Міністерство освіти і науки України Шифр «Освітлення медіатек» «Принципи проектування зовнішнього освітлення фасадів медіатек з урахуванням сонячної енергосистеми» 2019 - 2020 Зміст Актуальність …..…………………………………………………………………3 I. Сонячні енергосистеми в медіатек………...………………………………..4 1. Сонячні батареї Solar Ivy………………………….………………………..4 2. Фотоелектричні панелі Bekar………………………………………………6 3. Наноантени в сонячних склах…………………………………………….10 II. III. Зовнішнє освітлення фасадів……………………………………………….12 Застосування енергозберігаючого освітлення на фасаді медіатек..……...14 Висновки……………………………...……………………………..……………..………17 Список літератури………………………………………………………………………16 2 Актуальність Відмітна особливість сучасної економіки — її надзвичайно висока енергоємність. Економія енергії сьогодні розглядається багатьма розвиненими країнами як найважливіша національна екологічна і економічна проблема: екологічна — оскільки зниження енергоспоживання означає скорочення виробництва енергії тепловими станціями і відповідно зниження забруднення навколишнього середовища викидами ТЕЦ; економічна — тому, що енергетичні витрати сьогодні складають левову частку собівартості будьякого виду продукції, товарів або послуг. В середньому на виробництво одиниці продукції в Україні витрачається в декілька разів більше енергії, ніж в країнах Західної Європи. Низька ефективність енергоспоживання в нашій країні багато в чому пояснюється застарілим підходом до управління попитом на енергію і контролю її витрачання. Мета дослідження: навчитися проектувати освітлення фасадів з урахуванням енергозберігаючих технологій. Завдання дослідження: 1. Проаналізувати енергозберігаючі технології. 2. Розглянути зовнішнє освітлення фасадів. 3. Застосувати отримані знання на фасаді медіатеки дипломного проекту бакалавра. 4. Рекомендувати принципи проектування зовнішнього освітлення фасадів медіатек з урахуванням сонячної енергосистеми. 3 I. Сонячні енергосистеми в будівлі медіатеки Сонячна енергія вбирається геліоустановки (сонячними батареями, колекторами і ін.) і використовується для: додаткового обігріву будівлі; нагріву води будинків і басейнів; опалення будівлі; створення електрики (освітлення та робота ел. приладів); освітлення вулиць; створення геліостанцій і ін. 1. Сонячні батареї Solar Ivy Компанія SMIT випустила в продаж сонячні батареї, що імітують пагони плюща. Система Solar Ivy складається з безлічі листів - гальванічних пластин, що генерує електрику від денного світла. Рис. 1 «Приклад застосування сонячних батарей Solar Ivy» Легка конструкція чіпляється на стіни будівель. При цьому фотоелементи трохи повертаються за рахунок вітру, вловлюючи сонячні промені в різних площинах, що підвищує загальну продуктивність. 4 Рис. 2 «Сонячні батареї Solar Ivy» Форму і тип взаємозамінних листя можна підібрати відповідно до дизайном будови, а гнучке кріплення здатне лягти на поверхню будь-якого рельєфу. Як заявляють розробники, дві стіни триповерхового будинку з Solar Ivy можуть забезпечити близько сорока відсотків добового споживання електрики. Рис. 3 «Сонячні батареї Solar Ivy. імітація листя» 5 Сьогодні сонячний плющ покриває південний фасад комплексу Orson Spencer Hall в США і круглу стіну музею навколишнього середовища Montreal Biosphere в Канаді. [1] Рис. 4. «Музей навколишнього середовища Montreal Biosphere в Канаді» 2. Фотоелектричні панелі Bekar BEKAR - фотоелектричні модулі нового покоління, що з'явилися замість моно- і полікристалічним кремнієвим модулів. Модулі BEKAR виготовляють за інноваційними технологіями, використовуючи кращі матеріали, тонку плівку і аморфний кремній. Це дозволяє зробити такий процес виробництва електричної енергії вигідним, економічним, довговічним і не шкодить екології. Основне завдання сонячних модулів - виробництво і економія енергії. Модулі BEKAR активно використовуються при промисловому будівництві, засклення фасадів, при створенні шумоізоляційних перешкод, в витражном і віконному виробництві, при створенні рекламних щитів. Також вони застосовуються в сонячних станціях, що встановлюються на дахах електричних системах, характеризуються прекрасним дизайном і показують хороший функціональний потенціал. 