Войти
Гелиотроп вращается вокруг себя, отслеживая Солнце. Солнечная архитектура - это архитектурный подход, который учитывает Sun использует чистую и возобновляемую солнечную энергию. Это относится к областям оптики, термики, электроники и материаловедения. В солнечной архитектуре используются навыки активного и пассивного строительства солнечного жилья.
Использование гибких тонкопленочных фотоэлектрических модулей обеспечивает плавную интеграцию со стальными кровельными профилями, улучшая дизайн здания. Ориентация здания на Солнце, выбор материалов с благоприятной тепловой массой или светорассеивающими свойствами, а также проектирование пространств с естественной циркуляцией воздуха также составляют солнечную архитектуру.
Первоначальное развитие солнечной архитектуры было ограничено жесткостью и весом стандартных солнечных батарей. Непрерывное развитие фотогальванических (PV) тонкопленочных солнечных батарей привело к появлению легкого, но надежного транспортного средства, использующего солнечную энергию для снижения воздействия здания на окружающую среду.
Идея проектирования пассивных солнечных зданий впервые появилась в Греции примерно в пятом веке до нашей эры. До того времени основным источником топлива для греков был древесный уголь, но из-за сильной нехватки дров для сжигания они были вынуждены найти новый способ обогрева своих жилищ. Руководствуясь необходимостью, греки произвели революцию в дизайне своих городов. Они начали использовать строительные материалы, поглощающие солнечную энергию, в основном камень, и начали ориентировать здания так, чтобы они смотрели на юг. Эти перевороты в сочетании с выступами, защищающими от палящего летнего солнца, создали конструкции, требующие минимального нагрева и охлаждения. Сократ писал: «В домах, обращенных на юг, солнце зимой проникает через портик, а летом путь солнца проходит прямо над нашими головами и над крышей, так что есть тень».
С этого момента большинство цивилизаций сориентировали свои строения так, чтобы обеспечивать тень летом и обогрев зимой. Римляне усовершенствовали дизайн греков, покрывая окна, выходящие на южную сторону, различными типами прозрачных материалов.
Еще одним более простым примером ранней солнечной архитектуры являются пещерные жилища в юго-западных регионах Северной Америки. Подобно греческим и римским зданиям, скалы, на которых коренные жители этого региона строили свои дома, были ориентированы на юг с нависанием, защищающим их от полуденного солнца во время в летние месяцы и захватить как можно больше солнечной энергии зимой.
Активная солнечная архитектура включает в себя перемещение тепла и / или холода между временным накопителем тепла и зданием, как правило, в ответ на сигнал термостата. вызовите тепло или прохладу в здании. Хотя этот принцип кажется полезным в теории, на практике серьезные инженерные проблемы помешали почти всей активной солнечной архитектуре. Самая распространенная форма активной солнечной архитектуры, хранилище в скальном грунте с воздухом в качестве теплопередающей среды, обычно вырастала токсичную плесень в каменном дне, которая вдувалась в дома вместе с пылью и радоном в некоторых случаях.
Более сложное и современное воплощение солнечной архитектуры было представлено в 1954 году с изобретением фотоэлектрического элемента компанией Bell Labs. Ранние элементы были крайне неэффективными и поэтому не использовались широко, но на протяжении многих лет государственные и частные исследования повысили эффективность до такой степени, что теперь они стали жизнеспособным источником энергии.
Университеты были одними из первых зданий, принявших идею солнечной энергии. В 1973 году Университет штата Делавэр построил Solar One, который стал одним из первых в мире домов на солнечной энергии.
Поскольку фотоэлектрические технологии продолжают развиваться, создание солнечной архитектуры становится все проще. В 1998 году Субхенду Гуха разработал фотоэлектрическую черепицу, а недавно компания Oxford Photovoltaics разработала перовскитные солнечные элементы, достаточно тонкие, чтобы их можно было встроить в окна. Хотя окна еще не масштабированы до размера, который можно было бы использовать на коммерческом уровне, компания считает, что перспективы многообещающие. В заявлении о миссии компании говорится: «Более того, за счет развертывания солнечных батарей в областях, где солнечная энергия традиционно испытывала трудности, например, стеклянные фасады высотных коммерческих или жилых зданий. В обоих случаях, позволяя солнечной энергии вносить значительный вклад более высокая доля электроэнергии, чем это возможно сегодня, и помогает позиционировать фотоэлектрическую энергию как важный фактор на мировом рынке энергии ».
Теплица в Канаде A теплица сохраняет тепло от солнца. В теплице с двойным остеклением возникают три эффекта: отсутствие конвекции (блокирование воздуха), удержание лучей (земля поглощает фотон, излучает его с более низкой инфракрасной энергией, а стекло отражает это инфракрасное излучение на землю) и низкая проводимость (двойное остекление).). Кажется, что эффект конвекции является наиболее важным, поскольку теплицы в бедных странах делают из пластика.
