Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Февраля 2012 в 21:36, контрольная работа
При выборе формы и ориентации здания нередко устанавливается, что возможности территории застройки ограничены с точки зрения энергосбережения. Прямоугольная в плане форма здания с длинными фасадами, обращенными к югу и северу, уменьшает теплопоступления от солнечной радиации в летнее время, но при этом в зимнее время, когда солнце расположено низко над горизонтом, эти возможности увеличиваются.
В табл. 2 использованы условные обозначения:
Q - затраты энергии на разогрев, включая теплопотери через окна и за счет воздухообмена;
Э1 - экономия энергии за счет повышения интенсивности конвективного теплообмена при одной и той же ограждающей конструкции;
Э2 - экономия энергии за счет уменьшения теплоаккумуляционных показателей ограждающей конструкции (уменьшение коэффициента теплоусвоения).
Получен невероятный с точки зрения "здравого смысла" результат: максимальное значение экономии энергии при разогреве помещения при стремлении минимизировать время разогрева достигает 97%.
Рассмотрение табл. 2 позволяет сделать следующие выводы:
- экономия
энергии при разогреве помещения за счет
увеличения интенсивности конвективного
теплообмена в 3 раза достигает 64-70%, а при
увеличении в 6 раз - 88%. При этом время разогрева
уменьшается в среднем в 3 раза;
- экономия энергии при разогреве помещения
при уменьшении теплоаккумуляционных
показателей ограждающей конструкции
(уменьшение коэффициента теплоусвоения)
в 2,4 раза достигает 40%, а в 10,4 раза - достигает
55-62%. При этом время разогрева уменьшается
в среднем соответственно в 3,8 и 16 раз.
2.
Выбор формы, размеров
и ориентации зданий
на примере нового здания
мэрии Лондона (на берегу
Темзы)
В
2002 году в Лондоне, на берегу Темзы,
было закончено строительство
Новое здание мэрии расположено в пределах Большого Лондона на южном берегу Темзы между мостами «London Bridge» и «Tower Bridge» на участке площадью около 5,5 гектаров. Разработка проекта здания и его строительство заняли 30 месяцев. Здание мэрии начало работу 15 июля 2002 года, а официальная церемония открытия состоялась 23 июля 2002 года. Здание официально открывала королева Великобритании.
2.1.Архитектурно-планировочные решения
здания
Здание
мэрии («London City Hall», иначе называемое «GLA
Building») имеет необычную форму, несколько
напоминающую яйцо, причем в своей нижней
части диаметр этого гигантского «яйца»
меньше, чем в самой широкой средней части.
Верхняя часть здания имеет заметный наклон
на южную сторону (17 градусов). Эта форма
была выбрана, во-первых, по соображениям
минимизации теплопотерь через оболочку
здания, а во-вторых, для оптимизации энергетического
воздействия наружного климата на здание.
Необычный силуэт здания мэрии значительно
изменил панораму этой части Лондона,
создав запоминающийся ориентир, перекликающийся
с Лондонским Тауэром и военным кораблем-музеем
– крейсером «Белфаст», стоящим на Темзе
напротив Тауэра.
В здании мэрии располагаются помещения
для 25 избранных членов лондонской ассамблеи,
офис мэра Лондона, офисы 500 служащих мэрии
Большого Лондона, а также зал заседаний,
смотровые галереи, публичная библиотека,
залы собраний, помещения для проведения
выставок и приемов, рестораны. Общая площадь
помещений составляет
18 000 м2.
