитация

Коллаж

Родоначальником этого направления в архитектуре по праву, считается канадско-американский архитектор Фрэнк Гери, который еще в 1980 году установил две жестко скрепленные солнечные батареи на крыше своего «Spiller House» в Лос-Анджелесе (см. Рисунок 1).

1

Рисунок 1: Spiller-House LA, архитектор Frank Gehry

Как видно из фотографии, солнечные батареи из обычного оборудования превратились в дизайнерский аксессуар, их несколько не традиционная, «небрежная» установка на крыше составляет некий композиционный коллаж. Продолжением подобного подхода можно считать здание знаменитого немецкого архитектора Рольфа Диша построенное в 1994г. в «солнечной столице» Германии — Фрайбурге. Полностью вращающееся, круглое по форме здание, называемое «Heliotrop» (см. Рисунок 2), снабжено солнечными панелями на крыше, площадью 50м².

Рисунок 2: Heliotrop,архитектор Рольф Диш.

Рисунок 2: Heliotrop,архитектор Рольф Диш.

И, если в случае «Spiller House» Фрэнка Гери, модули вполне могут быть демонтированы, то демонтаж солнечных модулей с крыши Heliotrop представляется проблематичным, хотя достаточно сложно назвать эти панели интегрированными с кровлей. В Германии существуют три таких дома : первый, экспериментальный, построен в 1994 году, как дом самого архитектора во Фрайбурге, а два других используются в качестве выставочных зданий для компании Hansgrohe в Оффенбурге и стоматологической лаборатории в Hilpoltstein в Баварии.

Спустя тридцать лет концепция коллажа, заключающаяся в комбинации кажущихся несовместимыми вещей, получила продолжение в проекте «Suncity»-Energy-Plus-Housing (Рисунок 3) архитектора Эрвина Калтенеггера в г. Вайц (Австрия).

Рисунок 3: Suncity energy plus hous Эрвина Калтенеггера, г.Вайц (Австрия, 2007)

Рисунок 3: Suncity energy plus hous Эрвина Калтенеггера, г.Вайц (Австрия, 2007)

Этот проект был удостоен премии Austrian Solar Prize, как пример удачного сочетания деревянной архитектуры и солнечных модулей, что составляет экологически абсолютно чистую комбинацию. Стоит отметить, что в этом проекте солнечные модули, помимо выработки электроэнергии, выполняют так же функцию козырьков над оконными и дверными проемами, подчеркивая нецелесообразность их демонтажа. Замечательным примером внедрения фотовольтаики в архитектурный дизайн исторического здания, сделанным по принципу коллажа, является проект реконструкции церкви Groenhof Castel во Фландрии (Бельгия), выполненный архитектурным бюро «Samyn&Partners» в 1996-99 годах (Рисунок 4).

Рисунок 4: Здание церкви Groenhof Castel (1830г. Бельгия). Реконструкция проведена архитектурным бюро Samyn&Partners в 1996-99, I-премия на Belgian Architectural Awards 2000.

Рисунок 4: Здание церкви Groenhof Castel (1830г. Бельгия). Реконструкция проведена архитектурным бюро Samyn&Partners в 1996-99, I-премия на Belgian Architectural Awards 2000.

Фотоэлектрический фасад расположен здесь перед самим зданием и воспринимается как элемент намеренно чуждый по отношению к архитектуре здания.

Интеграция

В то время, как в Лос-Анджелесе Фрэнк Гери строил свой Spiller House, немецкий архитектор и инженер Томас Херцог начал переосмысливать роль архитектуры в охране окружающей среды, совместимости природы и новых технологий и экономии материальных ресурсов.

В 1979-82 годах он построил в Мюнхене жилой дом, который можно считать началом новой «зеленой» архитектуры с интеграцией солнечных панелей (Рисунок 5).

Рисунок 5: Жилые дома Томаса Херцога в Мюнхене - начало «солнечной архитектуры». Проработанные Томасом Херцогом почти 30 лет назад вопросы BIPV проектирования до сих пор остаются актуальными.

Рисунок 5: Жилые дома Томаса Херцога в Мюнхене — начало «солнечной архитектуры».
Проработанные Томасом Херцогом почти 30 лет назад вопросы BIPV проектирования до сих пор остаются актуальными.