6 Рис. 5 «Фотоелектричні панелі Bekar на даху житлового будинку» Переваги фотоелектричних модулів BEKAR: 1. Висока ефективність і економія. Електрична енергія, витрачена на виробництво модулів BEKAR, окупається дуже швидко - менше ніж за 5 місяців. Це в кілька разів менше часу окупності полі- або монокристалічних кремнієвих модулів. У модулів BEKAR відмінне співвідношення ціни і якості, вони дозволяють знизити вартість кожної одиниці виробленої електроенергії, їх продуктивність збільшується при високій температурі, слабкому або розсіяному світлі. 2. Без шкоди екології. Перетворення частини спектра сонячного випромінювання в електричну енергію при допомоги модулів BEKAR не шкодить навколишньому середовищу, відбувається безшумно, не має відходів і на відміну від традиційної системи енергопостачання більш ніж на 90 відсотків зменшує кількість шкідливих викидів в атмосферу. 3. Зовнішня естетичність. Якщо раніше модулі для отримання енергії з сонячного випромінювання виконували лише практичну функцію, то модулі BEKAR можуть застосовуватися при зовнішній обробці, в якості самостійного архітектурного елемента. 4. Довговічність. Модулі BEKAR виготовляються з матеріалів високої якості, герметичні, алюмінієві конструкції прекрасно захищені від корозії - все це забезпечує 7 довгий термін служби і надійну роботу. Модулі оснащені дренажною системою, яка запобігає скупченню опадів всередині системи. Рис. 6 «Фотоелектричні панелі Bekar» 5. Використання передових технологій. Модулі BEKAR захищені від УФ-випромінювання завдяки інноваційним технологіям, застосовуваним при виробництві панелей. У конструкціях модулів використовуються анодовані алюмінієві рами, що гарантують надійність системи і тривалий період експлуатації. 6. Простота монтажу. Установка модулів BEKAR дуже проста. Завдяки спеціальним направляють, інсталяційний куточках і скоб, електричним з'єднанням, монтажним коробам і проводам процес установки не вимагає особливих зусиль. Модулі BEKAR можна використовувати в якості покрівлі або вбудувати в покриття даху, вони легко монтуються на дахах як житлових, так і промислових будівель. 7. Слабке світло - тільки плюс. При слабкому сонячному світлі і в похмурі дні у моно- і полікремнієвих модулів вихідна потужність знижується і становить 85% від тієї, яка повинна проводитися, і під кінець дня енергія зовсім перестає вироблятися. Модулі BEKAR, завдяки наявній плавною кривою напруги, не тільки будуть продовжувати працювати, але і дозволяють отримати максимальну кількість енергії. Більш того, так як на вихідну потужність модулів BEKAR впливає інтенсивність сонячних променів, модулі BEKAR набагато ефективніше працюють при слабкому, неінтенсивному світлі. 8 8. Низький температурний коефіцієнт. При оцінці різних технологій виробництва електроенергії з сонячного випромінювання дуже важливим є показник температурного коефіцієнта потужності фотоелектричних модулів. Від нього залежить вироблена модулем енергія: чим вище коефіцієнт, тим менше виробляється електроенергії. У модулів BEKAR, при виробництві яких використовується тонка плівка, температурний коефіцієнт становить -0,25% / оС. Це в два ража нижче, ніж у кремнієвих фотоелектричних модулів, коефіцієнт яких дорівнює -0,5% / оС. Внаслідок - велика продуктивність модулів BEKAR в теплу пору року порівняно з моно- і полікремнієвих модулями. Рис. 7. «Фотоелектричні панелі Бекар. Монтаж» Технічна специфікація Механічні характеристики: Вага (приблизно): 21,0 кг Розміри в мм (ДхШхТ): 1400x1100x38 Довжина вихідного кабелю: 950 мм + 5% Товщина перетину кабелю: 2,50 мм 2 Електричні з'єднання: МС 9 Електричні характеристики: Напруга при Pmax (Vmpp): 77 В Максимальна потужність (Pmax): 105 Вт Напруга розімкненого ланцюга (Voc): 102 В Струм при Pmax (Impp): 1,35 A Струм при короткому замиканні (Isc): 1,68 A Температурні коефіцієнти: Коефіцієнт Voc: -0,30% / оС Коефіцієнт Pmax: -0,25% / оС