ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА

Пятакова Е.А. 1
1ЮФУ Академия архитектуры и искусств
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

В вопросе энергосбережения начинать следует с региона, в котором страна расположена. Уточнение географического расположения объекта, а мы говорим об архитектурном здании и сооружении, доходит вплоть до района города (особенно, если касается крупного мегаполиса вроде Москвы). В мире есть регионы, в которых определение «зимняя сказка» приобретает иное значение: места, где круглый год холодно или большую его часть. Но даже когда зима - суровое постоянство, люди находят способы обеспечить условия для комфортного проживания.

Во всем времена научным фантастам приписывали умение смотреть в будущее: полеты в космос, создание бункеров и надёжных станций, исследования микроорганизмов — многое сбылось. В 2019-ом году популярность находят антиутопии, основанные на постапокалиптических сюжетах: катастрофа уже произошла, затем прошло условное время, и человек приспособился к суровым условиям среды. Часто, когда Голливуд снимает новую партию постапокалиптических сюжетов про выживание, среди факторов, уничтожающих человека, нет климата. Отрицательные температуры и ветер способны убить человека гораздо раньше, чем голод или жажда. Строительство «карточных домиков» в большей части Америки или европейских городов отличается от русского менталитета «создавать на все времена»: строительство стен в «сталинках» толщиной в 900мм обусловлено не только идейным желанием построить социализм, но и суровым климатом. 

«Суровый климат» (авторский коллаж).

Суровый климат в архитектуре относится к фактору местности, влияющему на устройство и форму архитектурного объема. Архитектура и градостроительство в сложных климатических условиях обусловлено набором требований:

Защита внутреннего пространства от воздействий окружающей среды;

Компенсаторный набор действий по взаимодействию человека и среды. Под понятием подразумевается, что если человек не может свободно выходить в экстремальную среду, он не должен чувствовать себя в полной изоляции; 

Оптимизация коммуникаций между средами. В данном пункте говорится о связи здания и среды, переходах, через которые осуществляется обслуживание объектов.   

Когда мы говорим об энергосбережении, предполагаются экономично подобранный тип отопления и набор способов по сохранению тепла. Существует стандартный набор действий, увеличивающих энергоэффективность здания: 

Использование правильных наружных материалов;

Подбор качественного утеплителя;

Снижение этажности;

Расположение корпусов соответственно преобладающим ветрам.

Что же такое «холодный»? В толковом словаре можно столкнуться с определением о том, что холод – это субъективное ощущение низкой температуры. Рассматривая самые холодные регионы на нашей планете (таблица 1), можно заметить, что переносимость подобных условий зависит не столько от температуры, сколько от наличия ветра и воды рядом. Так, при средних температурах ниже -40 °C в Монголии морозы переносятся гораздо проще, чем в Лапландии – самой холодной области Финляндии, где температуры в среднем опускаются до -20 °C, однако сильные снегопады и порывистые ветры делают ее одной из самых холодных стран мира. Подобным образом Исландия – европейская страна с холодным морским климатом – обрела своё название «Iceland», что переводится, как «ледяная страна».

Таблица 1. Самые холодные регионы на нашей планете.

Территория

Зима

Температуры

Ветер

Вода рядом

Антарктида

всегда

tmin = - 89°С

+

Сев. Ледовитый океан

Канада

5 месяцев

tmin = -40°С

+

 

о.Гренландия

(Дания)

всегда

летом: 0 °С

tсредняя = +10 °С до -10 °С

+++

Морской: Атлантический и Северный Ледовитый океан

Исландия

3 месяца

tсредняя = + 10 до 0 °С

+

морской климат

Финляндия

4 месяца

tсредняя = -20 °С

+

+

переходный от морского к континентальному

Монголия

(Улан-Батор)

5 месяцев

ниже - 40 °C

-

 

Аляска

7 месяцев

от +4 до -12 °C

 

Морской климат, Берингов пролив

Россия

(Якутск, Воркута, Норильск)

10 месяцев

до -65 °C

tОймякон min= -71 °С

+

+

 

Ещё один интересный факт: выживание человека в условиях малопригодных для жизни в архитектуре достигается схожими способами. Луна и лёд — понятия, казалось бы, не связанные в контексте энергосбережения, однако если уходить за грани, то Антарктида и космос становятся средами, в которых для проведения исследований человеку одинаково требуется защитный колпак. Для того чтобы выводить среднестатистические способы сохранения тепла, рассмотрим здания, находящиеся в самых сложных внешних условиях.

«Архитектура полярных станций» (авторский коллаж).

Архитектуру полярных станций можно назвать дочерью корабельной инженерии, ведь ее истоки лежат в самом простом способе создания архитектурной оболочки, способной выдерживать большие температуры, а именно во «вмораживании» морских судов в ледник. В качестве примера можно привести французскую яхту «Тара» или американско-канадский проект SHEBA с участием судна, дрейфовавшего в море Бофорта. Подобными способами поступали и с ледоколами, ведь это облегчает и процесс монтажа, и процесс доставки материала. Однако вмороженные суда обеспечивают лишь хорошую базу для жизнедеятельности научного персонала и энергоснабжение научного комплекса. Создание нового очень часто происходит благодаря толчку извне, должен быть какой-то набор проблем, обусловливающий поиск и вывод новых решений. Причины, по которым вмораживать суда в лёд стало невыгодным:

Сбор научных данных осуществляется на местности, а значит людям все равно приходится выходить наружу;

Это недёшево;

Суда созданы несколько для других целей изначально, и подобные мероприятия — перевод техники.

