Энергия. Здания будущего будут более "зелеными"

18 Января 2010

Источник: Euronews © 2010

Сократить потребление энергии – это одна из наших главных целей. Офисы, торговые центры и дома будущего должны быть экологически чистыми и включать в себя последние инновационные и интеллектуальные достижения, направленные на сокращение энергетических расходов.

Урсула Эйкер, координатор проекта CITYNET:

“Сегодня уже более половины населения мира живет в городах, и это число будет и дальше увеличиваться. Поэтому проблемы городов и потребления ими энергии являются очень важными для нашего будущего”.

Зеррин Йылмаз, профессор Стамбульского технического университета:

“Здания потребляют почти половину энергии в одной стране. Поэтому если вы принимаетесь за решение проблемы энергопотребления зданий, то вы сможете решить энергетические проблемы этой страны”.

Задача Зеррин Йылмаз и Урсулы Эйкер из университетов Штуттгарта и Стамбула – сделать так, чтобы города будущего потребляли как можно меньше электроэнергии. Они сотрудничают в рамках европейского проекта, сочетая социологические исследования с лабораторным моделированием. Большая часть их исследований сосредоточена на так называемых символах городской жизни – офисных зданиях со стеклянными фасадами.

Зеррин Йылмаз:

“Это высотные и высокотехнологичные здания с очень сложными системами автоматизации. Они потребляют энергию, но даже сейчас существует много возможностей снизить потребление ими энергии благодаря различным видам пассивных стратегий”.

Пассивные системы помогают поддерживать в зданиях необходимую температуру без использования устройств, которые потребляют много энергии. Здесь, в Штуттгарте, в техническом университете с помощью этих ламп имитируют солнечные лучи, падающие в окна офисов.

Урсула Эйкер:

“Когда речь идет об отоплении, то мы знаем, что для этого необходима хорошая изоляция здания, хорошие окна, и у вас не будет проблем. Особенно в офисах, где есть так много компьютеров, освещения, людей, вещей, которые выделяют тепло. Но поддерживать прохладный воздух в этих зданиях летом, даже в Германии, где климат не слишком теплый, – это настоящая проблема”.

В среде, где все параметры контролируются, исследователи могут тестировать и различные типы систем затенения, блокирующих солнечные лучи.

Урсула Эйкер:

“Мы не только наблюдаем за тем, как функционируют жалюзи, но и изучаем различные методы в комплексе. Например, здесь у нас есть двойной фасад – за первым слоем есть второй, и там мы изучаем движение потоков воздуха, чтобы узнать сколько свежего воздуха проникает в офис. Таким образом мы исследуем не только тепловые и оптические особенности, но также и потоки воздуха в таких системах”.

Немецкий аспирант Тобиас Шульц работает со своими турецкими коллегами над реальными проектами городского развития. В специальной лаборатории исследователи воссоздали модель недавно построенного в Стамбуле центра Каньон, который включает в себя офисную башню, торговый центр и аппартаменты. Эта модель была помещена в туннель, где циркулирует воздух. Поток дыма помогает визуализировать то, как на небоскреб воздействует окружающая его среда.

Тобиас Шульц, аспирант Стамбульского технического университета:

“Если есть другие здания поблизости, то они могут воздействовать на небоскреб, который мы изучаем. Может возникать турбулентность воздуха, которая зависит также от направления ветра. Именно поэтому эта модель не должна оставаться статичной. Нас не устраивает лишь такое ее положение. Мы должны поворачивать ее и наблюдать за ней во всех возможных конфигурациях”.

Другой важный фактор – давление воздуха. В модели есть крошечные датчики, которые позволяют его измерять.

Тобиас Шульц:

“Распределение давления важно, если вы думаете о вентиляции здания. С более ветреной стороны у нас – положительное давление, а с обратной – отрицательное. Перепад давления с двух сторон вызывает циркуляцию воздуха в здании. Это может быть полезным для решения проблем, связанных с вентиляцией, а также для внутреннего охлаждения здания”.

Команда Зеррин тесно сотрудничала с архитектором здания Каньон. С помощью моделей, разработанных учеными, отдельное внимание было уделено освещению помещений. И в итоге удалось добиться лучшей энергоэффективности.

Зеррин Йылмаз:

“В настоящее время мы изучаем возможности энергосбережения главным образом за счет естественной вентиляции. Кроме того у нас есть другие темы научных исследований по эффективности использования энергии в этом здании, например фотовольтаическое оборудование для производства электричества от солнца или более эффективные жалюзи для сокращения использования кондиционера и энергосбережения. Мы работаем также над рядом математических моделей, чтобы увидеть соотношение между потреблением энергии и комфортом”.

Чтобы получить четкую картину того, как энергия для охлаждения и нагревания будет использоваться в городе, ученые создали искусственное небо. Макеты зданий помещают внутрь, чтобы увидеть, как на их фасадах свет сменяется тенью в течение дня. Лампы большой мощности выполняют функции солнца. Чтобы еще больше приблизиться к реальности, можно увеличить освещение.

Урсула Эйкер:

“Небо никогда не бывает одинаково ярким. Обычно более яркие участки есть только вокруг солнца. Горизонт более светлый, и мы должны быть в состоянии воссоздать это явление реалистично, чтобы мы могли сказать, что зданиям достаточно света”.

Искусственное небо использовалось для изучения Парка Шарнхаузера недалеко от Штуттгарта. Здесь исследователи изучали, как расстояние между зданиями влияет на количество солнечного света, которое они получают. В этом парке экоэффективных методов достаточно, в том числе и для этих офисов, которые порой нужно охлаждать. Система охлаждения находится в его подвале. Она преобразует тепло из биомассы в охлаждающую жидкость, которая затем по трубам поступает на этажи. Для регулирования внутренней температуры используется прогноз погоды. Парк Шарнхаузера – это особый случай. Но для достижения экономии энергии в больших масштабах необходимы очень тщательная подготовка и планирование.

Зеррин Йылмаз:

“Мы должны найти оптимальные решения еще на стадии проектирования. Нужно протестировать различные сценарии при проектировании здания, чтобы найти наилучшее решение в области энергоэффективности. Если получится найти лучшие решения, то для таких типов зданий можно будет сэкономить 50% энергии. А это – огромное количество, потому что они потребляют много электроэнергии и природного газа для отопления, кондиционирования, освещения и так далее”.

Эти исследователи изучают, как лучше применять такие методы, как пассивное охлаждение и естественная вентиляция в реальной жизни в крупных городах. Их цель – применение этих методов не только в отдельных зданиях, но и в обширных городских районах. Однако энергоэффективность – это не просто научно-технический вопрос, это также – социальная проблема.

Урсула Эйкер:

“Строительные стандарты сегодня достаточно высоки, но эффективность уже возведенных зданий неоптимальна. Мало кто заботится о системах отопления и вентиляции в этих зданиях, о том, в нужное ли время включается и выключается система охлаждения. Очень много энергии потребляет система вентиляции, и когда в здании никого нет, она работает впустую. То же самое касается не выключенного освещения. Все это зависит от пользователей – они должны понять, что могут реально экономить энергию”.

Развитие городских энергоэффективных зданий – относительно новая сфера деятельности ученых. Для того, чтобы эти здания действительно помогали экономить энергию, необходимо, чтобы этой идеей прониклись и те, кто там живет и работает.