Коефіцієнт Isc: +0,09% / оС Установчі характеристики: Максимальне навантаження: 245 кг / м2 Максимальна напруга системи: 1000 В Діапазон робочої температури: -40 оС ... + 85 оС [2] 3. Наноантени в сонячних стеклах Наноантенн (нантенна) - пристрій перетворення сонячної енергії в електричний струм, побудоване за принципом випрямляє антени, але працююче не в радіодіапазоні, а в оптичному діапазоні довжин хвиль електромагнітного випромінювання. Ідея використання антен для збору сонячної енергії була вперше запропонована Робертом Бейлі в 1972 році. Також ця ідея була запропонована Ніколою Тесла в патенті № 685,957 від 05.11.1901. Можлива й інша, розширене трактування даного терміна, згідно з якою під наноантенн слід розуміти мініатюрну антену, габарити якої не перевищують сотень мікрон, а один з розмірів становить 100 і менше нанометрів. Прикладом такого роду наноантенн є диполі на основі нанотрубок, забезпечують роботу з сигналами частотою кілька сотень ГГц. Рис. 8 «Схема наноантенн» 10 На поверхню скла наносять тонке покриття з оксиду нікель - а ЛЮМІНА. Покриття ефективно поглинає сонячні промені і нагревається скло. Температура скла збільшується на кілька градусів, навіть в морозну погоду. Скло стає джерелом тепла для приміщення. якщо використовувати технолгію енергоргозбереження в самій поверхні скління (є хмарочоси, які покриті склом повністю), то наноантени можуть стати основним джерелом тепла для приміщень. Наноантени також використовують для охолодження. Змінюючи хімічний склад і форму нанотрубок підбирають покриття під конкретний спектр ізлученія. Техніка, обладнання при роботі виділяють тепло. Випромінюване тепло поглинають наноантени. Наносити покриття можна на різні поверхні, а не тільки на скла. Залишиться тільки відвести тепло від цієї поверхні за межі приміщення. Ще цю технологію енергозбереження застосовують для теплоізоляції об'єктів. Рис. 9. «Проект будівлі з використанням наноантенн» ПЕРЕВАГИ НОНОАНТЕН: зменшуються тепловтрати через вікна, а це близько 20% від усього обсягу, віконне скло; обігріває приміщення безкоштовно, знижуються витрати на опалення; покриття прозоре, для людини непомітне; наноантени в склах поглинають тепло, але не змінюють кольору і видимість. 11 МІНУСИ НОНОАНТЕН: складна технологія виготовлення, висока вартість виробництва нанопокриття, відсутня можливість нанести покриття на встановлені скла. [3] II. Зовнішнє освітлення фасадів Освітлення вулиць і будівель в нічний час в наш час є невід'ємною частиною загального архітектурного оздоблення міста. Вона регулюється адміністрацією, яка строго стежить за красою і рівнем освітленості міста. Існує безліч способів декоративного освітлення фасадів будівель: - Загальна заливка фасаду світлом. Даний вид освітлення часто використовується для підсвічування старовинних архітектурних споруд (церков, пам'яток тощо) або фасадне освітлення невеликих будинків в цілому. За допомогою потужних прожекторів, з широким кутом випромінювання світла, можна повністю висвітлити об'єкт в обраній кольоровій гамі, надаючи дивовижний колорит його архітектурі; - Локальне освітлення. Для цього типу підсвічування в основному використовують архітектурні прожектори середньої потужності і різного роду світильники з невеликим кутом розсіювання світла. Таким чином, можна виділяти характерні риси будівлі, привертаючи увагу до певних архітектурних особливостей. Локальне освітлення часто застосовується для підсвічування: вікон, арок, колон, карнизів і інших елементів фасаду; - Контурне освітлення фасадів. Реалізується за допомогою світлодіодної стрічки або світлодіодним трубки. Для створення динамічних ілюмінацій або підсвічування граней споруди. Підкреслюючи тим самим його геометричні особливості та пропорції; - Комбінована підсвічування будівель. Включає в себе локальне, художнє і загальне фасадне освітлення в цілому. Поєднуючи різні види і способи освітлення об'єктів, можна домогтися реалізації будь-якого завдання, поставленого вашою уявою. У проекті мадіатеки використовується контурне освітлення будівлі за допомогою світлодіодної стрічки. Світлодіодна стрічка має високу гнучкістю, при цьому вона міцна. Ці якості дозволяють встановлювати її в будь-яких частинах будівель під будь-яким кутом від чого підсвічування фасадів стає більш індивідуальною. Велике розмаїття кольорів, наявність контролера, за допомогою якого можна самостійно змінювати кольори, робить стрічки ідеальними для установки на фасади будь-яких будівель, від історичних пам'яток архітектури до сучасних ультрамодних нічних клубів і розважальних комплексів. 