Устранение существующих противоречий при организации естественного освещения крупных общественных объектов возможно применением инновационной технологии передачи естественного света Solatube Daylighting System. Благодаря своим техническим свойствам, системы дневного освещения создают в помещениях атмосферу комфорта, а также существенно снижают энергетические затраты на освещение, отопление и кондиционирование зданий, в которых они установлены.
Природный солнечный свет жизненно необходим для обеспечения физического и психологического здоровья человека. Если в помещениях недостаточно естественного солнечного света, то излишнее применение искусственного освещения может вызвать серьезный дисбаланс в потреблении электроэнергии, вызванный необходимостью охлаждать служебные и бытовые помещения и без того уже перегруженные теплом, излучаемым традиционными лампами.
Традиционно используется боковое освещение помещений солнечным светом через стандартные светопроемы (окна, фонари верхнего света, атриумы), но это решение имеет серьезный недостаток: в широких и больших по площади помещениях общественных зданий и сооружений при удалении от окон наблюдается экспоненциальный спад освещенности, вынуждающий использовать для освещения отдаленных зон искусственные источники света. Вертикальные окна могут обеспечивать нормальное дневное освещение на расстояниях приблизительно 6 м от окна. Поскольку уровень дневного освещения уменьшается с возрастанием расстояния от окна, необходимо увеличение количества солнечного света поступающего через окно, находящееся в передней части комнаты. Добиться этого можно увеличением площади оконного проема. Это позволит добиться незначительного увеличения освещения задней части комнаты. Подобное решение приводит к сбережению электрической энергии из-за уменьшения электрического освещения. Однако увеличение светового проема приведет, одновременно, к увеличению теплопритоков в летнее время и теплопотерь – в зимнее, что на нет сведет полученную экономию электрической энергии по освещению. Атриумы, окна верхнего света на крыше и фонари верхнего света, размещенные на крыше, могут освещать области, удаленные от вертикальных окон, но они не могут использоваться при освещении глубоких основных областей.
Инновационная система освещения помещений дневным светом
Устранение существующего противоречия при организации естественного освещения крупных общественных объектов возможно применением инновационной технологии передачи естественного света Solatube Daylighting System.
Эта технология была создана в Австралии около 20 лет назад. Первоначально, целью использования полых световодов было отдаление источника излучения – слишком яркого, горячего, пожароопасного, от освещаемого объекта без потери интенсивности излучения. По сути, цель осталась прежней, только, если раньше под источником света понимали исключительно рукотворный объект, например, электрическую дугу, то для того чтобы применить эту идею по отношению к далекой «звезде по имени Солнце» должно было пройти несколько долгих лет. После этого
романтичная идея доставки света по трубам – будто бы воду или газ! – в умах архитекторов и строителей заиграла новыми гранями. Оказалось, что с ее помощью можно организовать идеальное экологически безупречное жизненное пространство под «зеленой» (и не только!) кровлей.
Основными составляющими данной системы естественного освещения являются светопринимающий элемент, устройство для «транспортировки» света на требуемое расстояние и светораспределяющий (светорассеивающий) узел. Светоприемное устойство имеет вид прозрачного купола, расположенного вне здания: на крыше или фасаде. Оно концентрирует даже мельчайшие потоки солнечного света (прямые или отраженные) и служит своеобразной «оптической воронкой», заполняющей световод естественным светом.
Фото 1. Светособирающие купола на крыше здания
Купол интегрирован в общую конструкцию кровли, элемент сопряжения с кровлей (флешинг) предохраняет его от попадания влаги и не нарушает гармоничности общего облика здания. Световод представляет собой набор стыкуемых алюминиевых труб прямолинейной или же изогнутой формы, покрытых изнутри пленкой полимера, состоящей из более, чем четырехсот оптических слоев, что обеспечивает коэффициент отражения близкий к единице даже при повороте солнечного луча на 90 градусов, а также практически полное поглощение его инфракрасной составляющей алюминиевой основой. Потери световой энергии при длине пути в 12-20 м не превышают 0,03%. Зимой, в условиях идеально ясного небосвода, через световод теряется приблизительно в 3 раза меньше тепла, чем через светопроем при том же уровне светового потока. Выход света в освещаемое помещение осуществляется через устройство светорассеивания – диффузор, который выполнен из полимерного материала и имеет круглую либо квадратную формы, различные структуру и типоразмеры, однако, главные его свойства – это 100% безбликовая светорассеивающая способность и бриллиантовая неслепящая яркость.
