CC BY
20
АРХИТЕКТУРА
АРХИТЕКТУРНЫЕ И ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ВЫСОТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С ПРАКТИЧЕСКИ
НУЛЕВЫМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ БАЛАНСОМ Мейрембаев А.С. Email: Meirembayev674@scientifictext.ru
Мейрембаев Алишер Серикжанулы - бакалавр искусства по архитектуре, магистрант,
кафедра архитектуры, Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: оптимизация потребления и распределения ресурсов, а также повышение эффективности управления энергопотреблением являются приоритетными задачами для экономики большинства стран. Проблемы мировой энергетики требуют инновационных решений в области строительства высокоэнергоэффективных зданий на основе альтернативных видов топлива. При помощи архитектурных и инженерных решений здание может автономно производить количество энергии, необходимое для его правильного функционирования. Данная статья развивает концепцию высотного здания с практически нулевым потреблением энергии.
Ключевые слова: энергоэффективность, энергопотребление, альтернативные виды топлива, нулевое потребление.
ARCHITECTURAL AND ENGINEERING SOLUTIONS FOR HIGH-RISE RESIDENTIAL BUILDINGS WITH VIRTUALLY ZERO ENERGY BALANCE Meirembayev A.S.
Meirembayev Alisher Serikzhanyly - Bachelor of Arts in Architecture, Undergraduate Student,
ARCHITECTURE DEPARTMENT, KAZAKH NATIONAL RESEARCH TECHNICAL UNIVERSITY NAMED AFTER K.I. SATPAYEV, ALMATY, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: оptimization and resource allocation, as well as improving the efficiency of energy management are priority objectives of the economy of most countries. The problems of world energy require innovative solutions in the field of construction of high-energy efficient buildings based on alternative fuels. With the help of architectural and engineering solutions, a building can autonomously produce the amount of energy needed for its proper functioning. This article develops the concept of a high-rise building with virtually zero energy consumption.
Keywords: energy efficiency, energy consumption, alternative fuels, zero consumption.
УДК 620.3
Эффективное управление энергопотреблением является одной из жизненно важных проблем в современном мире. Согласно ежегодному докладу IEA о состоянии глобальной энергетики и выбросов CO2, потребление ископаемого топлива во всем мире в 2018 году увеличилось на 2,3% (почти в два раза выше среднего показателя роста в 2010 году), что составляет 70% общего количества потребляемой энергии. В результате выбросы CO2 увеличились на 1,7% в 2018 году и установили новый рекорд. В то же время использование возобновляемых источников росло двузначными темпами, но все еще недостаточно быстро.
Архитектурно-конструктивным решением данной проблемы является разработка концепции «Чистая нулевая энергия здания» [1, 2]. При его широкомасштабном внедрении основной недостаток - высокое энергопотребление - будет устранен. Эта идея особенно актуальна для высотных зданий. По данным Совета по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH), общее количество высотных зданий высотой более 100 м составляет большинство объектов в мире. Такие факты свидетельствуют о востребованности такого типа сооружений, поскольку они экономически целесообразны из-за высокой стоимости земли и растущего населения. Тем не менее, его основным недостатком всегда были огромные затраты на потребление энергии [3].
Предлагаемый проект представляет собой концепцию высокоэффективного многоэтажного жилого дома с энергопотреблением, стремящимся к нулю. Достижение нулевого энергетического баланса здания основано на концепции, согласно которой здание способно удовлетворить большинство своих потребностей в энергии благодаря географически доступным, экологически чистым, возобновляемым источникам энергии. Целью проекта является создание энергоэффективного многоэтажного жилого здания, которое будет самостоятельно производить необходимое количество энергии для полноценной работы. Это может быть достигнуто только в результате совместной работы архитектора и инженера, основанной на оптимизации градостроительных, климатических, инженерных, структурных факторов. Основная задача - создать комфортный внутренний микроклимат с максимальным использованием возобновляемых источников тепла и электричества. В этом проекте жилого здания теплоснабжение, кондиционирование и подогрев воды обусловлены геотермальным отоплением с использованием теплового насоса, а подача электроэнергии - работой трех генераторов, приводимых в движение паром, а также гидрогенератором, работающим из-за увеличенного потока бытовой воды. Дополнительная электрическая энергия будет производиться с помощью фотоэлектрических панелей [4]. Если произведенная энергия здания не удовлетворяет необходимый уровень потребления в определенный промежуток времени, тогда используются традиционные источники энергии. А когда собственное производство энергии может превысить потребности здания, излишки экспортируются во внешнюю энергосистему и организуются в ее локальные хранилища, что позволяет обеспечить энергией ближайшие объекты. Избыток энергии определяется в широком смысле как количество энергии, оставшееся после учета затрат на получение энергии [5].
