Шорт-лист

Светоотражающие фасадные панели

Self-sufficient elevation panels

Шифр работы: SPOC1090

Категория: Студенческий
Тип: Проект
ФИО: Владимир Петросян, Анна Блинова, Роман Тимашев, Сергей Гусев, Михаил Полетаев, Тимур Черкасов, Ольга Калина, Сергей Андреев
Компания/ВУЗ:

Описание (рус.)

Самообеспечивающиеся фасадные панели — проект, принадлежащий IAAC (Institute for Advanced Architecture of Catalonia), который был изобретен на всемирной летней школе в 2014 году.
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.
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.
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.




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.
Далее был собран итоговый проект - прототип 1:1 (рис. 11,12), созданы визуализации (рис. 13, 14).
Рис. 11 Прототип 1:1.
Рис. 12 Прототип 1:1
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).
Рис. 18 Анализ ветра
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).
Рис. 21 Прототип 1:1
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.

Description (eng.)

Self-sufficient elevation panels_IAAC summer school
SELF-EFFICIENT FACADE PANELS is a project of IAAC, Institute for Advanced Architecture of Catalonia
developed in the Global Summer School in 2014 by:

Self-sufficient elevation panels.
Place: South Colomna, Admiralty district, Saint Petersburg, Russia.
Problem: Unpopular district in the center of Saint Petersburg, insufficient lightning of courtyards, with ensuing consequences of humidity, destruction of stucco materials of facades, ecological danger of residents in the sense of inimical bacteria, likewise risk of criminal.
0001
To illustrate the problem our team did shadow analysis in Autodesk Ecotect with add-on Geco to Rhinoceros+Grasshopper with the average weather data from winter, autumn, spring and summer.
0002
Then we selected the most suitable site to start our research. We aimed to have the solar analysis in the whole space of the site.
As the result, we had solar radiation analysis on the north and south sides, solar exposure analysis and the analysis of total sunlight radiation.
0003
0004 0005
These analyses helped us to choose the most suitable place of location.
The idea of our project was the development of reflective panels, which should reflect the light into the space of the courtyard. For maximum efficiency, we placed the sensors of luminosity on the ground. This helped panels to catch the sunlight and transfer it into the shadow zones. These sensors interacted with panels by Wi Fi connection.
00070008
When we determined the site, we analyzed the one facade to select the part with the maximum concentration of sunlight. Exactly on this place, we decided to locate our panels.
The next step was the development of the form of each panel. Consequently, after analysis and practice fabrications of experimental prototypes we concluded diamond form of our panel. Following characteristic were considered: the most suitable reciprocity between panels by rotation, the lack of contact with the window’s plane and convex shape for better light diffusion.
Here you can see the prototype 1:1 and renders.
0016 0017
0020
Turn to the one panel’s mechanism of work. The panel had two axis of rotation due to them it can change the orientation (axis X and Y). The work of the panels carried out due servomotors. Material of panel: PET plastic.
0018
The program part: the panel worked due programmed microcontrollers: one Raspberry and one Arduino to each panel. Likewise, two servomotors connected to each panel. The sensors – photoresistors located on the ground plane of the site, they form a definite grid. Each photoresistor addressed the number to microcontroller, as the result the latter rotated the panel, redirecting streams of light. The interaction carried out by Wi-Fi connection. The program was written on the open platform Processing.
0019
The next part of the project is self-sufficiency of the panels. Our team worked out alternative energy sources to provide the panels with electricity. The wind generator was decided to be the main energy source. Afterwards, the wind analysis was done in Autodesk Vasari to define the most suitable place of location.
The solar battery became the secondary energy source, allowing to receive AC and DC. By Diode Bridge, the AC converted to the pulsating current and collected the energy in the Ni-MH battery, connecting to the mechanism of the panels. This allowed to keep the electricity supply in fickle wind and inconstant sun.
0022
The construction of wind generator had the vertical axis, whereby critical and turbulent flows in all directions can be involved. To catch the flows at low speed we used the construction with two cylinders, likewise arranged the blades at 90 degrees angle.
0023
Prototype 1:1 was done with laser cut; therewith we used a bicycle hub as a generator.
In this way, developing the local project, we tried to increase the comfort and popularity of the place.

о проекте / контакты / реклама www.eurasian-prize.ru 2002-2017 ©