Теплицу можно использовать для выращивания растений зимой, для выращивания тропических растений, в качестве террариума для рептилий или насекомых или просто для комфорта воздуха. Его нужно проветривать, но не слишком сильно, иначе конвекция сделает внутреннее пространство холоднее, потеряв желаемый эффект. Теплицу можно комбинировать с накопителем тепла или непрозрачной маской.
Фототермические модули на крыше Фототермические модули преобразуют солнечный свет в тепло. Они легко нагревают бытовую воду до 80 ° C (353 K). Их ставят лицом к солнечной стороне света, а не к горизонту, чтобы летом не перегреваться, а зимой потреблять больше калорий. В месте под 45 ° северной широты модуль должен быть обращен на юг, а угол к горизонтали должен составлять около 70 °.
Использование промежуточных солнечных систем отопления, таких как вакуумные трубы, составной параболический и параболический желоб, обсуждается, поскольку они соответствуют конкретным промежуточным потребностям. Заказчик, которому нужна дешевая система, предпочтет фототермическую, обеспечивающую горячую воду 80 ° C (353 K) с эффективностью 70-85%. Заказчик, которому нужны высокие температуры, предпочтет солнечную параболу, дающую 200 ° C (573 K) с эффективностью 70-85%.
Сделай сам. Фототермические модули дешевле и могут использовать спиральную трубу с горячей водой, идущей из центра модуля. Существуют и другие геометрические формы, например, змеевик или четырехугольник.
Если на плоской крыше, перед фототермическим модулем можно поставить зеркало, чтобы дать ему больше солнечного света.
Фототермический модуль стал популярным в странах Средиземноморья: Греция и Испания насчитывают 30-40% домов, оборудованных этой системой, и становятся частью ландшафта.
Фотоэлектрическая черепица на крыше Фотоэлектрические модули преобразуют солнечный свет в электричество. Классические кремниевые солнечные модули имеют КПД до 25%, но они жесткие и их нелегко разместить на изгибах. Тонкопленочные солнечные модули гибки, но имеют меньшую эффективность и срок службы.
Фотогальванические плитки сочетают в себе полезное и приятное, создавая фотоэлектрические поверхности, похожие на плитку.
Прагматическое правило - располагать фотоэлектрическую поверхность лицом к солнечной стороне света под углом, равным широте к горизонтали. Например, если дом расположен на 33 ° южной широты, фотоэлектрическая поверхность должна быть обращена на север под углом 33 ° к горизонтали. Из этого правила вытекает общий стандарт угла наклона крыши, который является нормой в солнечной архитектуре.
Простейшая система солнечного нагрева воды - это поместить накопительный резервуар для горячей воды по направлению к Солнцу и покрасить его в черный цвет.
Толстый камень в теплице сохранит тепло всю ночь. Камень будет поглощать тепло днем и выделять его ночью. Вода имеет лучшую теплоемкость для обычного материала и остается верным значением.
В автономных (автономных) фотоэлектрических системах батареи используются для хранения избытка электроэнергии и доставки ее, когда это необходимо в ночное время.
Подключенные к сети системы могут использовать межсезонное накопление благодаря гидроаккумулирующей гидроэлектроэнергии. Также изучается инновационный метод накопления накопление энергии сжатым воздухом, который может быть применен в масштабе региона или дома, независимо от того, используется ли пещера или резервуар для хранения сжатого воздуха.
Церковь с белыми стенами на Санторини На греческих островах дома окрашены в белый цвет, чтобы не поглощать тепло. Белые стены, покрытые известью, и синие крыши делают традиционный стиль греческих островов ценным для туристов за его цвета, а жители - за более прохладный внутренний воздух.
Дом с черными стенами в Норвегии В северных странах все наоборот: дома окрашены в черный цвет, чтобы лучше поглощать тепло излучения. Базальт - интересный материал, поскольку он имеет естественный черный цвет и обладает высокой теплоемкостью.
Часть или весь дом может отслеживать движение Солнца в небе, чтобы поймать его свет. Гелиотроп, первый в мире дом с положительной энергией, вращается, чтобы улавливать солнечный свет, преобразованный в электричество с помощью фотоэлектрических модулей, обогревающих дом через полупрозрачное стекло.
Для отслеживания нужны электроника и автоматика. Есть два способа сообщить системе, где находится Солнце: инструментальный и теоретический. Инструментальный метод использует захватчики света для определения положения Солнца. Теоретический метод использует астрономические формулы для определения места Солнца. Одно- или двухосевые двигатели заставят Солнечную систему повернуться лицом к Солнцу и улавливать больше его солнечного света.
Фотоэлектрический или фототермический модуль может получить более 50% продукции благодаря системе отслеживания.