Фото 2. Схема работы системы дневного освещения
Данная система дневного освещения имеет дополнительные опции (регулирование интенсивности светового потока – диммер, световой комплект для ночного времени суток, вентиляционный комплект), использование которых значительно расширяет практику ее применения в инновационном строительстве.
Области применения систем дневного освещения широки и разнообразны :
Примеры внедрения
В Европе уже установлено более 100 тыс. систем с использованием полых световодов и спрос на них неизменно растет, поскольку создание более комфортных условий для людей и экономия электроэнергии в дневное время, очевидны. В России же такого рода решения – пока еще эксклюзив. Первым крупным общественным объектом, освещение которого доверено системам дневного освещения, стал краснодарский автоцентр ГАЗ. Типовые архитектурные решения современных автоцентров не позволяют традиционным способом, через остекление стен, осветить естественным светом зоны, где находятся сотрудники и клиенты. С помощью энергосберегающей системы дневного освещения удалось добиться освещения зон, ранее недоступных солнечному свету, а также снижения энергопотребления и тепловой нагрузки на здание. Система передает свет без теплопритоков, а значит, уменьшает потребную мощность кондиционирования. Интенсивность освещения одинакова в течение всего светового дня и не зависит от ориентации здания по сторонам света.
Системы дневного освещения, прочно войдя в мировую архитектурную практику, нашли применение и для оснащения олимпийских объектов в Пекине. Спортивный зал, принадлежащий Пекинскому научно-технологическому университету, оборудован 148 системами (21 дюйм или 530 мм в диаметре), которые отлично справляются с обеспечением дневным светом 2400-метровой спортивной арены, вмещающей более 8000 зрителей. Высокая светопередача материала световода позволила обойти чердачные преграды и обеспечить передачу светового потока более чем на 8 м. Входящие в состав систем диффузоры, равномерно рассеивают свет внутри помещения. Все 148 систем оснащены диммерами, которые позволяют регулировать естественную освещенность сооружения, обеспечивая требуемые режимы комфорта зрителей и сценария проводимых мероприятий.
Фото 3. Автоцентр ГАЗ г. Краснодар
Фото 4. Олимпийский объект в Пекине
Выводы
Благодаря своим техническим свойствам, системы дневного освещения создают в помещениях атмосферу комфорта, а также существенно снижают энергетические затраты на освещение, отопление и кондиционирование зданий, в которых они установлены.
Срок их окупаемости при освещении крупных объектов: супермаркетов, крытых стадионов, производственных помещений от 3 до 5 лет.
Системы дневного освещения, имея 10 лет гарантии и неограниченный срок эксплуатации, относятся к капитальным элементам сооружений и могут монтироваться на любом этапе строительства или реконструкции.
Для владельцев собственных домов относительно недавно появилось новое приспособление светопроводящие трубы, которое можно использовать как замену мансардных окон, что дешевле и требует меньше трудозатрат.
Если вы подумываете о добавлении солнечного света на кухне или в тёмном коридоре, то такое решение как солнечная труба вполне может подойти. Обойдётся всего в часть затрат от установки мансандрого окна и принесёт приятный дневной свет в нужное помещение.
Известная под разными названиями: солнечная труба, светопроводящая труба, свето-тоннель это металлическая труба диаметром обычно от 25 см до 35 см с отполированной внутренней поверхностью. Внутренняя поверхность действует как продолжительное зеркало, пропуская свет по всей длине и сохраняя его интенсивность. Приём лучей света происходит на крыше и затем они направляются в внутрь дома.
На крыше над трубой устанавливается пластиковая сфера для защиты от непогоды. Заканчивается труба диффузором на потолке комнаты, куда она проведена. Сфера собирает свет снаружи, диффузор распределяет его ровным белым свечением. Результат удивительный, при недавно сделанной установке, владельцы часто тянутся к выключателю, покидая комнату.
