CC BY
52
УДК 700-799
РЯБОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ, аспирант, ryabovalex@mail. ru
Московский архитектурный институт,
107031, г. Москва, ул.Рождественка, 11
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В ФОРМИРОВАНИИ СОВРЕМЕННОЙ АРХИТЕКТУРЫ КИТАЯ
Китайский строительный бум последнего десятилетия сопряжен с решением экологических и энергетических проблем, в том числе и с помощью освоения возобновляемых ресурсов. Интеграция объектов альтернативной энергетики в структуру зданий определяет особое экологическое направление современной архитектуры Китая.
Ключевые слова: гелиоэнергоактивное здание, гелиоколлектор, защитное экранирование, медиаполотно, материально-конструктивная структура, бионика, архитектурное формообразование, ветроэнергоактивное здание, концентрирующая поверхность, дефлекторная поверхность, полифункциональный элемент, светодиод
RYABOV, ALEKSEY VLADISLAVOVICH, P.G.,
ryabovalex@mail. ru
Moscow Architectural Institute,
11 Rozhdestvenka st., Moscow, 107031, Russia
ALTERNATIVE POWER ENGINEERING IN FORMATION OF MODERN CHINESE ARCHITECTURE
The Chinese building boom of last decade is connected with the solution of ecological and power problems by means of development of renewed resources. The integration of alternative power objects into structure of buildings defines a special ecological direction of modern Chinese architecture.
Keywords: solar powered building, solar collector, shielding, media canvas, material-constructional structure, bionic, architectural shape-forming, wind powered building, concentrating surface, deflecting surface, multifunctional element, LED (light emitted diode).
Экономический рост Китайской Народной Республики способствует стремительной урбанизации, которая, благодаря открытости китайской экономики, благоприятному инвестиционному климату и значительным объемам зарубежных капиталовложений, дала толчок для затяжного строительного бума. Концентрация данного процесса в Пекине, Шанхае, Гуанчжоу, Харбине, Тайбэе и других крупных китайских городах порождает серьезные проблемы, в первую очередь экологические и энергетические, одним из решений которых может стать альтернативная энергетика, уже занявшая прочное место в китайском топливно-энергетическом комплексе.
Власти Китая, будучи обеспокоенными энергетической и экологической ситуацией в стране, приняли курс нового экономического развития с освоением
© А.В. Рябов, 2011
различных возможностей возобновляемых источников энергии. По данным Государственного энергетического управления Китайской Народной Республики, потребление энергии внутри страны в 2009 г. составило 3,64 трлн кВт-ч энергии. Это второй показатель в мире после США. Около 10 % от этой энергии было произведено из возобновляемых источников, что характеризует Китай как одного из лидеров в области современной альтернативной энергетики [1, с. 58]. Архитектура в современном Китае, как и энергетическая промышленность, характеризуется высокотехнологичными подходами к проектированию, вбирающими в себя передовые научные идеи. По этой причине тенденции, направленные на энергосбережение, экологичность и борьбу с сырьевым кризисом, нашли свое отражение в современной китайской архитектуре. Масштабные энергетические программы и китайский строительный бум послужили причиной интеграции объектов альтернативной энергетики в структуру возведенных за последние несколько лет зданий. Примеров такого синтеза достаточно много в современном китайском архитектурно-строительном опыте. В ряде случаев средства альтернативной энергетики выступают как формообразующие элементы, определяя архитектурно-художественный образ здания.
