Солнечная архитектура

Солнечная архитектура — это архитектурный подход к возведению разнообразных зданий, использующих чистую и возобновляемую солнечную энергию. Непосредственное отношение к этому подходу имеют: оптика, термодинамика, электроника, фотовольтаика, материаловедение, энергосбережение.

«Вращающийся дом», медленно поворачивается к Солнцу, подобно подсолнуху.

Дом-гелиотроп во Фрайбурге.

Белые стены домов и церкви в Санторини.

Чёрная стена дома в Норвегии.

Теплица в Канаде.

Солнечная парабола в Ауровиле.

Фототермические модули.

Фотоэлектрические плитки (BIPV — Building-integrated photovoltaics).

Конде-Наст в Нью-Йорке.

Национальный стадион в Гаосюне.

Для такой архитектуры характерна специфика как пассивного солнечного строительного дизайна, так и активного.

Пассивный солнечный строительный дизайн

Ключевой особенностью является ориентация зданий на солнце, учёт окружающего пространства, выбор материалов с благоприятной тепловой массой и свойствами рассеивания света. Идея пассивного солнечного строительного дизайна^[англ.] появилась в Древней Греции около пятого века до нашей эры. До того основным источником топлива в Греции был древесный уголь, но из-за острой нехватки древесины необходимо было найти новый способ отопления жилищ^[1].

Греки начали использовать строительные материалы, поглощающие солнечную энергию, в основном камень, а также ориентировать здания на юг и предусматривать навесы и портики^[2].

Сократ говорил:

«В домах, которые смотрят на юг, солнце проникает в портик зимой, а летом оно светит прямо над головой, создавая тень под крышей.»

Римляне улучшали греческий дизайн, закрывая окна с южной стороны различными видами прозрачных материалов^[1][3].

Другой пример ранней солнечной архитектуры — это пещерные жилища в юго-западных регионах Северной Америки^[4][5]

Цвет стен также играет немаловажную роль. На греческих островах стены зданий традиционно окрашены в белый цвет, чтобы в жару лучше отражать солнечное излучение и сохранять прохладу внутри помещений. Белые стены, покрытые известью, и голубые крыши — типичный стиль, ценимый приезжающими на юг туристами.

На севере в скандинавских странах наоборот: дома окрашены в чёрный цвет, чтобы стены лучше поглощали солнечное тепло. Подходящим материалом служит базальт, так как он чёрный и обладает высокой теплоёмкостью.

Активный солнечный строительный дизайн

Современное воплощение солнечной архитектуры ознаменовалось использованием фотовольтаики для практических целей преобразования солнечного света в электрическую энергию.

В 1954 году специалисты Bell Labs объявили о создании первых солнечных батарей. В 1973 году Делавэрский университет построил один из первых в мире домов с солнечной батареей.

В 1984 году по проекту Александроса Томбазиса^[англ.] в афинском пригороде Пефки с соблюдением принципов солнечной архитектуры построена «Илиако-Хорио» («Ηλιακό Χωριό», «Солнечная деревня»).

К элементам активного солнечного строительного дизайна относятся: теплицы, модули, накопители тепловой и электрической энергии, дымоходы, солнечный трекер, солнечная маска и солнечная парабола.

Теплица сохраняет тепло от Солнца. В двойной остеклённой теплице возникают три эффекта: отсутствие конвекции (из-за блокировки воздуха); удерживание луча (земля поглощает фотоны, излучает их с более низкой инфракрасной энергией, стекло отражает это инфракрасное излучение на землю): низкая теплопроводность (при двойном остеклении).

Солнечная парабола (или параболическое зеркало) концентрирует солнечный свет для получения высоких температур. На основе зеркала-параболоида солнечные печи применялись для приготовления пищи с начала XX века.

Солнечная парабола может использоваться и для промышленного строительства. Одейлийская солнечная печь, включающая в себя 63 гелиостата, обеспечивает нагрев до такой температуры, что плавится даже алмаз.

Фототермические модули преобразуют солнечный свет в тепло, нагревая воду в доме^[6]. Эти модули стали популярными среди стран Средиземноморья. В Греции и Испании 30-40 % домов оснащают этой системой.

В частных домах популярен летний душ, бак которого нагревается от солнечных лучей.

Фотоэлектрические модули преобразуют солнечную энергию в электричество. Классические кремниевые солнечные модули имеют КПД до 25 %, но они жёсткие. Тонкие плёночные солнечные модули гибкие, но имеют меньшую эффективность и недолгий срок службы. ^[6]

Накопление электрической энергии обеспечивает гидроаккумулирующая электростанция, но некоторые способы обустройства своего дома возможны по принципу «сделай сам».

Солнечный трекер^[англ.] отслеживает движение Солнца в небе. Поворачиваясь вслед за ним, трекер улавливает свет, который с помощью модулей превращается в электричество и нагревает дом через прозрачное стекло^[7].

Солнечная маска предусматривает сезонные изменения климата, чтобы летом было больше тени, а зимой света. Дом строится таким образом, что крыша защищает от солнца летом во избежание перегрева, но зимой крыша пропускает солнечный свет^[8].

Солнечная дымовая труба может быть соединена с бадгиром или деревянной дымовой трубой для более сильного эффекта.

Известные архитектурные сооружения

Солнечная архитектура становится постепенно относительно независимым стилем, который формально следует традициям конструктивизма и функционализма, но всё больше вдохновляется органической архитектурой^[9] .

Один из первых крупных небоскрёбов Конде-Наст-билдинг со встроенными солнечными панелями и энергоэффективной технологией был построен в 1995 году в Нью-Йорке^[4].

В 2009 году завершилось на Тайване строительство многофункционального стадиона в Гаосюне по проекту известного японского архитектора Тоёо Ито, который активно использовал принципы солнечной архитектуры^[10].

К Олимпийским играм 2016 года в Рио-де-Жанейро планировалось воздвигнуть солнечную городскую башню (англ. Solar City Tower)^[11][12].

Экологические преимущества

Солнечная архитектура требует высоких инвестиций, но цена окупается, поскольку у жителей появляется работающий источник возобновляемой и экологически чистой энергии. При кажущейся выгоде других способов её добычи населению всё чаще приходится слишком дорого платить. Авария на АЭС Фукусима-1 стала экологической катастрофой XXI века^[13].

Глобальное потепление уже стало причиной исчезновения некоторых видов насекомых и млекопитающих^[14].

Критика

В статьях по поводу солнечной архитектуры критически оценивается её высокая первоначальная стоимость. В то же время критики признают, что после погашения кредитов появляются заметные преимущества^{[15][16][17][18]}.

См. также

• Фотоэлектрический парк
• Солнечная энергетика
• Солнечный коллектор
• Солнечная печь
• Гелиотермальная энергетика

Литература

• Sandra Leitte, Cosima Strobl, Angelika Hess; Bergische Universität Wuppertal (Hrsg.): SolarArchitektur4 : die deutschen Beiträge zum Solar Decathlon Europe 2010: Wegweisende Solararchitektur im Detail, Detail, Greenbooks, Institut für internationale Architektur, München 2011, ISBN 978-3-920034-48-5 (нем.).
• Jürgen Claus: Kulturelement Sonne. Das solare Zeitalter. Edition Interfrom, Zürich 1997, ISBN 3-7201-5274-X (нем.).