CC BY
42
Особенности проектирования солнечных домов на примере международного конкурса Solar Decathlon-2009
А.О.Погонин
О вопросе энергосбережения и энергоэффективности жилых зданий задумываются архитекторы многих стран мира. Решением проблемы нехватки нефти и газа становится переход на альтернативные возобновляемые источники энергии. На основе современных инженерных разработок в сфере получения энергии создаются новые типы жилых зданий, использующих энергию солнца и ветра, применяются архитектурно-планировочные решения, направленные на эффективность использования альтернативных источников и экономию полученной энергии. Все чаще государственные структуры обращают внимание на проблемы экологии и энергосбережения, привлекаются специалисты разных стран, проводятся специальные конкурсы и семинары, что свидетельствует о значимости обсуждаемого вопроса.
В октябре 2009 года были подведены итоги международного архитектурного и инженерного конкурса Solar Decathlon («Солнечное десятиборье»), проводимого Министерством энергетики США и Национальной лабораторией по возобновляемым источникам энергии. История Solar Decathlon начинается с 2002 года, тогда в конкурсе приняло участие 14 команд, и с тех пор он проводится через каждые два года. Целью конкурса является привлечение внимания к проблемам энергосбережения и получения возобновляемой энергии. Открытая для общественности аллея участников конкурса позволяет посетителям бесплатно ознакомиться с представленными проектами, побывать внутри каждого солнечного дома, посетить семинары, в которых подробно рассказывается обо всех деталях проектов, инженерных и архитектурных решениях, системах жизнеобеспечения. Таким образом поднимается уровень знаний студентов и преподавателей об энергоэффективных приемах в проектировании жилых домов, уменьшающих экономические затраты и увеличивающих экологичность зданий. С 2002 года в конкурс были вовлечены 92 команды, состоящие из студентов и преподавателей архитектурных и технических вузов. За это время в десятиборье было зарегистрировано 15000 участников из различных стран мира [1].
В конкурсе 2009 года приняли участие 800 студентов из 20 колледжей и университетов, представляющих США, Канаду, Германию и Испанию. Главной задачей конкурса стало проектирование и постройка малоэтажного солнечного жилого дома с низким энергопотреблением. В итоге на Национальной аллее в Вашингтоне появился целый поселок, состоящий из 20 домов, получающих и перерабатывающих солнечную энергию. Каждая команда оценивалась по 10
номинациям (отсюда и название «десятиборье») и набирала баллы в общий рейтинг проекта. Проекты проходили следующие оценочные этапы: архитектура, комфорт (интерьер), проектная документация, коммуникации (инженерное оборудование), климатический комфорт, бытовые приборы, горячая вода, освещение, общий баланс энергии, мобильность. В финале конкурса 15 членов жюри выбрали лучший проект, представляющий наиболее эффективное решение как с архитектурной, так и с инженерной точки зрения.
Главная аллея Вашингтона, на которой располагаются основные ведомства и министерства, превратилась на период финала в энергоэффективный поселок, вначале напоминающий рынок строительных материалов, а потом - комплекс мобильных жилых зданий. Участникам из Америки организовать работу было немного проще - ведь их готовый дом, спроектированный и построенный на территории университета, нужно было перевозить не так далеко, как, например, участникам из Испании или Пуэрто-Рико. Студенты Мадридского университета представили на конкурс проект под названием «Sigue el Sol» (по-испански «Следующий за солнцем»), а студенты из Сан-Хуана - проект под названием «CASH» - Caribbean Affordable Solar House, что переводится как «Карибский доступный солнечный дом» (рис. 1).