Китай является безусловным лидером в использовании тепловой энергии солнца [1, с. 22-23]. Эта перспективная тенденция нашла свое отражение в современной архитектуре Китая, которой свойственно вбирать в себя передовые научно-технические идеи и разработки. В этом плане показательно офисное здание в китайском городе Дэчжоу, в котором нестандартный подход к расположению солнечных коллекторов в структуре здания послужил основой для создания оригинального архитектурного решения (рис. 1). Здание расположено на территории международного центра по возобновляемым источникам энергии, получившего название «Солнечный город». Оно стало популярным под названием «Дворец Солнца и Луны». Здание было сдано в эксплуатацию в ноябре 2009 г., став самым большим гелиоэнергоактивным офисным зданием общей площадью в 75 000 м2. В нем располагается штаб-квартира группы компаний по производству систем солнечного отопления «Солнечная Энергия Химин», а также отель, выставочный и научный центры. Здание состоит из двух отдельно стоящих объемов, объединенных в одну геометрическую систему. Ограждающие конструкции здания представляют собой цилиндрические поверхности, концентрически сходящиеся к общему центру. Кольцевая в плане структура (две цилиндрические втулки, одна внутри другой) как бы срезана общей секущей плоскостью с уклоном, близким к 45°, и проходящей через центральную точку композиции. Кольцевая схема не случайна, так как здание является главным элементом строящегося «Солнечного города». К его центру будут сходиться основные направления всего комплекса. С южной стороны планируется строительство небольшого парка, дополняющего радиальную форму здания, что подчеркнет его доминантное положение. Однако основным фактором в процессе формообразования здания стало использование вакуумных гелиоколлекторов. Задача заключалась в том, чтобы установить на здании как можно больше солнечных коллекторов, задав им наиболее эффективную ориентацию. Вакуумный коллектор состоит из набора стеклянных трубок с регулярным расположением. 45-градусный наклон
коллекторов и их ориентация на юг позволяют избежать затенения трубок и приблизить угол падения солнечных лучей на рабочую поверхность к прямому. Гелиоколлекторы крепятся на специальные металлические конструкции, образованные системой полукруглых ферм с радиальными связями. В результате здание оказывается под титанической солнечной станцией, напоминающей раскрытый китайский веер. Такое решение определило объемнопланировочную структуру корпусов. Большая внешняя часть «солнечного веера» накрывает три корпуса, а внутренняя часть венчает небольшой центральный корпус. Их ограждающие конструкции образованы цилиндрическими поверхностями, повторяющими форму несущих ферм, вертикальный наклон которых определяет ступенчатую структуру корпусов. Нижние этажи здания с южной стороны имеют уступчатое решение в виде террас с горизонтальными рядами коллекторов, установленных над окнами и обеспечивающих необходимое затенение помещений. «Дворец Солнца и Луны» является ярким примером синтеза гражданского здания и солнечной станции, в котором очевидна роль средств солнечной энергетики в процессе архитектурного формообразования. Стремление проектировщиков к достижению повышенной энергоэффективности здания, коэффициент энергосбережения которого составил в итоге 88 %, послужило основой для оригинальных архитектурно-художественных решений. Здание в Дэчжоу по праву считается одним из самых грандиозных реализованных экопроектов.
Рис. 1. Офисное здание в Дэчжоу, 2009
В отличие от термического преобразования солнечной энергии, в области фотоэлектрических преобразования Китай не занимает лидирующих миро-
вых позиций. Однако в Китае действуют крупнейшие в мире предприятия, производящие солнечные батареи. Достаточно назвать Suntech Power, Baoding Yingli, Ja Solar, Trina, Ningbo Solar Electric [l, табл. l4]. Тем не менее, фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии нашли широкое применение в современной китайской архитектуре. В китайско-итальянском экологическом и энергоэффективном здании (SIEEB) университета Дзинь Гуа в Пекине фотоэлектрические батареи легли в основу архитектурно-художественного и объемно-планировочного решения (рис. 2). Архитектор Марио Кучинелла трансформировал солнечную стену в сложную ярусную структуру с консольными системами экранов - солнечных батарей [2]. Здание п-образ-ной формы ориентировано открытым двором на юг. Торцы боковых крыльев решены в виде двухэтажных террас. Причем каждый второй этаж террас нависает над первым, что обеспечивает равномерное проникновение солнечных лучей. На каждой террасе консольно закреплена горизонтальная конструкция с вылетом около 6 метров, на которой монтируются 4-5 рядов солнечных батарей, выполняющих роль защитного экранирования [3]. Северная, западная и восточная стены здания выполнены в виде вертикальных плоскостей, что резко контрастирует с ажурной сложностью восточного фасада, формируя оригинальный архитектурно-художественный образ здания.