Успешной реализации этого проекта способствовало совместное сотрудничество с институтом солнечной энергии Solar Energy Systems научного общества Фраунгоффер (Fraunhoffer). При содействии этого института в рамках европейского исследовательского проекта в экстерьер жилого здания были внедрены 60м² солнечных модулей от разных производителей. Это был первый случай, когда солнечные модули полностью заменили части облицовки здания, а не просто были добавлены к существующей отделке.

Фактически, Томаса Херцога можно считать родоначальником BIPV — он предложил концепцию комплексного архитектурного проектирования, которая включает в себя как пространственный дизайн здания, так и технические решения, относящиеся к физическим, механическим и прочим характеристикам ограждающих конструкций, и при этом все детали и решения проекта находятся в разумном балансе и дополняют друг друга.

Явная интеграция (Доминирование)

Концепция доминирования заключается в выделении PV-систем среди других форм и материалов, применённых во внешнем облике здания. Солнечная энергоустановка становится доминантой в архитектурной композиции проекта, обеспечивая более яркий эстетический эффект по отношению к другим материалам. Солнечная технология выставляется напоказ, чтобы подчеркнуть инновационный энергоэфективный характер здания.

Это может быть выражено и в ориентации самого здания по отношению к солнцу, и в угле наклона кровли, даже цвет и форма фотоэлектрических модулей могут быть определяющими при выборе остальных строительных материалов, например, остекления и пр.

Родоначальником этого направления можно считать Рольфа Диша и другого знаменитого представителя фрайбургской научной школы — Маттиаса Готца (Matthias Hotz), которые вместе спроектировали первую в мире абсолютно экологически чистую фабрику с нулевым выбросом во Фрайбурге и флагманский проект — солнечная деревня в окрестностях Фрайбурга (Solar Region Friburg, см. Рисунки 6,7). Оба проекта были приурочены к международной выставке EXPO World Exhibition 2000.

Основной целью данных проектов было дать посетителям выставки наиболее ясное представление о «солнечной архитектуре».

Рисунок 6: Solarfabrik (Solar Factory), г. Фрайбург, архитекторы: Рольф Диш, Маттиас Готц.

Рисунок 6: Solarfabrik (Solar Factory), г. Фрайбург, архитекторы: Рольф Диш, Маттиас Готц.

Рисунок 7: Solar Region Friburg - солнечная деревня в окрестностях Фрайбурга.

Рисунок 7: Solar Region Friburg — солнечная деревня в окрестностях Фрайбурга.

Во французском городе Alès (Департамент Gard), архитекторы добавили солнечный фасад, к старинной церкви 11-ого века, которая в настоящее время используется в качестве туристического офиса. Модули вписываются в общую картину здания и адаптированы к цвету и структуре исторического фасада, но, тем не менее, явно чувствуется их противопоставление и доминирование над старинной архитектурой. Архитектор - Жан- Франсуа Роже (Jean-François Rougé). Установленная мощность 9,2 кВт.

Во французском городе Alès (Департамент Gard), архитекторы добавили солнечный фасад, к старинной церкви 11-ого века, которая в настоящее время используется в качестве туристического офиса. Модули вписываются в общую картину здания и адаптированы к цвету и структуре исторического фасада, но, тем не менее, явно чувствуется их противопоставление и доминирование над старинной архитектурой. Архитектор — Жан- Франсуа Роже (Jean-François Rougé). Установленная мощность 9,2 кВт.

Рисунок 9: Herz-Jesu Kirche (Плауен, Германия, 2002). Фотоэлектрические модули были добавлены при помощи скрытой системы крепления. Черные, матовые модули производства "Solarwatt" отлично сочетаются с существующей архитектурой, одновременно, слегка добавляя элемент хай-тека. Площадь инсталляции: 160 м². Установленная пиковая мощность: 24 кВт. Выход энергии: 21.000 кВтч /в год.

Рисунок 9: Herz-Jesu Kirche (Плауен, Германия, 2002). Фотоэлектрические модули были добавлены при помощи скрытой системы крепления. Черные, матовые модули производства «Solarwatt» отлично сочетаются с существующей архитектурой, одновременно, слегка добавляя элемент хай-тека. Площадь инсталляции: 160 м². Установленная пиковая мощность: 24 кВт. Выход энергии: 21.000 кВтч /в год.