Как ледокол выдерживает рекордно низкие температуры? Он содержит в себе несколько реакторов и способен способно дрейфовать несколько лет. Толщина внешнего корпуса, например, ледокола «Ямал» составляет 30 мм, а в местах соприкосновения с ледовой преградой: 46 мм. Корпус часто двойной, внутри — водный балласт, который перемещается, обеспечивая устойчивость. Полярный исследователь Владимир Николаевич Чурун в своем интервью произносит фразу, которая могла бы стать хорошим концептуальным образом для архитектуры полярных станций (а они всегда энергосберегающие):  «На мой взгляд, дрейфующий лед — это естественная несущая платформа, наиболее оптимальная как для размещения научного комплекса, так и для проживания людей». Когда температура за окном – минус семьдесят, жизнь напрямую зависит от топлива. В современном мире с развитием материалов всё решается качественным утеплителем. Хорошим примером являются домики, называемые ПДКО – полярный дом Канаки-Овчинникова. Они собираются из щитов (слоев бакелитовой фанеры), между которыми проложен толстый слой пенопласта. Щиты соединяются специальными замками, щели тоже наполняют утеплителем (войлоком). При условии утопления, в домике создаются условия, вполне пригодные для жизни.

Отопление на подобных исследовательских станциях происходит с помощью дизельных электростанций, топливо для которого распределяют по топливным депо. Льдина может расколоться, и часть топлива будет утеряна, поэтому всегда должен быть какой-то резервный запас.

Архитектура единственного континента (Антарктида), где никогда не было аборигенов, во многом похожа на проектирование небоскребов. Проекты соревнуются между собой в инженерных решениях, добавляя участвующим странам престиж. Одна из старейших научных антарктических станций Халли принадлежит Британии. Сотрудники Халли вот уже почти полвека непрерывно ведут наблюдения за состоянием атмосферы (именно им принадлежит открытие озоновой дыры), изменениями климата и уровня океана. Зимой работы ведутся в темноте полярной ночи, которая продолжается более трех месяцев. «Halley V» – это уже пятый вариант полярной станции, поскольку первые четыре были разрушены. Движущийся лед, бесконечно падающий снег, раскалывающиеся льдины, очень сильное давление ветров – влияние данных факторов было уменьшено в архитектурном решении новой станции, поскольку ее помещения возвели на платформе, установленной на сваях из расчета на работу в течение 15 или 16 лет. Но это не единственно найденное решение. В недавнем конкурсе на создание проекта новой станции победила фирма «Faber Maunsell and Hugh Broughton Architects», которая буквально подняла двенадцать взаимосвязанных модулей на механические ноги с гигантскими лыжами. Сооружение рассчитано на функционирование при зимних морозах около 60 градусов Фаренгейта, скорости ветра до ста миль в час и четырех футах выпадающего за год снега. Функциональная схема тоже отличается широким спектром возможностей: оранжерея с садом, сауна, бассейн, большие прозрачные колпаки для астрономических наблюдений. Выдвижные механические ноги, на которых установлены модули, поднимаются в зависимости от изменений уровня снега.

Станция «Halley V» построена на плавающем ледяном шельфе, который ежегодно ползет к морю. Можно было бы каждый год строить новую станцию, но более энергоэффективным решением было поставить станцию на лыжи и передвигать трактором.

«Луна и лёд» (авторская схема).

Форма и содержание в исследовательских станциях, расположенных в местах с подобными тяжелыми условиями, обусловлены одними и теми же факторами – большой удаленностью, изоляцией, экстремальными условиями. Обитаемые комплексы в пустыне, базы на Луне или же станции во льдах Арктики проектируются по одним принципам. И вывод из этого может быть только один – человек везде должен жить и работать в условиях, максимально способствующих тому и другому.

Список используемых источников:

книга: Б.М. Полуй «Архитектура и градостроительство в суровом климате», Ленинград: Стройиздат, 1989г.

https://www.joinus.pro/blog/show/samye-holodnye-regiony-na-nashej-planete

https://losko.ru/global-seed-vault/

https://www.bbc.com/russian/media-38624730

http://russian-bazaar.com/ru/content/7963.htm

https://www.popmech.ru/science/9704-arkticheskaya-nauka-god-na-polyarnoy-stantsii/

https://v0l1t10n.livejournal.com/3922.html

do ARCH | Архитектура Дизайн.

Archspeech. Интернет-издание об архитектуре, градостроительстве и дизайне.

СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменениями N 1, 2)

СП 118.13330.2012 Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31-06-2009 (с Изменениями N 1, 2, 3).

Просмотров работы: 39