Тип высотных зданий с несколькими возобновляемыми источниками энергии как вид устойчивой архитектуры позволяет создавать решения для планирования пространства, которые целенаправленно повышают эффективность работы установок за счет альтернативного источника питания. За основу можно взять односекционный гражданский дом с наземной частью высотой 75 метров, подземная часть которого утоплена на 8 метров, а в подвале имеется необходимое инженерное оборудование. Это также существенно влияет на форму здания, отражает развитую стилобатную часть и планировочную структуру. В результате этот объект имеет широкий пролет и квадратную форму со стороной 33 метра [6]. Сочетание этих решений позволяет разместить больше квартир (с учетом условий всех шести квартир) без удлинения нежилых коммуникаций. Выработка энергии из возобновляемых источников с использованием оборудования, расположенного в здании, обеспечивает наибольшую стабильность инженерных систем. В подвале центрального цилиндрического объема находится комплекс оборудования для подготовки горячей воды, который включает в себя следующие основные элементы: тепловые насосные установки, резервуары для горячей воды, систему сбора низкосортной тепловой энергии почвы и тепло отводимого вентиляционного воздуха, утилизация отработанного тепла, гидрогенератор, циркуляционные насосы, измерительные приборы [7].
Главная башня является примером высотного здания с таким типом отопления. Это 56-этажный небоскреб в районе Инненштадт во Франкфурте, Германия. Тепловой насос работает совместно с утилизатором. Переработка и повторное использование большей
части энергии сточных вод позволит сэкономить тепловую энергию. Поскольку режим работы тепловых насосов, который использует тепло земли, является постоянным, а потребление горячей воды является переменным, система горячей воды оснащена аккумуляторным баком. И второй пример - Башня Страты. Это самое высокое жилое здание в центре Лондона высотой 147,9 м. Три ветряные турбины диаметром 9 м имеют номинальную мощность 19 кВт каждая и, как ожидается, будут производить 50 МВтч электроэнергии в год. Независимый анализ, проведенный компанией Integrated Environmental Solutions (IES), показал, что дом должен добиться сокращения выбросов CO2 на 73,5% по сравнению со стандартом строительных норм.
Революция в энергопотреблении произойдет, когда мы начнем использовать всю полученную энергию и восстановим ее излишки. Чтобы максимизировать повторное использование воды для бытового потребления, в сочетании с аккумуляторной батареей (которая используется в качестве источника бесперебойного питания) работает дополнительное гидроэнергетическое оборудование. Это гидравлическая турбина, которая преобразует энергию бытовых сточных вод в электричество. Использование солнечной энергии целесообразно не только в районах с преобладающим количеством солнечных дней, но и в районах со средним значением ранее упомянутых дней. Современные панели могут перерабатывать энергию как в ясную, так и в облачную погоду и даже ночью, но с меньшей эффективностью [8].
Высотное здание, как правило, является исключительным объектом. Конструктивные, инженерные, энергетические и другие системы разрабатываются для каждого отдельного случая. Это стимулирует развитие научно-технического прогресса. Существенный синергетический подход важен при проектировании современных высотных зданий. Синергия - это преимущество, которое возникает, когда суммарный эффект взаимодействия двух или более факторов характеризуется тем, что их действие значительно превышает влияние каждой отдельной части. Целое больше, чем сумма его частей. Таким образом, сочетание нескольких возобновляемых источников энергии и совместного подхода архитектора и инженера к эксперименту в отношении зданий с чистым нулевым энергетическим балансом будет представлять наивысший уровень квалификации при составлении уникальной комбинации существующих устройств и систем для достижения Основные цели - энергосбережение и энергоэффективность [9].
Список литературы /References
1. Кроули Д., Плесс С., и Троцеллини П. Как добраться до чистого нуля // Ashrae Journal. 51 (9), 2009. 18-25 стр.
2. Энергетическая производительность зданий=Directive 2010/31/EU on the energy Performance of buildings (recast), 2012.
3. Холл С., Бэлогх С. Каким должно быть устойчивое общество?// Ashrae Journal. 51 (9), 2009. 26-47 стр.
4. Мерфи Д. Устойчивые здания// Мельбурн, 2012.
5. Колпаков А.И. Инверторная платформа SEMI-KUBE — quadratisch, praktisch, gut! // Компоненты и технологии, 2005. № 6.
6. Энергоэффективные здания / Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин. М.: АВОК-Пресс, 2003. 200 с. : цв. ил. (Техническая б-ка НП "АВОК"). Библиогр. С. 192.
7. Табунщиков Юрий Андреевич. Зарубежный опыт инженерного оборудования высотных зданий / Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин. С. 254-265.
8. Архипцев Александр Валерьевич, Игнаткин Иван Юрьевич, Курячий Максим Геннадьевич. Эффективная система вентиляции // Вестник НГИЭИ, 2013. № 8 (27).
9. Семикин П. Принципы формирования архитектуры высокоэффективных зданий, 2005.