12 Крім зміни кольорів за допомогою пульта, можна також регулювати яскравість і інтенсивність світла в залежності від пори року і погодних умов. З огляду на високу яскравість і щоденну тривалу роботу, логічно припустити, що світлодіодна стрічка - задоволення дороге, але виробники врахували моменти споживання енергії. Світлодіодні стрічки дозволяють економити грошові кошти на електроенергії в середньому на 70% в порівнянні з традиційними лампами. А з огляду на довгий термін служби - понад 11 років, світлодіодні стрічки виходять самим економічним засобом освітлення фасадів будівель. При цьому світлодіодні стрічки не вимагають додаткового сервісу під час всього періоду експлуатації. За допомогою світлодіодних стрічок можна здійснити підсвітку абсолютно будь-яких будівель: офісів, кафе і ресторанів, міських адміністративних будівель, історичних і культурних будівель. Завдяки своїй герметичності і захищеності від зовнішніх впливів, світлодіодні стрічки рекомендуються для басейнів, а також для підсвічування зовнішніх контурів будівель. Рис. 10 «Види світлодіодної стрічки» Світлодіодна стрічка з напругою живлення 220 вольт, класом захисту IP67, застосовується для зовнішньої підсвічування будівель і декоративного освітлення, підкреслюючи контури будівлі. Не потрібно громіздкого обладнання при підключенні живлення. Світлодіодна стрічка 220 вольт є незамінним елементом при складанні дизайнерської підсвічування будівель. Велика довжина забезпечує переважно легкий монтаж на будівлі фасаду. При монтажі не потрібно громіздкого обладнання харчування. В якості харчування використовується перетворювач напруги-діодний міст зі штекером під роз'єм стрічки. Стрічку розрізняють за типом світлодіодів: smd3528 - однокристальний світлодіод і smd5050 трехкрістальний світлодіод. [4] 13 Рис. 11 «Світовий досвід використання світлодіодної стрічки» III. Застосування енергозберігаючого освітлення на фасаді медіатеки На даху медіатеки були застосовані фотоелектричні панелі Bekar. Рис. 12 «Дипломний проект бакалавра з використанням енергозберігаючих технологій» На фасаді були використані світлодіодні стрічки з напругою живлення 220 вольт. А енергія з панелей Bekar розповсюджується, щоб підтримувати освітлення на фасаді медіатеки. 14 Рис. 13 «Нічна медіатека з енергозберігаючим освітленням» 15 Висновки В даному науковому дослідженні: 1. Проаналізувано енергозберігаючі технології. Як з'ясувалося, існує багато методів не тільки зберегти енергію, але і використовувати альтернативні джерела енергії. 2. Розглянуто зовнішнє освітлення фасадів. Були розглянені не лише способи декоративного освітлення фасадів будівель, але й освітлення з пониженим використанням енергії. 3. Застосувано отримані знання на фасаді медіатеки дипломного проекту бакалавра. Дипломна робота на тему «Медіатека в місті Одеса» переглянута. Були внесені корективи. Повністю продумане фасадне освітлення, а також установлені додаткові батареї, які зберігають енергію Сонця. 16 Список літератури: 1. [Електронний ресурс]: https://www.vzavtra.net/stroitelnyetexnologii/integrirovannye-modulnye-fotoelektricheskie-sistemy-solar-ivystali-eshhe-luchshe.html 04.12.2019 2. [Електронний ресурс]: http://www.1lennox.com/----------------------------bekar-high-power-110---.html 04.12.2019 3. [Електронний ресурс]: https://energo-audit.com/tehnologiienergosberezhenia 05.12.2019 4. [Електронний ресурс]: https://ydoma.info/ehlektrotekhnika/lampykakaya-luchshe/lampy-svetodiodnye-lenty.html 05.12.2019 17