Рис. 2. Марио Кучинелла. Китайско-итальянское экологическое и энергоэффективное здание (БГЕЕБ) университета Дзинь Гуа, Пекин
В пяти километрах восточнее университета Дзинь-Гуа, рядом со спортивными сооружениями Олимпийских игр 2008 г., расположен развлекательный комплекс Xicui [4]. Девятиэтажное здание, вместившее в себя кинозал и рестораны, было завершено в 2005 году. Годом позже металлическое покрытие восточного фасада было заменено на медиаполотно размером 60x33 метра, разработанное архитектурной фирмой Simone Glostra Architects при поддержке инженерной компании ARUP. На требование заказчика оживить здание архитекторы предложили полупрозрачный фасад из фотоэлектрических модулей и светодиодов. Стремясь создать фасад, вырабатывающий свет из той же энергии, что была им поглощена, архитекторы пришли, по их словам, к «органическому решению» [5]. Им удалось достичь через медиафасад взаимодействия внутренней среды с внешним общественным пространством. Само полотно состоит из полупрозрачных стеклянных модулей с различной светопропускной способностью фотоэлементов, что определяет оригинальный рисунок на полотне в дневное время суток. В течение дня энергия, выработанная фотоэлементами и не задействованная энергосистемой здания, передается в сеть. С заходом солнца ранее выработанная энергия направляется в светодиоды. 2300 светодиодов, установленных за полупрозрачным стеклянным покрытием, делают фасад комплекса Xicui крупнейшей светодиодной стеной в мире. Не оказывая значительного влияния на объемно-планировочное решение здания, фотоэлектрические батареи занимают главенствующее положение в формировании его архитектурного облика (рис. 3).
Рис. 3. Simone Glostra Architects. Развлекательный комплекс Xicui, Пекин, 2005-2006
Так как различные трансформации материально-конструктивной структуры зданий, связанные с гелиоприемными поверхностями, как правило, направлены на повышение энергоэффективности, то для усиления эффекта одно здание может объединять в себе множество специальных приемов. К числу таких зданий следует отнести стадион Всемирных игр, построенный в 2009 г. в городе Гаосюн на юге острова Тайвань (Китайская Республика) по проекту знаменитейшего архитектора современности Тойо Ито [6]. Надземная часть здания представляет собой сложную структуру, начинающуюся от края улицы Зжёнг Хяй со стороны станции метро и, огибая петлей спортивную арену, возвращающуюся обратно к улице. Архитектор придумал стадион в виде свернувшегося змея, прибегнув к приемам бионики (рис. 4). Конструктивную основу здания составляют 92 мощные бетонные арки сложной формы, напоминающие позвонки. Внутри образованного «позвоночника» располагаются галереи и подтрибунные помещения. На арках-позвоночниках также лежит второй ярус трибун. На внешней стороне каждой бетонной арки закреплены ажурные металлические стержни, направленные в сторону арены и консольно нависающие над трибунами. 159 таких металлических стержней переплетаются сложной регулярной перекрестной системой трубчатых связей. Образующееся в результате сооружение напоминает корзину или подобное плетеное изделие. На эту структуру наложены SS44 солнечных батареи общей площадью 14 155 м2 и годовой выработкой в 1 140 тыс. кВт-ч. Диагональный рисунок, образованный солнечными батареями, напоминает чешую, что усиливает визуальное сходство со змеем или гигантским драконом. Фотоэлектрические панели покрывают только верхнюю часть конструктивной структуры, что связано с отсутствием низких солнечных лучей, ведь Гаосюн расположен на северном тропике. Однако конструкции все же слегка отвернуты таким образом, чтобы установленные на них приемные устройства могли уловить низкие лучи восходящего и заходящего солнца. В определенном смысле можно сказать, что изгиб стадиона-змея продиктован ежесуточным ходом Солнца, что сформировало его объемно-планировочное решение. Все внутреннее пространство стадиона, включая подтрибунные помещения и два подземных этажа, подчинено основному скелету здания, сформированному среди прочего и функционально-технологическими аспектами установки солнечных батарей. Сами фотоэлектрические панели выступают в роли ограждающей конструкции. Они служат навесом над трибунами, защищающим посетителей от солнца и дождя. Архитектору Тойо Ито удалось соединить в стадионе Всемирных игр передовые идеи различных направлений архитектурного формообразования на основе средств солнечной энергетики. Стадион в Гаосюне является настоящим шедевром современной архитектуры и грандиозным достижением в области альтернативной энергетики.
