Использование солнечной энергии — основа экологически чистого и устойчивого будущего благодаря своей безотходности и широкой доступности возобновляемого ресурса.
Однако в городских условиях эффективность преобразования солнечной энергии напрямую зависит от уровня освещенности, который, в свою очередь, может существенно снижаться из-за теней от высотных зданий — это ставит перед архитекторами и градостроителями задачу найти решения, способные оптимизировать солнечное освещение в городской среде. Как в этом поможет обычный подсолнух?
Города-подсолнухи
Недавно международная команда испытателей выдвинула принципиально новый подход к планированию городских пространств, вдохновленный биомиметикой — наукой о заимствовании идей из природы. Основой их предложения стало наблюдение за подсолнечниками, которые известны способностью ориентироваться на солнце для максимального захвата солнечных лучей.
Ученые адаптировали принципы распределения семян внутри цветка для разработки схемы размещения городских объектов, целью которой стала оптимизация инсоляции (освещения солнцем). Подсолнечник обладает особенной структурой: его семена стоят в спиральном порядке и образуют углы приблизительно 137,5 градуса относительно друг друга — это феномен «золотого сечения».
Такая уникальная геометрия позволяет каждому семени получать достаточное количество света без взаимного затенения.
Применяя этот природный принцип к градостроительству, исследователи разработали концепции планировки, где жилые участки организованы спиралью аналогично расположению семян подсолнечника — этот подход сравнивался с традиционными методами планировки, например, с решетчатыми и радиальными моделями. Решетчатая модель характеризуется правильными прямоугольными блоками под углом 90 градусов друг к другу, а радиальная планировка представляет собой круговые дороги, исходящие из центральной точки города.
Исследователи воплотили идеи в трехмерных моделях, основываясь на разнообразных градостроительных концепциях, и подробно изучили, как солнечный свет влияет на городскую среду с учетом многих факторов. К ним относятся высота зданий, специфика использования земель, расположение лестничных маршей и среднее потребление энергии жителями. Особое внимание ученые уделили возможностям использования солнечной энергии на крышах и фасадах зданий с помощью установки фотоэлектрических панелей, превращающих солнечный свет в электричество.
В итоге городская планировка, вдохновленная структурой семян подсолнечника, обеспечивает на 4% большую эффективность для крыш и на 12% большую для фасадов зданий по сравнению с традиционными сетчатыми и радиальными планами — это означает, что города, спроектированные по такому принципу, способны генерировать значительно больше электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.
Что будет дальше
Авторы работы убеждены, что их инновационный подход к городской архитектуре предлагает перспективные направления для развития архитектуры и применения возобновляемых источников энергии — этот метод не только улучшает энергопотребление и снижает объемы выбросов углекислого газа, но и гармонично сочетается с личным пространством и культурными традициями различных сообществ.
Исследователи призывают урбанистов и архитекторов с самого начала проектных работ уделять внимание энергетической эффективности с акцентом на интеграцию возобновляемых источников энергии в городскую среду.
Исследование демонстрирует, как инновационные подходы к градостроительству, вдохновленные природой, повышают КПД использования солнечной энергии в городских условиях, особенно в местах с ограниченным солнечным освещением. Эти открытия позволяют создать энергоэффективные и экологически чистые города, где каждый элемент инфраструктуры учитывает использование солнечного света.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на мой YouTube канал!
Ставьте ПАЛЕЦ ВВЕРХ и ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на Дзен канал.