CC BY
0УДК 69.03 Красильников М.Н., Емельянова С.А., Ворона-Сливинская Л.Г.
Красильников М.Н.
студент кафедры технологии строительства Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург, Россия)
Емельянова С.А.
студент кафедры конструирования технологий швейных изделий Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна (г. Санкт-Петербург, Россия)
Ворона-Сливинская Л.Г.
профессор кафедры технологии строительства Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург, Россия)
СОВМЕЩЕНИЕ АРХИТЕКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В СОВРЕМЕННОМ ВЫСОТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Аннотация: в статье были рассмотрены энергоэффективные высотные объекты. Упомянуты методы моделирования воздушных потоков. Рассмотрено влияние объектов на культуру.
Ключевые слова: строительство, современные тенденции, современная архитектура, функциональная красота, высотное строительство, аэродинамика, ветровая турбина, ветровая энергия, преобразование энергии, энергоэффективность, экология.
1808
Испокон веков человеку не давало покоя желание обуздать все аспекты природного мира. Двигая научный и технический прогрессы, мы все больше приближаемся к этой цели, тем самым переходя к новому технологическому укладу. В данной статье, в качестве объектов изучения были приняты здания, способные совместить в себе архитектурные формы, способствующие повышению энергоэффективности посредством преобразования полезной энергии из природных сил:
Испокон веков человеку не давало покоя желание обуздать все элементы природного мира. Двигая научный и технический прогрессы, мы все больше приближаемся к этой цели, тем самым переходя к новому технологическому укладу. В данной статье, в качестве объектов изучения были приняты здания, способные совместить в себе архитектурные формы, способствующие повышению энергоэффективности посредством преобразования полезной энергии из природных сил:
• Pearl River Tower. Гуанчжоу,
• Strata Tower. Лондон,
• Bahrain World Trade Center. Королевство Бахрейн.
Pearl River Tower (рисунок 1а, б). Объект является офисным зданием, дата завершения строительства 2013 г. Стилем здания является неофутуризм. Высота небоскреба составляет 309 м, здание включает в себя 71 наземный и 5 подземных этажей, 29 лифтов, полезная площадь башни 165 840 м2, помимо этого, является одним из наиболее энергоэффективных зданий мира, способно полностью обеспечивать себя электроэнергией за счет ветрогенераторов и солнечных панелей. Архитектура здания является уникальной. Для максимальной эффективности, фасады здания спроектированы с учетом закона Бернулли. Это позволяет увеличить и скорость ветра в 2.5 раза, к тому же фасад ориентирован на встречу югу Китая, откуда дует ветер. 80% времени ветер дует с юга, остальные 20% - с севера [1]. Здание имеет 4 отдельно стоящие ветровые турбины. После ветрогенераторов, воздух направляется в систему вытяжной вентиляции небоскреба. Автор здания архитектор Гордон Джилл. По словам автора «Pearl
1809
River Tower» это не просто здание, а «высокоэффективный инструмент, сформированный солнцем и ветром».
а) б) в)
Рисунок 1. а, б) фасады «Pearl River Tower», в) аэродинамика.
Strata Tower (рисунок 2а) является жилым зданием и имеет высоту 147 м. Располагается на берегу Темзы в Лондоне. Архитектурный стиль здания хай-тек. Представляет собой 42-х этажный квартирный комплекс. Все здание обслуживают 4 лифта. Все строительство оценивается в 12 849 млн. руб. Форма здания спроектирована таким образом, чтобы максимально эффективно использовать энергию ветра. На крыше здания расположены 3 ветряные турбины с горизонтальной осью, имеющие 5 лопастей. Усиление скорости ветра происходит из-за эффекта канализации. Использование 5-ти лопастей вместо 3-х позволяет снизить уровень шума и вибрации. Три восемнадцатиметровых ветрогенератора рассчитаны на мощность 19 кВт, что позволяет обеспечить 8% потребления электричества всего здания.
а) б) в)
■I 11' ■
013 ш ____
I........-fj Ä- I : Ti
.0.40 ' |<мо
ШТЯЩё ~ЛШ-
Рисунок 2. Фасад Strata Tower и аэродинамика башни. а) Strata Tower[2], графики контура скорости башни, показывающие усиление скорости ветра для отверстий ветрогенератора с направлением ветра б) 00 в) 1800[2].
1810
Bahrain World Trade Center (рисунок 3). 50-ти этажный всемирный торговый центр является комплексом, который состоит из двух башен, соединённых между собой мостами. Архитектурный стиль здания хай-тек. Турбины расположены вдоль фасада на высотах: 60 м. 98 м. и 136 м. Поток ветра приходит с Персидского залива. Система вырабатывает порядка 1100 МВтч/год для обеспечения 11% потребности электроэнергии здания. Башни всемирного торгового цента, так же, как и предыдущие высотные здания, имеют уникальную архитектурную форму, спроектированы в форме туннеля, что позволяет направлять и ускорять ветровой поток. Каждый из 29 метровых ветрогенераторов вырабатывает 225 кВт. Высота здания составляет 204 м.