Неявная интеграция (Подчиненность)

Приблизительно на год позже проекта «Solar Region Friburg» архитектурными бюро Jourda и Perraudin был завершен проект здания «Академии последипломного образования» (Mont Cenis Academy for Further Education in Herne, см. Рисунок 40) в г. Херне (Германия).

Рисунок 10: Академия Mont Cenis

Рисунок 10: Академия Mont Cenis

Академия Mont Cenis — это государственное учреждение с большим количеством различных функций: это колледж, библиотека, офисы, гостиница, ресторан, зона отдыха, спорт зал и т.д. Конструкция состоит из деревянного каркаса, а основным ограждающим материалом является стекло в алюминиевой раме. Площадь остекления составляет 20.000м². Примерно половина остекления — это интегрированные фотоэлектрические модули разной прозрачности, обеспечивающие оптимальное освещение и затенение, и расположенные таким образом, что внутри здания на протяжении года обеспечивается мягкий средиземноморский климат.

Оставаясь в рамках разработанной Томасом Херцогом интеграционной концепции, фотовольтаика в этом проекте не бросается в глаза и практически незаметна в архитектурном облике здания. Занимая почти 10 000м² и являя собой самую большую по площади PV- интегрированную кровлю своего времени с пиковой мощностью 1 МВт, кровельная система практически не выделяется среди остального остекления, т. к. выполнена из полупрозрачных панелей и, в основном, выполняет роль светового фонаря, а выработка электроэнергии является всего лишь дополнительным «бонусом».

Рисунок 11: Церковь St. Silas, Pentonbelle, London (1860). При реставрации на кровле были установлены солнечные модули интегрированные в каменную черепицу.

Рисунок 11: Церковь St. Silas, Pentonbelle, London (1860). При реставрации на кровле были установлены солнечные модули, интегрированные в каменную черепицу.

Концепция неявной, подчиненной интеграции получила новое дыхание в проектах одной из ведущих в области BIPV компании Onyx Solar. Пожалуй, наиболее показательным проектом, выполненным этой компанией в стиле «неявной интеграции», является реконструкция кровли Традиционного рынка в г. Бехар в провинции Саламанка в Испании (см. Рисунок 12 ).

Рисунок 12: Световой просвет Традиционного рынка в г. Бехар (Bejar) в Испании. Этот световой люк способен вырабатывать 8 763 КВт/год предотвращая выброс 2.95 тонн CO2 каждый год.

Рисунок 12: Световой просвет Традиционного рынка в г. Бехар (Bejar) в Испании. Этот световой люк способен вырабатывать 8 763 КВт/год предотвращая выброс 2.95 тонн CO2 каждый год.

Компания Onyx Solar спроектировала световой фонарь, площадью 175м², из полупрозрачных тонкопленочных панелей разных расцветок. Помимо прочих достоинств, сочетание цветного стекла с прозрачными впечатляет своей эстетикой и напоминающей картины голландского живописца Пита Мондриана (Рисунок 13).

Рисунок 13: «Композиция с цветными плоскостями и серыми линиями», Пит Мондриан , 1918 год

Рисунок 13: «Композиция с цветными плоскостями и серыми линиями», Пит Мондриан , 1918 год

Имитация

Принцип имитации заключается в гармоничном интегрировании PV модулей в структуру здания, с минимизацией видимых различий между фотоэлектрическими модулями и традиционными строительными материалами. Для этой цели, как правило, используются солнечные модули, произведенные специально для данного проекта.

Форма и размер PV — модулей в этом случае зависит главным образом от формы и размера той строительной конструкции, которую они будут имитировать. И, в то время как экономическая целесообразность диктует увеличение площади установки, тем самым предопределяя форму панелей, наиболее подходящую для этой цели, архитектурная концепция имитации в числе прочего требует, чтобы размер модулей всегда был со-масштабным и соответствовал размерам традиционных материалов.

Отнюдь не все производителей фотоэлектрических модулей учитывают вышеупомянутые факторы, и по этой причине не всегда находятся компромиссные модули для успешной интеграции панелей в структуру здания. Однако, используя творческий потенциал архитекторов и проектировщиков, можно создать интересные проекты зданий любого назначения. Модули могут напоминать своим цветом и формой окна и витражи, тем самым удачно гармонируя с любым типом зданий, гармонично дополняя архитектурные решения фасада, находя применение и там, где необходим дневной свет, и там, где требуется затенение.