В основе главного принципа испанского дома заложена система солнечных батарей с водяными нагревательными коллекторами, так называемая «фотогальваническая пирамида» на 14,9 кВт. Система установлена на центральной оси вращательного механизма, что делает ее подвижной, с возможностью изменения угла наклона. Дом легко перевезти на другое место, так как он состоит из трех частей-модулей, которые перемещаются по специальным рельсам. «Sigue el Sol» обеспечивает жильцов энергией при минимальном потреблении на обслуживание солнечной системы. По словам одного из авторов проекта Ирен Гарридо (Irene Garrido), дому не требуется постоянный поток солнечных лучей, специальные светоотражатели могут поглощать и обычный дневной свет. В конструктивном решении дом наделен особой системой управления полами. При нажатии на кнопку полы сдвигаются таким образом, чтобы дом был устойчивым на любой неровной поверхности. Стоимость дома, площадь которого 45 квадратных метров, составляет 250 тыс. долларов, из них стоимость кровельной солнечной системы - 150 тыс. долларов. В течение 15 лет кровельная система служит исправно, полностью окупая себя за это время. В интерьере дома присутствуют трансформативные решения, так, например, сте-
2 2010
33
Рис. 1. Проекты солнечных домов: а) «Sigue el Sol», Университет Мадрида, Испания; б) «CASH», Университет Сан-Хуана, Пуэрто-Рико
34 2 2010
на, на которой висит телевизор, нажатием рычага опускается и превращается в двуспальную кровать [2].
Солнечный дом «CASH» в плане представляет собой так называемую L-форму, собираемую из двух блоков, которые образуют внутренний дворик. Естественное освещение и
бриз Карибского моря являются основным источником получения энергии. Солнечная система создана из ряда установленных на крыше кремниевых фотогальванических ячеек на 10,4 кВт, с углом наклона почти 90%. К элементу кровли относится система вакуумных водяных прозрачных труб,
Рис. 3. Проект «Gable House», Университет штата Иллинойс, США
2 2010 35
которые являются дополнительным тепловым источником в ночное время [3].
В финале конкурса были определены три лучших проекта, набравших высшие баллы. Как и в 2007 году, победителем стала команда Германии из Технического университета Дармштадта, представившая проект «surPLUShome», второе место занял проект «Gable House» («Фронтонный дом») Университета штата Иллинойс, третье место было отдано проекту «Refract House» («Светопреломляющий дом») команды из Калифорнии.
Студенты Университета Санта-Клары и Калифорнийского колледжа искусств объединились в команду, чтобы создать энергоэффективный жилой дом, который оборудован электронной системой контроля энергопотребления [4]. Большинство окон дома выходят на юг, а форма в плане организует пространство внутреннего двора. Дом в калифорнийском климате не требует дополнительного отопления, солнечные коллекторы и резервуары на кровле для приема дождевой воды полностью обеспечивают жилище энергией и теплом. Электронная система мониторинга позволяет управлять температурой и освещением. Две группы солнечных коллекторов вырабатывают 8,1 кВт постоянного тока, а специальные преобразователи перерабатывают его в перемен-
ный ток. В интерьере используется встроенная трансформируемая мебель (рис. 2).
Команда из Иллинойса с проектом «Gable House» ставит перед собой цель доказать, что можно совмещать современные технологии и традиционные формы жилого дома. Фронтонный дом имеет вентилируемый деревянный фасад, хорошо утеплен и изолирован от атмосферных осадков и грунтовых вод, теплопотери сведены к минимуму, благодаря чему он использует на 90% меньше энергии, чем обычный дом. Электроэнергия производится солнечными панелями и составляет 9,1 кВт [5]. В плане дом представляет собой прямоугольник, строго разделенный на функциональные зоны: спальня, кухня, гостиная, а фасад выполнен в стиле обычного деревенского дома с ярко выраженной двускатной кровлей, на которой установлена система панелей, принимающих и перерабатывающих солнечную энергию (рис. 3).