У нас такие системы только появляются и стоимость их пока достаточно большая, но снижение стоимости дело времени. В Австралии и США такие системы уже закрепились на рынке и началась конкуренция, ведущая к уменьшению стоимости. В США стоимость с установкой составляет в среднем $500, тут стоит отметить, что у них стоимость установки мансардного окна в среднем равна $2000. В результате чего светопроводящие трубы становятся всё популярнее. Для тех же кто сам вылазит на крышу для установки самостоятельно, комплект системы обходится всего от $150 до $250. И здесь всё легче по сравнению с мансардными окнами, не нужно новых вставок гипсокартона, покраски, изменений элементов каркаса.
Свет из трубы диаметром 25 см, самый маленький вариант, примерно равен освещению от трёх 100 ваттным ламп, что будет достаточно для освещения помещения площадью 20 кв. м. При диаметре в 35 см света будет достаточно для площади около 28 кв. м.
Шведская компания Parans разработала в тесном сотрудничестве с учёными Технологического Университета систему естественного освещения любых зданий с помощью солнечного света, поступающего по оптическому волокну.
Прибор, функционирующий по принципу подсолнуха, представляет собой светоприёмник, который состоит из 36 линз Френеля, равномерно вращающихся вокруг своей оси внутри блока, следующего в течение дня за солнцем. Динамическое отслеживание световой активности осуществляется благодаря встроенному фотосенсору, микропроцессору и моторам, суммарная потребляемая мощность которых не превышает 10 Вт.
Собираемый в течение дня солнечный свет поступает по волоконно-оптическим световодам в здание, где они распределяются в разные помещения. Светоприёмник способен собрать до 6000 люмен, однако количество поступающего в здание светового потока зависит от длины кабелей — так через 10 м из-за светопотерь световой поток составит 3700 люмен. Одного прибора достаточно для освещения помещения площадью 30-40 м², внешний блок весит 30 кг и крепится на крыше, фасаде или на мачту. Внутренние осветительные приборы передают солнечный свет со всеми его утренними, дневными и вечерними вариациями цвета и интенсивности, однако невидимый спектр, включая инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, фильтруется, таким образом, исключено как выцветание вещей, так и возможность человека загореть.
Сфера применения естественного освещения по оптическому волокну шире, чем при использовании солнечных колодцев, ограниченного малоэтажностью, траекторией и наличием внутреннего свободного пространства для трубы, более громоздкой, чем тонкие и незаметные кабели оптического волокна. Кроме того, солнечное освещение по оптическому волокну можно включать или выключать с помощью простого переключателя, который позволяет повернуть линзы в сторону от попадания солнечных лучей. Солнечный свет по оптическому волокну создаёт лучшую освещённость, позволяет эффективнее использовать затемнённые помещения, доказано, что оно улучшает самочувствие людей, нормализует их биологические часы, повышает работоспособность.
Кроме того, 20% всей потребляемой в мире электроэнергии расходуется на искусственное освещение, в том числе в дневное время суток. Благодаря системе солнечного света по оптическому волокну использование искусственного освещения можно сократить в два раза, что на региональном и международном уровне означает сокращение выбросов СО2 и борьбу с глобальным потеплением климата. В этом году шведская компания Parans выпустила новую комплексную систему освещения, сочетающую в одном приборе дневной солнечный свет по оптическому волокну с энергосберегающим светодиодным освещением в тёмное время суток.
Уникальная технология «солнечный колодец», которую изобрели еще в 90-х годах прошлого столетия, способна без энергопотерь и в любую погоду доставить естественный свет в самые темные углы. Даже помещения без окон смогут получить свою порцию солнечного света, если установить особые трубчатые световоды с фантастическим уровнем отражения, достигающим отметки 99,5%!
В последние десятилетия человечество осваивает новые технологии транспортировки энергии, ярким примером таких разработок стало изобретение системы «солнечного колодца». Эта технология позволяет не только свести к минимуму использование энергоресурсов, которые вырабатывают электростанции, но и сохранить здоровье людей, ведь всем известно о негативном воздействии искусственного освещения на человеческий организм.
Начиная с 1990-х годов прошлого века некоторые страны активно внедряют эти технологии, тем самым снижая энергопотребление на 40%.