Такие примеры, как реконструкция частного дома 1960г. в г. Тифенброн (см. Рисунок 14) или офисное здание Marche International Office (см. Рисунок 16) недалеко от города Винтертур (Швейцария), являются яркими примерами того, какой обманчивой и незаметной может быть солнечная архитектура будущего.

Рисунок 14: Реконструкция дома для одной семьи в г.Тифенброн (Германия). Авторы: архитектурная мастерская Jost Architects (Патрик Жост). Реконструкция выполнена в 2007г.

Рисунок 14: Реконструкция дома для одной семьи в г.Тифенброн (Германия). Авторы: архитектурная мастерская Jost Architects (Патрик Жост). Реконструкция выполнена в 2007г.

Marche International Office (см. Рисунок 15) — это первое в истории офисное здание с нулевым потреблением энергии извне (Zero-Energy Building). Этот проект был удостоен европейского приза за применение интегрированных в здание солнечных модулей, т. е., фактически, за BIPV. Примечательно, что главой жюри, которое присудило зданию эту награду, был сам профессор Томас Херцог.

Marche International Office

Рисунок 15. Marche International Office

Солнечные модули, внедренные в кровлю, настолько незаметны, что на первый взгляд их очень трудно обнаружить. Серо-голубые, тонкопленочные модули полностью имитируют структуру традиционной кровли.

Рисунок 16: Офисное здание «Marce International Support Office». Beat Kampfen Office for Architecture

Рисунок 16: Офисное здание «Marce International Support Office». Beat Kampfen Office for Architecture

Еще более впечатляющим проектом выполненным в концепции «имитация» является проект экспериментального дома предложенный студентами Технического Университета немецкого города Дармштадта (см. Рисунок 17), подготовленный в рамках студенческого конкурса «Solar Decathlon 2007».

Рисунок 17: Экспериментальный дом, спроектированный студентами Технического Университета Дармштадта на "Solar Decathlon 2007"

Рисунок 17: Экспериментальный дом, спроектированный студентами Технического Университета Дармштадта на «Solar Decathlon 2007»

Рисунок 18: Элемент жалюзи экспериментального дома

Рисунок 18: Элемент жалюзи экспериментального дома

В этом, безусловно заслуживающем внимания проекте, авторы скомбинировали тонкопленочные кремниевые фотоэлектрические модули с деревянными полосками жалюзи, сделав их заметными, разве что, при ближайшем рассмотрении (Рисунок 18). Более того, согласно описанию проекта, жалюзи автоматически поворачиваются на нужный угол в зависимости от времени суток, что позволяет вырабатывать максимум энергии, одновременно создавая оптимальное затенение.

Заключение

Солнце является практически неиссякаемым источником энергии, трудно себе представить, но за пол часа Земля получает от Солнца энергию, которую все человечество потребляют в течение года. В последние годы складывается устойчивое мнение, что все потребности человечества в энергии могут быть покрыты использованием солнечной энергии. Например, очень интересный исследовательский проект Sun-Area (см. http://www.sun-area.net), утверждает, что 20% кровель во всей Германии пригодные для установки солнечных батарей, и выработанная ими мощность может полностью покрыть потребности всех домовладений страны.

Долгие годы человечество бьется над проблемой создания безопасного термоядерного реактора, что практически является попыткой воссоздать маленькую модель Солнца на Земле, и относительно мало средств и усилий прилагается для более эффективного использования энергии от уже существующего термоядерного источника — Солнца, в то время как солнечная энергия, будучи абсолютно бесплатной, в изобилии «поставляется» на большую часть земной поверхности.

К тому же, солнце это чистый с экологической точки зрения, источник энергии, который не производит ни парниковых газов, ни токсичных отходов. Новые же тенденции в архитектуре, BAPV и BIPV. показывают нам насколько обыденными и органично вписанными в нашу жизнь с эстетической точки зрения могут стать солнечные «электростанции» не занимая при этом дополнительных площадей и сведя к минимуму потери электроэнергии при ее транспортировке.

[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]