Самообеспечивающиеся фасадные панели — проект, принадлежащий IAAC (Institute for Advanced Architecture of Catalonia), который был изобретен на всемирной летней школе в 2014 году. Студенты, авторы проекта: Владимир Петросян, Анна Блинова, Роман Тимашев, Сергей Гусев, Михаил Полетаев, Тимур Черкасов, Ольга Калина, Сергей Андреев. Факультет: Луис Фрагуада, Мария Купцова, Родриго Агуире.
.jpg)
|
Рис.1 Граница света и тени
|
IAAC – Институт Прогрессивной Архитектуры Каталонии, преподнес себя школа, занимающаяся постоянным поиском новых изобретений и устройств, начиная от новых возможностей сбора информации для социальных и других исследований и заканчивая новыми технологиями в робототехнике, так называемой «печатью зданий». Именно здесь максимальное внимание уделено функции, насколько архитектурный объект энергоэффективен, долговечен, экологичен. Важна не столько красивая оболочка, сколько функция, которой она обладает.
http://youtu.be/So07-s-78gU
В ходе знакомства с архитектурной школой, в течение двух недель наша команда занималась разработкой проекта улучшения инфраструктуры Южной Коломны, Адмиралтейского района, Санкт-Петербурга и дальнейшим привлечения населения в общественно непопулярную часть города.
В результате исследования местности нами были выявлены следующие проблемы: недостаточное освещение дворов, а соответственно сырость, в результате которой мы имеем целый ряд проблем: разрушение отделочных материалов фасадов, а также экологическая небезопасность жизни населения, врезультате появления вредных бактерий; также во дворах с недостатком солнечного света существует опасность с точки зрения криминала.
На рис.1 наглядно проиллюстрирована проблема недостатка освещенности, в окна нижних этажей дворов-колодцев солнце не проникает никогда. В доказательство остроты проблемы был проведен анализ теней в программах Autodesk Ecotect и плагина Geco к Rhino+Grasshopper, в летнее, весеннее, осеннее и зимнее времена года (рис. 2).
|
Рис.2 Анализ теней (Южная коломна,вид сверху).
|
Рис. 3 Анализ солнечной радиации (южная сторона)
|
Рис. 4 Анализ солнечной радиации (северная сторона)
|
Следующей нашей задачей стало проанализировать количество солнечного света и тени на одном, выбранном в районе участке. Анализы были проведены также при помощи программ Ecotect+Geco (рис. 3-6).
|
Рис 5. Анализ солнечного излучения на поверхности земли.
|
|
Рис. 6 Анализ солнечного излучения на различных уровнях. |
http://youtu.be/JhMr_E3Hvxo
В результате анализа солнечного нами было выбрано наиболее выгодное место для размещения нашего проекта. Идеей проекта стала разработка светоотражающих фасадных панелей, которые должны рассеивать свет по всему пространству двора. Для наиболее эффективной работы панелей мы установили датчики освещенности на земле, которые позволяют панелям улавливать солнечный свет и распределять в теневые зоны. Данные датчики взаимодействуют с панелями при помощи Wi- Fi. (рис. 7,8)
|
Рис. 7, 8 Разрез зданий, визуализация работы фасадных панелей
|
Далее мы проанализировали отдельный фасад, чтобы определить участок с наибольшей концентрацией солнечного света. Именно в данном участке следует разместить фасадные панели (рис. 9).
|
Рис. 9 Анализ солнечного излучения, на выбранном фасаде.
|
http://youtu.be/36-ICuP6Gcc
Следующим этапом нашей работы стала разработка оптимальной формы светоотражающей панели. В результате анализа, сборки экспериментальных прототипов, а также визуализации работы в программах мы пришли к решению ромбовидной формы панели. Были учтены следующие характеристики: наилучшее взаимодействие между панелями при повороте, отсутствие соприкосновения с плоскостью окна, выпуклая форма для наилучшего рассеивания света (рис. 10).
Рис. 10 Перемещение солнечных лучей, распространение света по пространству двора.
|
http://youtu.be/LvNl5v75-WA
Далее был собран итоговый проект - прототип 1:1 (рис. 11,12), созданы визуализации (рис. 13, 14).
Рис. 12 Прототип 1:1
http://youtu.be/OrqKrL26GFc
|
|
Рис. 13 Визуализация фасадных панели.
|
|
Рис. 14 Визуализация фасадных панели
|
Разберем механизм работы одной панели. Панель имеет 2 оси вращения, благодаря которым панель может менять свою ориентацию (ось Y и ось Z). Работа панели осуществляется за счет серводвигателей. Материал панели: пластик ПЭТФ (Полиэтилентерефталат). (рис. 15).
|
Рис.15 Механизм работы панели
|
Разберем программную часть. Панель работает за счет запрограммированных микроконтроллеров: одной Raspberry и по одной Arduino к каждой панели, также к каждой панели подсоединены по два серводвигателя. На плоскости земли расположены сенсоры - фоторезисторы, которые образуют определенную сетку. Каждый фоторезистор направляет число в микроконтроллер, в результате чего последний поворачивает панель, перенаправляя потоки света. Сообщение ведется по беспроводным сетям Wi-Fi. Написание программы осуществлялось в Processing. (рис. 16).
Рис. 16 Механизм работы отражающей панели.
|
Рис. 17 Детали прототипа 1:1.
|
Следующей задачей, которую поставила перед собой наша команда стала самодостаточность панелей. Для этого мы разработали ветряной генератор энергии, за счет которого мы бы могли добывать энергию, для обеспечения панелей. Для начала мы провели анализ скорости ветра, чтобы приблизительно оценить наши возможности сбора энергии, а также найти наилучшее место для расположения данной конструкции. (рис. 20).
http://youtu.be/RpaUqJKCfOs
|
Рис. 19, 20 Механизм работы ветрогенератора
|
Ветряной генератор энергии стал главным источником энергии, при этом был подключен второстепенный источник энергии - солнечная панель, что позволило получать переменный и постоянный ток. При помощи диодного моста мы преобразуем переменный ток в пульсирующий и собираем энергию в Никель-металл-гидридный (Ni-MH) аккумулятор, который подсоединяется непосредственно к механизму панелей. Это позволило питать систему даже при том, что ветер непостоянный, а солнце преобладает только в дневное время суток. (рис. 19)
Был разработан специальный механизм ветряка. Конструкция имеет вертикальную ось, благодаря чему могут быть задействованы критичные, турбулентные потоки воздуха, движущиеся в любых направлениях. Для того, чтобы уловить потоки на низкой скорости мы использовали конструкцию с двумя барабанами, а также расположили лопасти под углом 90 градусов. Прототип 1:1 сделан при помощи лазерного резчика, материал лопастей пластик ПЭТФ, ось – металл, шестеренки – органическое стекло, элементы конструкции – фанера. В качестве генератора использована велосипедная втулка. (рис. 20).
http://youtu.be/wK4vpZp8iLY
Таким образом, разработав локальный проект, мы попытались повысить комфортность местности, привлечь внимание потребителей и девелоперов, а соответственно повысить популярность Южной Коломны Адмиралтейского района города Санкт-Петербурга. Однако данный проект может стать уместным и для других местностей.
IAAC
Institute
for Advanced
Architecture
of Catalonia
образование 