Ветроэнергетика играет важную роль в топливно-энергетическом комплексе Китая. Мощность всех ветряных установок на конец 2009 г. составляла 25,S гВт. Это второй показатель в мире после США. А по объему новых мощностей, введенных в том же году, Китай занял первое место [1, с. 54]. Определенный вклад внесла ветроэнергетика в архитектурный облик современного Китая. В небоскребе Pearl River Tower в китайском городе Гуанчжоу четко
прослеживаются основные принципы архитектурного формообразования ветроэнергоактивных зданий [7]. Здание было завершено в 2010 г. Проект был разработан всемирно известной компанией SOM под руководством архитектора Эдриана Смита при участии Гордона Гилла. Pearl River Tower имеет высоту 310 метров. В 71-этажном здании расположен офис национальной китайской табачной компании и другие офисные помещения, сдаваемые в аренду. Характерной чертой данного проекта являются сложные изогнутые формы ограждающих поверхностей. Южный фасад здания имеет трехчастную структуру. Он формируется тремя стеклянными объемами, изогнутыми как по вертикали, так и по горизонтали. Такая форма фасада концентрирует воздушные потоки в образующихся между стеклянными объемами щелях, в середине которых расположены выгнутые стеклянные объемы, выполняющие роль дефлекторов. Воздушные массы, разбиваясь о поверхность дефлектора, направляются в воздухозаборные отверстия, где установлены ветряные турбины [8]. Функции концентрирующей и дефлекторной поверхности выполняют элементы ограждающей оболочки здания, что характеризует ее как полифункцио-нальный элемент, который помимо своих прямых назначений является элементов ветряных установок. Оригинальная форма здания является следствием синтеза материально-конструктивных и технологических решений (рис. 5).
Рис. 4. Стадион Всемирных игр, Гаосюн, о. Тайвань (Китайская Республика), 2009. Архитектор Тойо Ито
Рис. 5. Гордон Джилл, Pearl River Tower, Гуанчжоу, Китай, 2010. Архитектор Эдриан Смит
Отражая технологическое развитие и направление научно-технической деятельности общества, современная китайская архитектура вбирает в себя передовые научные достижения. Поэтому тенденции, направленные на энергосбережение, экологичность и борьбу с сырьевым кризисом нашли свое отражение в архитектуре. Наилучшим решением проблемы является здание, само обеспечивающее себя необходимой энергией, полученной из экологически чистых возобновляемых ресурсов. Эта идея реализовывается на практике при помощи внедрения в структуру зданий средств альтернативной энергетики. Практика подобного синтеза активно используется в современной архитектурно-строительной индустрии Китайской Народной Республики. Характерной особенностью для многих интегрированных нетрадиционных установок
является то, что форма здания оказывает непосредственное влияние на эффективность их работы. Этот фактор заставляет архитекторов прибегать к архитектурным решениям, улучшающим эксплуатационные характеристики энергетической системы проектируемого сооружения. Отдельные примеры зданий, реализованных за последнее десятилетие в крупных китайских городах, объединяют в себе технические и гражданские функции, иллюстрируя тенденцию взаимодействия альтернативной энергетики с объемно-планировочными и архитектурно-художественными приемами архитектурного формообразования.
Библиографический список
1. Renewables 2010. Global Status report. Paris: REN21Secreteriat, 2010.
2. Dove, C. Beijing’s solar energy efficient building (SIEEB) / C. Dove // Modern design. - December, 2007. - P. 28-30.
3. Winkler, O. Institutsgebaude in Peking / O. Winkler // Detail. - 2007. - № 6. - P. 638-642.
4. Howard, S. A green screen for Beijing / S. Howard // Architectural record. - July, 2010. -№ 7. - P. 69-70.
5. Roberts, S. Building integrated photovoltaics. A handbook / S. Roberts, N. Guariento. - Germany, Berlin : Birkhauser, 2009. - P. 82-85.
6. Pollock, N.R. Play time. Toyo Ito. National Stadium / N.R. Pollock // Architectural record. -2010. - № 1. - P. 64-71.
7. Li, F. Pearl River Tower, Guangzhou: Fire Protection Strategies for an Energy Efficient High-Rise Building / F. Li, J. Antell, M. Reiss // CTBUH 8th World Congress, Dubai. March 3-5, 2008. - P. 716-722.
8. Frechette, R. Towards Zero Energy: A Case Study of the Pearl River Tower, Guangzhou, China / R. Frechette, R. Gilchrist // CTBUH 8th World Congress, Dubai. March 3-5, 2008. -P. 252-262.