а) б)
Рисунок 3. а) фасад Bahrain World Trade Center б) аэродинамика.
Все ветрогенераторы и архитектурные формы зданий спроектированы с использованием современных средств аэродинамического анализа. В современных реалиях, при проектировании любого здания, обязательно используются различные программные комплексы, позволяющие визуализировать объект, смоделировать нагрузки на здание, рассчитать количество и стоимость материалов. Для моделирования объектов, обладающих механизмами по переработке ветровой энергии в электричество, помимо всего перечисленного, используются программы способные моделировать гидроаэродинамические процессы CFD (Computational Fluid Dynamics).
До того, как технологии достигли достаточно высокого уровня, который бы мог позволить моделировать распределение воздушных потоков, все
1811
испытания проводились при помощи аэродинамической трубы. Симуляция воздушного потока создавалась при помощи вентилятора. Для наглядности направления потоков воздушных масс использовали дым-машину. Информацию физических характеристиках ветра получают при помощи анемометра - прибор для измерения давления, скорости ветра и турбулентности.
Развитие методов моделирования позволяет в упрощенном формате выявить воздействия на здания и спроектировать их наиболее подходящим образом. В настоящие время без применения технологий компьютерного моделирования аэродинамических процессов не обходится не один крупный проект.
Нельзя недооценить культурную ценность данных объектов. Благодаря своим архитектурным формам и революционным технологическим решениям, приведенные небоскребы стали не только объектами, выполняющими свое функциональное назначение, но и народным достоянием стран. Так же здания, сочетающие в себе архитектурно-функциональную красоту, выполняют роль привлечения туристов. В Ганчужоу и Лондоне находится большое количество мест, несущих архитектурную и культурную ценности, поэтому влияние Pearl River Tower и Strata Tower мало влияет на привлечение туристов. В свою очередь, в Бахрейне, напротив, всемирный торговый центр является основной достопримечательностью и главной фотозоной города. Помимо всего перечисленного стоит отметить положительное влияние на отношение к странам, которые создали на своей территории архитектурно- функциональные объекты. Позитивный настрой присутствует, как и у жителей, так как это вызывает чувство гордости за свою страну, так и у туристов, которые в свою очередь восхищаются неординарностью и сложностью инженерных решений.
Несмотря на все плюсы, приведенные выше в России, сохраняется нейтральное положение к применению технологий ветровой энергетики в высотном строительстве. Анализируя ситуацию в стране, можно сделать вывод о том, что это направление на данный момент не является ключевым.
Архитектура возникла из потребности человека в эстетическом
1812
удовольствии. Еще тысячи лет до нашей эры человечество с освоением первых технологий начало возводить масштабные объекты по типу: Пирамиды Хеопса в Египте (146 м.), Этеменанки - зиккурат в Вавилоне (91 м.), Галикарнасский мавзолей в Турции (46 м.). Открытие новых горизонтов в развитие архитектуры позволяет возводить здания не только с более сложными архитектурными формами и высотой, но и функциональностью. Мы стоим лишь на пороге начала новой эры, совмещающей в себе стремление предков возводить гигантские объекты с как можно более сложными архитектурными формами и желание человека подчинить и извлекать выгоду из каждой силы природы в каком бы то ни было месте. Развитие человечества не прекращается, но однозначно сказать про развитие данного направления нельзя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Петухов, Валерий Борисович География Китая: учебное пособие / В. Б. Петухов. - Ульяновск: УлГТУ, 2021. - 236 с.: карты + илл;
2. Department of the Built Environment/Building Physics and Services/Den Dolech
2, 5612 AZ Eindhoven/P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven - The Netherlands. Author K. (Karin) Kompatscher Date 25 March 2015 MSc Thesis;
3. Козырев, В. В. Планетарные редукторы в составе роботов и мехатронных систем: учеб. пособие / В.В. Козырев , Владим. гос. ун-т. - Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008. - 48 с. - ISBN 978-5-89368-870-2. Л
1813
KrasilnikovM.N., EmelyanovaS.A., Vorona-SlivinskayaL.G.
Krasilnikov M.N.
St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
(St. Petersburg, Russia)
Emelyanova S.A.
St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design
(St. Petersburg, Russia)
Vorona-Slivinskaya L.G. St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
(St. Petersburg, Russia)
COMBINING ARCHITECTURAL AND FUNCTIONAL COMPONENT IN MODERN HIGH-RISE CONSTRUCTION
Abstract: the article examined energy-efficient high-rise buildings. Methods for modeling air flows are mentioned. The influence of objects on culture is considered.
Keywords: construction, modern trends, modern architecture, functional beauty, high-rise construction, aerodynamics, wind turbine, wind energy, energy conversion, energy efficiency, ecology.
1814