Что же такое «солнечный колодец», как он работает и какую пользу приносит людям?
Эта уникальная система состоит из встраиваемых в крышу (фасад) здания конструкции из одного или нескольких герметичных полых трубчатых световодов , которые имеют коэффициент внутреннего отражения 99,5 % и более.
Благодаря такой технологии эта установка позволяет доставлять естественный свет в дневное время суток практически без потерь и любую погоду, в даже самую темную дальнюю комнату.
Основными компонентами этой уникальной системы являются:
Прозрачный купол, встраиваемый в кровлю (фасад);
- система светоперехвата с оптическими светоотражающими устройствами,
изменяющими направление светового потока;
- кровельный адаптер, который обеспечивает герметичность крыши (фасада);
- световод и диффузор, позволяющий рассеивать поток света.
Принцип работы этой своеобразной оптической воронки заключается в следующем: свет, проходя через прозрачный купол, отражается от стенок световода и продвигается до рассеивателя. Для того чтобы снизить количество отражений, светоотражающее устройство установлено под особым, наиболее благоприятным углом. Благодаря такой конструкции, естественный свет имеет возможность попадать в световод при любой погоде в дневное время суток, улавливая поток световых лучей с самого низкого угла горизонта.
Установка «солнечного колодца» - абсолютно не сложный процесс, но все-таки это должен делать специалист.
Монтаж системы на крыше или фасаде здания производится с помощью кровельного адаптера, который монтируется в перекрытие или стену и предупреждает попадание внутрь помещения влаги. Длина трубчатого световода может регулироваться, что позволяет поставлять свет не только в помещение, находящееся непосредственно под самой крышей, но и в комнаты на нижних уровнях, вплоть до подвальных площадей. Ширина также может варьироваться, в зависимости от нужд потребления энергии.
Такой вариант освещения имеет множество преимуществ, начиная от простоты установки и самой эксплуатации системы (в ней нечему ломаться и энергозатраты составляют 0%), и заканчивая снижением потребления электроэнергии практически на 40%.
Действие такой конструкции положительно сказывается не только на экономии денежных средств и сохранности окружающей среды, но и позволяет существенно снизить пагубное влияние искусственного освещения на здоровье людей.
Доморощенные кулибины умудрились создать подобные конструкции используя лишь... пластиковые бутылки, наполненные водой!
Механик Альфредо Мозер (Alfredo Moser) из Бразилии в 2002 году на основе этой технологии создал простейшую конструкцию «солнечного колодца», используя обычную пластиковую бутылку, наполненную водой.
Идея абсолютно проста – в кровле нужно просверлить отверстие нужного диаметра, в нее установить двухлитровую пластиковую бутылку с водой, соблюдая условия полной герметизации, чтобы избежать попадания влаги в помещение.
Вот и все – светильник для гаража, дачи или подвала готов! Кстати, такой солнечный прожектор может заменить 40-60-ваттную лампу накаливания.
Приходящие счета за электроэнергию являются головной болью для большинства потребителей, ведь за блага цивилизации надо платить. Всем нам совсем не хочется отказываться от микроволновки, водонагревателя или от кондиционера. Оказывается есть много хитростей, которые
Запертые в многоэтажных ульях-офисах, мы нередко включаем лампы даже днём, потому что свет из окон с трудом добирается внутрь большого строения. Между тем над нашими головами сияет самый что ни на есть бесплатный источник лучей. Использовать его "по-умному" вполне реально. Надо только придать новое измерение понятию "естественный свет".
В этом уверена канадская компания SunCentral , подготавливающая к выходу на рынок оригинальную систему "искусственного естественного освещения". Фирма была создана в прошлом году для коммерциализации одной любопытной разработки лаборатории физики структурированной поверхности университета Британской Колумбии (Structured Surface Physics Laboratory — SSP).
Последняя специализируется на создании и тестировании новых материалов, способных по-разному отражать, поглощать и преломлять свет. Иначе говоря, конёк лаборатории — световоды и зеркала, экзотические по составу и строению линзы, а также различные технические устройства на базе таких элементов.