Гелиодом летом имеет тень, а зимой солнечный свет Иногда тепло становится слишком сильным, поэтому может быть желательна тень. Гелиодом был построен таким образом, что крыша закрывает солнце летом, чтобы избежать перегрева, и пропускает солнечный свет зимой.
В качестве маски можно использовать любой непрозрачный материал. Штора, обрыв или стена могут быть солнечными масками. Если перед теплицей поставить лиственное дерево, оно может скрыть теплицу летом и пропускать солнечный свет зимой, когда листья опадают. Тени не будут одинаковыми в зависимости от сезона. Использование сезонных изменений для получения тени летом и света зимой - общее правило для солнечной маски.
A солнечный дымоход - это дымоход снаружи черного цвета. Они использовались в древнеримской античности как вентиляционная система. Благодаря черной поверхности дымоход нагревается солнечным светом. Воздух внутри нагревается и поднимается вверх, выкачивая воздух из-под земли, то есть при температуре 15 ° C (288 K) круглый год. Этот традиционный теплообменник воздух-земля использовался для охлаждения домов летом и мягкой зимой.
Солнечный дымоход может быть соединен с бадгиром или деревянным дымоходом для большего эффекта.
Солнечная парабола Ауровиля Солнечная парабола - это параболическое зеркало, которое концентрирует солнечный свет для достижения высоких температур. В коллективной кухне Ауровиля большая солнечная парабола на крыше обеспечивает тепло для приготовления пищи.
Солнечная парабола также может использоваться для промышленного строительства. Солнечная печь Одейло, одна из самых больших солнечных парабол в мире, концентрирует солнечный свет в 10 000 раз и достигает температуры выше 3200 К. Ни один материал не сопротивляется, даже алмаз плавится. Он открывает видение футуристической металлургии, использующей чистый и возобновляемый источник энергии.
Одним из первых крупных коммерческих зданий, иллюстрирующих солнечную архитектуру, является 4 Times Square (также известная как Condé Nast Building ) в Нью-Йорке.. Он имеет встроенные солнечные батареи на 37–43 этажах и включает в себя более энергоэффективные технологии, чем любой другой небоскреб на момент его строительства. Национальный стадион в Гаосюне, Тайвань, спроектированный японским архитектором Тойо Ито, представляет собой сооружение в форме дракона, на крыше которого установлено 8 844 солнечных батарей. Он был построен в 2009 году для проведения Всемирных игр 2009 года. Построенный полностью из переработанных материалов, это самый большой в мире стадион, работающий на солнечной энергии, который питает окрестности, когда он не используется. Здание Солнечных часов в Китае было построено, чтобы символизировать необходимость замены ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии. Здание имеет форму вентилятора и покрыто 4600 квадратных метров (50 000 квадратных футов) солнечных батарей. В 2009 году оно было названо самым большим офисным зданием на солнечной энергии в мире.
Хотя оно еще не завершено, башня Solar City Tower в Рио-де-Жанейро является еще одним примером того, как может выглядеть солнечная архитектура. как в будущем. Это электростанция, которая вырабатывает энергию для города в течение дня, а также подает воду на верхнюю часть конструкции. Ночью, когда не светит солнце, вода будет сбрасываться через турбины, которые будут продолжать вырабатывать электричество. Он должен был быть представлен на Олимпийских играх 2016 года в Рио, хотя проект все еще находится в стадии предложения.
Использование солнечной энергии в архитектуре способствует в мир чистой и возобновляемой энергии. Это вложение: начальная цена высока, но потом платить почти не за что. Напротив, ископаемые и делящиеся источники энергии вначале дешевы, но стоят огромных денег для людей и природы. Катастрофа на Фукусиме обойдется Японии в 210 миллиардов долларов. Глобальное потепление уже стало причиной исчезновения видов.
Солнечная архитектура тогда антикризисная. Если бы все дома были перестроены в соответствии со стандартами солнечной архитектуры, это принесло бы надежду, рабочие места, деньги и экономический рост.
Согласно статье на веб-сайте ECN под названием «Архитекторы просто хотят разрабатывать привлекательные здания», главная цель архитектора - «создать пространственный объект с линиями, формами, цветами и текстурой.. Это вызовы для архитекторов в рамках программы требований заказчика. Но они не сразу думают об использовании солнечных батарей в качестве интересного строительного материала. Здесь еще многое предстоит сделать ». В статье неоднократно утверждается, что солнечные панели не лучший выбор архитектора в качестве строительного материала из-за их стоимости и эстетики.
Еще одна критика установки солнечных панелей - их первоначальная стоимость. По данным energyinfomative.org, средняя стоимость жилой солнечной системы составляет от 15 000 до 40 000 долларов США, или около 7 долларов за ватт. В статье говорится, что при сегодняшних темпах окупаемость средней системы займет 10 лет. Поскольку солнечная панель может прослужить более 20 лет, в конце концов, это становится преимуществом.
