©
http://greentrends.ru/heliotrop-v-solnechnom-fraiburge/#more-537
HELIOTROP ® — ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИ
Фотоэлектрическая система
Источник питания «Гелиотропа» (HELIOTROP ®) — это фотоэлектрическая энергетическая панель, установленная на крыше, состоящая из 60-ти высокоэффективных монокристаллических кремниевых модулей (Siemens M 110 L), используемых для обеспечения более высокой эффективности, в сравнении с большинством поликристаллических кремниевых солнечных элементов. «Солнечный парус», общей площадью 54 м2, имеет пиковую выходную мощность 6,6 кВт (1000 Вт/м2 при 25 °C).
Heliotrop-in-Freiburg-012Солнечная панель имеет двухосевую поворотную систему слежения за солнцем. Система крепления и механизм вращения «Солнечного паруса» — это полностью новаторское изобретение: установка движется вслед за солнцем в течение дня автоматически и управляется компьютером, вращаясь независимо от самого здания. Кроме того, шарниры обеспечивают широкий диапазон угловых позиций при наклоне установки. При статических расчётах конструкции использовался метод конечных элементов. Пятикратная система безопасности позволяет установке выдерживать большие ветровые нагрузки. Использование системы слежения позволяет производить на 30-40% больше энергии, чем обычные фиксированные системы. Данная система является одним из крупнейших, а возможно крупнейшим в Германии фотоэлектрическим источником питания с двухосевой системой слежения за солнцем.
Heliotrop-in-Freiburg-013Избыток энергии, выработанной фотоэлектрической системой поставляется по фиксированной цене в общедоступную сеть Фрайбурга, откуда, в свою очередь, электрическая энергия берётся в периоды снижения солнечной инсоляции до уровня, не обеспечивающего эффективную работу энергетической установки. Таким образом, сеть используется как накопитель. Это с экологической точки зрения является разумным решением, потому что большинство электрических батарей имеют в своём составе тяжёлые металлы, которые должны утилизироваться надлежащим образом.
Heliotrop-in-Freiburg-014Некоторые исследования показывают, что суммарные поставки в общую сеть электроэнергии, произведённой от возобновляемых источников энергии, могут составлять 20%.
Ежегодная вырабатываемая мощность установки достигает 9000 кВт?ч. Это приблизительно в пять раз превышает количество электроэнергии, потребляемое зданием.
Активные системы солнечного отопления и горячего водоснабжения
Динамическое моделирование показало, что удельное годовое потребление тепловой энергии составляет 47 кВт?ч/м2 для подвала и 21 кВт?ч /м2 для верхней части дома.
На смотровых балконах, в качестве элементов перил, установлены вакуумные трубчатые коллекторы способные нагревать воду до температуры 40-90 °C. В общей сложности на «Гелиотропе» (HELIOTROP ®) установлено 31,5 м2 коллекторов, которые обеспечивают дом большим количеством энергии для горячего водоснабжения и отопления. Часть солнечных коллекторов, площадью 6 м2 полностью обеспечивают дом горячей водой в летние месяцы. Нагретая вода поступает в резервуары, расположенные в технических помещениях.
Воздушная система отопления и теплообменники
Один из теплообменников расположен в техническом помещении подвала и обеспечивает его систему активной вентиляции. Принцип работы теплообменника очень прост: тепловая энергия выходящего воздуха передаётся холодному приточному воздуху, что приводит к сокращению потерь энергии в системе вентиляции. Вентиляция верхней части дома имеет тот же принцип и расположение теплообменника в техническом помещении данной части здания. Основой этого вида управляемой вентиляции с рекуперацией тепла является принцип воздушного отопления. Дополнительный воздух может поступать через геотермальный теплообменник, расположенный на склоне позади подвала. В летнее время приточный воздух охлаждается, а зимой предварительно нагревается, если температура земли аналогична летней и находится на уровне 8 °C. Затем воздух поступает через теплообменники и окончательно нагревается в верхней части солнечного аккумулятора до комфортной комнатной температуры.
Напольная система низкотемпературного отопления
Слой стяжки толщиной 65 мм, а также вода в системе напольного отопления используются для хранения тепловой солнечной энергии, которая входит в помещение через окна и поглощается полом.
Преимущество низкотемпературных отопительных систем в том, что они могут легко использоваться в зимнее время вместе с солнечными теплоэлектростанциями. Для низкотемпературных отопительных систем температуры около 30 °C являются нормальными. Такое же значение легко достигается при использовании системы коллекторов в зимний период, когда показатель температуры теплоносителя ниже летних значений, иногда превышающих 100 °C. Система напольного отопления является термически инертной системой и не подходит для быстрого отопления пространства, но используются главным образом как резервные системы для прогрева помещений. Система напольного отопления «Гелиотропа» (HELIOTROP ®) обеспечивает независимый контроль во всех помещениях, что делает возможным размещение солнечного теплового насоса с противоположной стороны здания относительно солнечной.
Потолочная система низкотемпературного отопления
Потолочная система низкотемпературного излучения является быстродействующей системой отопления. Как только горячая вода накачивается в систему отопления, приборы отопления, имеющие вид полос и общую площадь поверхности 37 м2, быстро нагреваются и излучают тепло в здание. Поскольку радиаторы устанавливаются на потолок и выделяют небольшое количество тепла в воздух, они не предназначены для обеспечения комфортных условий. Эта быстродействующая система позволяет сократить время на обогрев помещения, в сравнении с обычными зданиями.