В
здании предусмотрена свободная
планировка. При помощи прозрачных
или непрозрачных перегородок можно
разделить внутреннее пространство
на требуемое число офисных
Посетители попадают в здание через приемную,
расположенную на уровне земли, или через
большой амфитеатр, ведущий в кафетерий,
расположенный ниже уровня земли. Амфитеатр
вымощен голубым известняком и может использоваться
для проведения различных общественных
мероприятий. За кафетерием, прямо под
залом заседаний, расположен выставочный
зал эллиптической формы – «Visitor Centre»,
пол которого представляет собой панно
«London Photomat» – вид с воздуха всего Большого
Лондона. Это панно составлено более чем
из 200 000 цветных фотографий, полученных
аэрофотосъемкой с высоты 1 700 метров. Эти
фотографии были напечатаны на плитках
пола, из которых затем составлялось единое
бесшовное изображение размером 10 х 16
м. Изображение соответствует площади
около 2 600 км2, и на нем можно различить
каждое отдельное здание. Создание этого
панно продолжалось три года.
В том же зале «Visitor Centre» могут проводиться
различные выставки. В этом случае часть
панно закрыта выставочными площадями.
Амфитеатр, расположенный рядом со зданием,
в ночное время освещается единственным
источником, смонтированным на мачте освещения
на южной стороне амфитеатра. Свет отражается
от ряда зеркал, смонтированных на вершине
мачты, обеспечивая равномерную освещенность
прилегающего пространства и снижая яркость
освещения. Такое решение продиктовано
требованиями к безопасности, поскольку
этот участок открыт для прогулок и в ночное
время.
От
выставочного зала по спирали поднимается
наклонная плоскость (рампа) общей длиной
500 м, проходящая сквозь все десять этажей
здания. Рампа проходит над залом заседаний
и поднимается вверх мимо офисов служащих
мэрии Большого Лондона; посетители могут
свободно наблюдать за работой мэрии или
за окружающим городским пейзажем. Рампа
оканчивается в так называемой «Лондонской
гостиной» («London’s Living Room») – помещении
с естественным освещением на верхнем
этаже мэрии, которое используется для
проведения различных выставок или приемов
и может вместить до
200 гостей. Вокруг «Лондонской гостиной»
расположена открытая наружная терраса.
Зал заседаний мэрии также открыт для
посетителей. Он может использоваться
для различных целей. Для прессы и гостей
предусмотрено 250 мест, однако допускаются
различные варианты перепланировки в
зависимости от текущего использования.
Приняты специальные меры для удобства
посетителей в инвалидных колясках. На
уровне зала заседаний расположена смотровая
галерея, с которой гостям мэрии открывается
замечательный вид на Темзу и Тауэр.
2.2.Энергоэффективные
решения, реализованные в здании мэрии
в Лондоне
- Выбор формы здания, обеспечивающей минимальные
теплопотери в холодный период и минимальные
теплопоступления в теплый период года;
- Использование элементов
- Широкое
применение светопрозрачных
- Выбор
высокоэффективной
- Использование
в теплый период года главным
образом естественной
- Утилизация тепла удаляемого воздуха для подогрева приточного воздуха;
- Применение охлаждающих потолков вместо традиционной системы кондиционирования воздуха;
- Использование
низкотемпературных грунтовых
- Применение
в системе водяного отопления
насосов с автоматически
- Использование
системы автоматизации и
2.3.Форма, размеры и ориентация здания.
Наиболее интересной особенностью этого здания является его необычная форма, определяемая энергетическим воздействием наружного климата на оболочку здания, которая позволяет наилучшим образом использовать положительное и максимально нейтрализовать отрицательное воздействие наружного климата на энергетический баланс здания.
Решение о строительстве здания мэрии как энергоэффективного здания было принято на ранней стадии проектирования. Это позволило запроектировать данное здание как единую энергетическую систему. Строительство «обычного» здания и использование в нем энергосберегающих приборов и устройств, по мнению создателей нового здания мэрии, приводит к снижению энергетической эффективности проекта. Такая стратегия проектирования потребовала тщательного выбора фундаментальных характеристик здания, таких как его форма и ориентация относительно сторон света. Только после оптимизации этих характеристик с целью минимизации отрицательного воздействия наружного климата и максимального использования положительного воздействия на тепловой баланс здания были выбраны энергосберегающие инженерные решения, например, утилизация тепла или использование грунтовых вод с относительно низкой температурой для охлаждения здания.
