Энергоснабжение зданий и сооружений посредством ветротехники

Сообщение, сделанное кандидатами технических наук главным специалистом НПГП "Ветромаш" Н. А. Лаврентьевым и доцентом БГПА Д. Д. Жуковым, а также студенткой архитектурного факультета БГПА О. А. Бизюк на международной научно-практической конференции "Решение проблем вентиляции и отопления при строительстве, модернизации и реконструкции зданий"



Проектное предложение энергоактивного трехэтажного жилого дома (архитектор О.А. Бизюк, инженеры Д.Д. Жуков и Н.А. Лаврентьев).

Состояние окружающей среды заставляет обращать пристальное внимание на возможности технических средств использования возобновляемых источников энергии. Очень привлекателен как источник энергии ветер, поскольку его использование позволяет избежать тепловых выбросов в атмосферу, применения сложных устройств передачи энергии, а также загрязнения биосферы. Движущиеся воздушные массы обладают кинетической энергией, которую можно преобразовывать с помощью ветротехники в электрическую. Электроэнергию, в свою очередь, есть смысл использовать вместе с механическим фактором действия ветротехники для обеспечения работы вентиляционных систем принципиально нового типа, получая при этом ощутимое снижение техногенной нагрузки на среду обитания человека. Особенно это касается городских территорий, испытывающих объективный дефицит мест для размещения ветротехники. В связи с этим логичной представилась постановка задачи проработки вариантов установки ветроэнергетических установок (ВЭУ) на зданиях, являющихся весьма пригодными для размещения ветротехники рукотворными холмами. Эта многофакторная задача включает не только архитектурно-строительные и технические аспекты, но и связанные с особенностями человека как биологического вида моменты, которые изучаются психологами, медиками и другими специалистами по природе человека. Но они смогут дать свои конкретные рекомендации лишь после того, как будут разработаны экологически и экономически обоснованные проектно-конструкторские решения ветроактивных зданий (а в перспективе - и городских территорий) и осуществлена экспериментальная проверка этих решений.

Как показывает анализ развития техники и ее влияния на живые организмы, а также мировой опыт внедрения ветротехники, непреодолимых противопоказаний для ее размещения вблизи мест постоянного пребывания людей нет. Эти установки совмещены с вентиляционными системами и дают электроэнергию, которая может быть использована, в частности, для работы вентиляторов. Уже в настоящее время реальной является возможность получения дополнительной электроэнергии, необходимой для функционирования принудительной вентиляции ставших в результате тепловой санации герметичными существующих зданий от ВЭУ, монтируемых на лифтовых шахтах после несложных подготовительных строительных работ. На стадии широкого внедрения ветротехники основным показателем целесообразности использования ВЭУ является их экономическая эффективность, условия обеспечения которой не противоречат экологическим требованиям. Для принятия решения об установке ВЭУ требуется точное определение стоимости получения ветровой энергии, сопоставимости качества вырабатываемой энергии с запросами потребителей, возможности компенсации недостаточности ветровой энергии другими источниками.

Анализ экономической эффективности внедрения ветротехники как на территориях, так и на отдельных объектах осуществляется поэтапно по статистическим данным ветровых режимов. При поиске возможностей удовлетворения запросов на электроэнергию следует учитывать все ее возможные виды и источники в комплексе. При этом необходимость в использовании энергии ветра может возникать, если поставки энергии от централизованных сетей либо полностью или частично отсутствуют, либо лимитированы. При оценке скорости ветра следует учитывать характер рельефа, высоту расположения ветроротора относительно уровня земли, степень открытости объекта внедрения по направлениям ветра. Важно, где расположен объект - на вершине холма, на подветренном или наветренном склоне, в продуваемой долине или, возможно, у водного массива.

Основным показателем при расчете ветроэнергетического потенциала является среднегодовая фоновая скорость ветра. Такие скорости, определяемые на каждой гидрометеостанции, представлены на карте фонового районирования и распределения ветроэнергоресурсов на территории Беларуси по зонам. Для конкретного объекта за такую скорость принимается региональная скорость в зоне, характерная для высоты плато. Но этот показатель не отражает многих локальных факторов, которые оказывают существенное влияние на скорость ветра в конкретном месте. Особое значение это имеет для городских условий.

Следует иметь в виду, что с увеличением высоты скорость ветра повышается. Заметно влияние и времени года на изменение скорости ветра по высоте. Например, зимой скорость ветра на высоте 50 м по сравнению с 10 м ниже на 6%, а летом наоборот - выше на 7%. Подобные данные учитываются при размещении ВЭУ на окраине города.

При расположении ВЭУ внутри городской застройки расчетные значения шероховатости подстилающей поверхности принимаются для местности типа C по СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия", а расчет нарастания скорости ветра с увеличением высоты расположения ветроротора определяется по специальным таблицам вне зависимости от скорости ветра в нижнем слое атмосферы на высоте 10 м от поверхности земли. К примеру, для крупного индустриального города коэффициент нарастания расчетной скорости ветра при высоте над поверхностью земли 50 м составляет 1,9.

Приведенные данные позволяют оценивать ветроэнергетический потенциал над возвышающимися зданиями и сооружениями на площади определенного радиуса. При значительной высотной пересеченности застройки достоверные исходные данные следует получать путем натурных наблюдений на объекте внедрения ВЭУ. По мере накопления необходимой информации расчетные сведения будут представляться в виде графиков, таблиц, а также компьютерных баз данных, что позволит обходиться без дорогостоящих натурных наблюдений.