Комфортная комнатная температура обеспечивается тепловым излучением только тогда, когда помещение используется, тем самым снижая потребность в энергии для отопления. Система потолочного отопления с максимальной температурой воды 45 °C, как и система напольного отопления, подходит для комбинации с системой солнечных коллекторов.
Пассивные системы солнечного отопления и теплоизоляция
Применение стеклопакетов и тепловой изоляции внесли существенный вклад в пассивное использование солнечной энергии, а также позволили снизить уровень тепловых потерь зданием.
Поворотная башня нагревается и охлаждается с помощью солнца и тени. На солнечной стороне цилиндрического здания установлены тройные теплоизолирующие стеклопакеты. Стены обратной стороны здания имеют плотный слой теплоизоляции равный почти 300 мм и коэффициент теплопотерь U=0,12 Вт/м2 °C. Обращение дома к солнцу стороной со специальными окнами, позволяет впускать в дом максимальное количество энергии и света. Поворот дома к солнцу утеплённой стороной, в летние жаркие дни, позволяет поддерживать в доме прохладный микроклимат.
Коэффициенты тепловых потерь элементами здания:
Стены, кровля и полы U в диапазоне 0,10 — 0,13 Вт/м2 °C
Среднее значение для тройного стеклопакета, включая раму U=0,6 Вт/м2 °C
Стекло с заполнением Криптоном U=0,5 Вт/м2 °C
Стекло с заполнением Ксеноном U=0,4 Вт/м2 °C
Хотя потери тепла через окна в зимний период являются относительно высокими, по сравнению с изолированными стенами, их изоляционный эффект, позволяющий сохранять тепло в помещении, в летнее время может быть невыгоден и привести к перегреву. По этой причине балконы, также используемые в качестве пожарных лестниц, выполняют солнцезащитную функцию для стеклянных фасадов с мая по июль, когда солнце находится высоко в небе, так что в здание попадает только небольшое количество солнечного излучения.
Подвал, сам по себе является частью дома с низким энергопотреблением и с теплоизоляцией, исключающей наличие мостиков холода.
КОНЦЕПЦИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ И СОХРАНЕНИЕ РЕСУРСОВ
Дождевая и сточная вода
Дождевая вода собирается на кровле и накапливается в небольшом покрытом растительностью пруду, расположенном во дворе дома, для повторного использования, например, для стирки и полоскания одежды. Механическая и химическая очистка сточных вод из дома производится в двух фильтрационных резервуарах, расположенных один над другим. Благодаря каскаду вода обогащается кислородом, а затем впадает в пруд, где качество воды является достаточно хорошим для живущих там золотых рыбок.
Фекальные вещества и органические отходы
Сухой компостный эко-туалет в верхней части здания используется для компостирования фекальных веществ и органических кухонных отходов, которые предварительно очищаются от неприятных запахов за пределами здания, отдельно от сточной воды из дома. Туалет самостоятельно работает без использования воды для смыва, а его основным элементом является водосточная труба из нержавеющей стали. Кухонные отходы также подаются непосредственно из кухни в компостер над водосточной трубой. В компостере, расположенном в техническом помещении, биологически разлагаются обезвоженные отходы. Результатом является, не имеющее запаха сухое вещество с уменьшенной массой. Ежегодный объём сухого компоста, удаляемого из компостера, составляет 40 литров.
HELIOTROP ® — ПРОЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ
Для учёта всех возможных сценариев нагрузки были рассмотрены следующие максимальные напряжения в основании колонны:
Нормальные напряжения — собственный вес, доп. нагрузка, снеговая нагрузка — 1700 кН
Изгибающие моменты — неравномерно распределённые и ветровые нагрузки на здание и солнечную платформу — 1850 кНм
Крутящие моменты — асимметричные ветровые нагрузки на здание и солнечную платформу — 55 kН
Парусность — максимальное раскачивание в верхней части колонны — 25 мм
ВОЗМОЖНОСТИ ДИЗАЙНА HELIOTROP ®
На сегодняшний день архитектурным бюро Rolph Disch Solar Architectur было построено три дома — «Гелиотропа» (HELIOTROP ®) и для совершенно различных целей. Прототип во Фрайбурге является частной резиденцией самого автора проекта, архитектора Рольфа Диша. В этом экспериментальном здании было испытано множество технологий, например, были построены 3-и системы отопления.
Другие проекты «Гелиотропов»:
в Оффенбурге (Offenburg), компания Hansgrohe, построила свою «солнечную башню», как впечатляющий посетителей центр и шоу-рум для презентации собственной продукции;
мобильный «Гелиотроп», созданный для выставки Swissbau в Базеле (Basel), был перевезён в Хильпольтштайн (Hilpoltstein) в Баварии, где ныне используется в качестве стоматологической лаборатории.
Используя базовую концепцию «Гелиотропа» были разработаны более крупные объекты:
отель HELIOTROP ®;
офисное здание HELIOTROP ®;
выставочный зал HELIOTROP ® для Шанхай ЭКСПО 2010 (Shanghai EXPO 2010)
Местоположение: Фрайбург, Германия
Архитектурное проектирование: Rolph Disch Solar Architecture
Архитектор проекта: Rolph Disch
Общая площадь дома: 325,87 м(2)
Площадь участка: 512 м^(2)
Реализация: 1994 г
))