Проект «surPLUShome» команды из Дармштадта, состоящей из 24 студентов во главе с Сардикой Майер (Sardika Meyer), стал лучшим на конкурсе 2009 года. Дом представляет собой достаточно сложный с инженерной точки зрения проект. Двухэтажный куб, стены которого состоят из энергоемкого материала, полностью обеспечивает себя теплом с помощью специального котла, объединенного в систему с
Рис. 4. Победитель конкурса Solar Decathlon-2009 проект «surPLUShome» («Cube House»), Технический университет Дармштадта, Германия
36 2 2010
насосом, который подает в дом горячую воду. Создавая дом, команда действовала в соответствии с четко определенной целью: функциональное использование каждого сантиметра свободной поверхности. Почти вся поверхность дома задействована в получении энергии. Кровля представляет собой фотоэлектрическую систему, состоящую из 40 микрокристаллических кремниевых панелей, а стены обшиты тонкопленочными панелями (рис. 4). Совокупная мощность системы покрывает 200% энергетических потребностей жильцов.
Тонкопленочные панели, будучи менее продуктивными, чем обычные кремниевые, спроектированы таким образом, чтобы в пасмурную погоду работать эффективнее. Продемонстрировать эту идею в действии команде из Германии удалось на пятый день конкурса, когда небо затянуло облаками и пошел дождь. Выработка энергии других домов, участвующих в конкурсе, заметно снизилась, а «surPLUShome», или, как его сразу прозвали на конкурсе, «Cube House» продолжал генерировать энергию в размере 12,68 кВт и экспортировать в сеть 0,35 кВт [6]. Во время дождя работа по получению энергии была передана системе пленочных панелей. Это стало решающим фактором в определении победителя. Проект «surPLUShome» также был признан лучшим в номинациях «архитектура», «климатический комфорт», «общий баланс энергии».
Кроме вышеперечисленных команд в конкурсе приняли участие команды из университетов Аризоны, Массачусетса, Миссури, Кентукки и др. Все проекты, представленные на конкурсе, являются полноценными жилыми домами, которые можно приобрести и использовать. Так, например, проект команды из Корнуэльского университета, участвовавшей в конкурсе 2007 года, был приобретен сразу после завершения работы выставки, а студенты - авторы проекта открыли свою архитектурную фирму «Independence Energy Homes», проектирующую энергоэффективные жилые дома.
Следующий конкурс «Солнечное десятиборье» состоится в октябре 2011 года. Заявки на участие уже подали команды из Китая, Новой Зеландии, Канады, Бельгии и США.
Литература
1. The U.S. Department of Energy Solar Decathlon/[Электрон-ный ресурс]. Режим доступа: http://www.solardecathlon.gov/
2. Universidad Politecnica de Madrid. Team Spain/[Электрон-ный ресурс]. Режим доступа: http://www.solardecathlon.upm.es/
3. Is Green. Caribbean Affordable Solar House/[Электрон-ный ресурс]. Режим доступа: http://www.casasolar.uprrp.edu/
4. Refract house. Project Manual/Santa Clara University, California College of the Arts, 2009.
5. An American Icon Reborn. GABLE-Project Manual/ University of Illinois, 2009.
6. Sonniges Wohnen hat Zukunft. ESSEN zeigt solare Baukultur. Das Plus-Energie-Haus/Technische Universutat Darmstadt, Fachbereich Architektur, 2010.
Features of Designing of Solar Houses, the International
Competition «Solar Decathlon» Being the Example.
By A.O.Pogonin
Architects from many countries of the world think over the question of power savings and power efficiency of residential buildings. Transition to alternative renewed energy sources is the decision of the problem of shortage of oil and gas. On the basis of modern engineering development in sphere of reception of energy the new types of residential buildings using energy of the sun and the wind are created, decisions directed on efficiency of use of alternative sources and economy of received energy architectural decisions are applied. Even more often state structures pay attentionto to problems of ecology and power savings, experts of the different countries are involved, special competitions and seminars are held that proves the importance of the question of transition to alternative energy sources and their effective use in apartment houses.
Ключевые слова: солнечный дом, международный архитектурный конкурс «Солнечное десятиборье», альтернативные источники энергии.
Key words: solar house, the international architectural competition «Solar Decathlon», alternative energy sources.
2 2010
37