Один из самых ярких проектов лаборатории - система "Солнечный тент" (Solar Canopy). В её основе лежит рама с набором небольших лёгких зеркал, которые при помощи крошечных актуаторов (управляемых дешёвой электронной схемой) отклоняются по горизонтали и вертикали, чтобы следить за солнцем.
Эти зеркала направляют свет на две пары параболических зеркал, которые сжимают световой поток и отбрасывают его в жерло светового короба, покрытого изнутри зеркальной плёнкой. Нижняя часть короба оснащена тонким призматическим рассеивателем, который эффективно переправляет свет, бегущий по коробу вниз, в комнату.
В следующем видеоролике представитель компании объясняет принцип работы системы на примере масштабной модели.
Внутри короба также монтируются лампы дневного света для освещения ночью или в пасмурную погоду. Ведь система Solar Canopy занимает на фальшпотолке офиса место традиционных светильников. При этом автоматика оперативно подстраивает число включённых "трубок" в обратной зависимости от естественного светового потока, поддерживая суммарное освещение на одном уровне.
Канадские специалисты полагают, что такое сложное, на первый взгляд, решение, может оказаться выгоднее других методов решения поставленной задачи. А ведь наличие следящих приводов и системы зеркал вроде бы делает конструкцию дороже. Может, есть более привлекательные альтернативы?
При сравнительно коротких расстояниях транспортировки солнечного света может пригодиться простая система вроде "солнечного трубопровода". Но если лучи нужно перебрасывать метров на 10 и больше, следует подумать о других вариантах.
Множество компаний из разных стран уже предлагают на рынке разного рода "транспортировщики лучей", но все они наряду с очевидными достоинствами обладают и недостатками. К одним есть вопросы относительно границ применения, вторые просто дороги, третьи не слишком эффективны.
А ведь, казалось бы, что может быть проще? Даже людям, далёким от техники, ясно, что свет внутрь дома вполне может направлять самая банальная система зеркал. Но почему-то такие установки распространения так и не получили.
SunCentral объясняет, в чём тут дело. Применяющиеся в подобных случаях недорогие материалы обладают не самой лучшей отражающей способностью - 90-95%. Это значит, что при каждом отражении теряется 10% светового потока. После нескольких же поворотов внутри системы пучок весьма заметно слабеет - установка оказывается неэффективной.
Основой же для Solar Canopy послужили исследования канадской лаборатории в области покрытий с отражающей способностью в 99%, причём разработанные SSP материалы оставались совсем недорогими - это важное условие для применения их в довольно протяжённых световых "трубах".
 |
|
Не первый раз учёные придумывают оригинальные способы доставки естественного света в затенённую глубину офисов. Так, стеклянные стены небоскрёба The New York Times Building оснащены мириадами белоснежных керамических трубок. Они, с одной стороны, блокируют прямые солнечные лучи, сокращая затраты на кондиционирование, а с другой, благодаря нескольким отражениям дают мягкий и рассеянный белый свет, проникающий весьма далеко от окон. Таким образом сокращаются расходы на освещение внутренних частей здания. |
Первый рабочий прототип зеркальной ловушки SSP построила на территории так называемого Great Northern Way Campus — объединённого кампуса трёх университетов и одного института, базирующихся в Ванкувере. В том числе - университета Британской Колумбии, родителя Solar Canopy, и технологического института Британской Колумбии (BCIT) - партнёра по данному проекту.
А в 2008 году SSP смонтировала пять своих светоулавливающих установок на третьем этаже одного из зданий BCIT в Бёрнаби (Burnaby). Эксперимент показал, что в ясный полдень освещённость от "солнечной ловушки" в глубине помещения может быть сопоставима со степенью освещения от полностью включённых потолочных люминесцентных ламп.
Сейчас SunCentral занимается доводкой и шлифовкой технологии. В планах на ближайшее время значится монтаж Solar Canopy ещё на шести зданиях. Причём это будут строения разного дизайна. Одна из задач тестов - разработать новые модификации установки, позволяющие встраивать себя не столь заметно, как получилось в случае с BCIT, то есть в толщу стен.
После такой масштабной проверки можно будет подумать и о начале серийного производства модулей-ловушек и их широкой продаже. Но никаких сроков канадцы не называют.