Научные основы проектирования энергоэффективных зданий и, в частности, системный анализ здания как единой энергетической системы были разработаны в нашей стране 20 лет назад Ю. А. Табунщиковым и опубликованы.. Методология проектирования энергоэффективных зданий должна основываться на системном анализе здания как единой энергетической системы, все элементы которой – форма, ориентация, ограждающие конструкции, солнцезащитные устройства, система климатизации и т. д. – энергетически взаимосвязаны между собой. Представление энергоэффективного здания как суммы независимых инновационных решений нарушает принципы системности и приводит к потере энергетической эффективности проекта.
Для определения формы, ориентации и размеров здания использовались методы компьютерного моделирования. Были построены математические модели нагрузки на систему климатизации в летний и зимний период с учетом теплопотерь и теплопоступлений через оболочку здания. Учитывалось направленное влияние наружного климата на оболочку здания. Анализ этих моделей позволил определить форму здания, приближенную к оптимальной, при этом в качестве «точки отсчета» было выбрано значение максимально допустимых теплопоступлений от солнечной радиации через единицу площади наружных ограждающих конструкций в летний период.
Проведенные
расчеты позволили выбрать
Следует отметить, что задача оптимизации формы и размеров здания с учетом теплоэнергетического воздействия наружного климата была впервые решена М. М. Бродач и изложена в работах. В этих работах были даны следующие принципы выбора формы и ориентации здания с учетом теплоэнергетического воздействия наружного климата. Известно, что интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, температура наружного воздуха изменяются в весьма широких пределах в зависимости от географического положения, рельефа местности и времени года. Воздействие солнечной радиации и ветра на здание есть теплоэнергетическое воздействие наружного климата. В зависимости от положения и ориентации наружной поверхности здания она подвергается различному теплоэнергетическому воздействию наружного климата. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на поверхность здания может оказывать положительное или отрицательное влияние на его тепловой баланс и, следовательно, теплоэнергетическую нагрузку на систему отопления и кондиционирования воздуха. Например, воздействие солнечной радиации на здание в зимнее время снижает нагрузку на систему отопления. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания можно оптимизировать за счет выбора при проектировании формы и ориентации здания.
Оптимизация
теплоэнергетического воздействия
наружного климата на тепловой баланс
здания может быть проведена для
различных характерных
В результате расчетов была выбрана форма
здания, несколько напоминающая яйцо.
Диаметр здания максимален в средней его
части. Здание имеет 17-градусный наклон
в южную сторону, причем перекрытие каждого
этажа образует своеобразный ступенчатый
«козырек», выступающий наружу и исполняющий
роль солнцезащитного элемента офисных
помещений, расположенных этажом ниже.
Форма здания представляет собой модифицированную
сферу, заключающую в себе максимальный
объем при минимальной площади поверхности.
Площадь поверхности наружных ограждающих
конструкций данного здания на 25 % меньше,
чем у здания кубической формы того же
объема. Минимизация площади поверхности
наружных ограждающих конструкций позволяет
уменьшить через них теплопоступления
в летний период и теплопотери в зимний
период. Однако главная причина выбора
такой необычной формы здания – максимальное
уменьшение теплопоступлений с солнечной
радиацией в летнее время.
2.4.Система автоматизации и управления
зданием
Для
поддержания и контроля требуемых
параметров микроклимата в помещениях
здания мэрии была разработана система
автоматизации и управления зданием
(Building Management System, BMS). Эта система запрограммирована
на эффективное использование установленного
инженерного оборудования и сбережение
энергии при требуемом качестве микроклимата.
Например, охлаждение воздуха в зале заседаний
и в залах собраний осуществляется только
в том случае, когда обслуживаемые помещения
используются. Контролируется уровень
воздухообмена и температура приточного
воздуха, что позволяет обеспечить требуемый
микроклимат в обслуживаемых помещениях.