Zintenzívnenie využívania slnečného žiarenia v urbánnom priestore

26. aug. 2016 • Stavebné inžinierstvo

Zintenzívnenie využívania slnečného žiarenia  v urbánnom priestore

Slovenská technická univerzita (STU) v Bratislave obsadila v medzinárodnej súťaži deväť postdoktorandských pracovných miest, ktoré sú naviazané na riešenie konkrétneho výskumu. Postdoktorandi na STU skúmajú nové materiály, tvoria aplikácie a algoritmy, vyvíjajú elektroniku pre modernú diagnostiku alebo navrhujú „solárne“ mestá budúcnosti.

Problematike využívania solárnej energie sa v projekte pod názvom Zintenzívnenie využívania solárnej energie v urbárnom priestore venuje postdoktorand Ing. arch. Ján Legény, PhD., výskumný pracovník Ústavu ekologickej a experimentálnej architektúry na Fakulte architektúry STU.

 

Prezentovaná téma postdoktorandského výskumného pobytu na Slovenskej technickej univerzite (STU) priamo nadväzuje na riešiteľov predchádzajúci výskum v oblasti využívania slnečného žiarenia, ktorého výsledky boli zhrnuté vo vedeckej monografii Solárna stratégia udržateľného mesta (spoluautor: Peter Morgenstein, vydalo Nakladateľstvo STU, 2015). 

Téma udržateľnosti dnes presahuje do všetkých vedných odborov, architektúru, urbanizmus či priestorové plánovanie nevynímajúc. Termíny ako Cradle to Cradle, Life-cycle assessment (LCA), Smart city, energetická efektívnosť, uvážlivé narábanie s energetickými zdrojmi alebo obnoviteľné zdroje energie sa stávajú základnými východiskami výstavby súčasnosti. Poskytujú tak priestor pre prospektívnu vedu a hľadanie nových, životné prostredie menej zaťažujúcich modelov a stratégií vo vývoji mesta.

Základnú výskumnú platformu tvorí dopadajúce slnečné žiarenie a možnosti jeho intenzívnejšieho využívania v štruktúre mesta ako zdroja čistej energie, s cieľom zníženia spotreby energie z tradičných zdrojov. Tento trend podporujú aj súčasné inovácie, ako napr. zvyšovanie účinnosti fotovoltických panelov.

Zobrazenie tokov dostupnej energie na našej planéte

Obr. 1: Aké zdroje vieme využívať? Zobrazenie tokov dostupnej energie (exergy) na našej planéte [TW]. Veľmi ďaleká budúcnosť: premena na tzv. civilizáciu 1. typu (astronomický výraz) – využívanie energie jadra Zeme, sopiek, oblakov... Cieľom bude zabezpečenie energeticky náročných procesov a reakcia na nárast počtu obyvateľstva (odsoľovanie morskej vody ako reakcia na nedostatok pitnej vody, transport vody a živín do „nehostinných oblastí" pre pestovanie, energetizácia a zakladanie nových miest). Energetická premena mesta zintenzívnením využívania slnečného žiarenia prostredníctvom výdobytkov v heliotechnike je jednou z možností. (Zdroj: Legény, J. podľa: HERMANN, A. W.: Quantifying global exergy resources. In: Energy, 31 (2006), p. 1690.) 

 

Intenzifikácia v danej oblasti výskumu môže prebiehať na viacerých úrovniach. Mnohé urbánne štruktúry (predovšetkým rozvoľnená panelová zástavba z polovice 70. rokov) predstavujú potenciál pre ich zahustenie s rešpektovaním potrieb preslnenia vnútorných priestorov existujúcich budov. Autorom navrhnutý algoritmus (Rhino script Grasshopper) umožňuje generatívne zahusťovanie prostredníctvom IT technológií na základe stanovených okrajových podmienok. Cieľom takéhoto prístupu je návrh energeticky sebestačných, až energeticky plusových urbánnych štruktúr. Takéto energetické ostrovné systémy následne vedia spolupracovať s existujúcimi štruktúrami a vzájomne fungovať v kooperatívnom koncepte. To znamená, že si energeticky vypomáhajú, plusová štruktúra energeticky dotuje deficitnú. Zámerom takéhoto konceptu je znižovanie energetických strát z vedenia, produkcia čistej energie priamo v mieste jej spotreby, energetická sebestačnosť štruktúr, a v neposlednom rade aj zdravšie a kvalitnejšie životné (obytné) prostredie.

Zahustenie urbánnej štruktúry                                                                        

Obr. 2: Zahustenie existujúcej urbánnej štruktúry – Ostredky, Bratislava prostredníctvom generatívneho algoritmu založeného na solárnom princípe. Nové objekty (žlté) rešpektujú mieru tienenia podľa STN a vyznačujú sa optimálnym naklonením fasádnych plôch (J, V, Z) pre inštalovanie solárnych technológií. (Zdroj: Legény, J.)

Princíp energetickej kooperácie urbánnych štruktúr

Obr. 3: Princíp energetickej kooperácie urbánnych štruktúr – vzájomná výmena energie v organizme mesta. Energeticky plusová (nadproduktívna) štruktúra dotuje energeticky deficitnú. (Zdroj: Legény, J.)

 

Iným príkladom, ako možno dosahovať intenzívnejšie využívanie slnečnej energie v meste je on-line solárny kataster, ktorý je predmetom autorovho súčasného výskumu. Väčšie mestá s inteligentnou urbanistickou víziou majú vypracované verejne dostupné solárne katastre (Viedeň, Berlín, Ženeva, New York...). Takéto on-line dokumenty umožňujú širokej verejnosti náhľad do energetických potenciálov určitých území mesta alebo jednotlivých budov. Popisujú výpočtové predpoklady ich energetických ziskov pri využití strešnej roviny alebo častí fasád budov umiestnením aktívnych solárnych technológií – fotovoltiky alebo solárnych kolektorov (vizuálne – farebným rozlíšením zobrazujú solárny fotovoltický a/alebo termický potenciál plôch). 

Solárny kataster mesta Paríž

Obr. 4: Solárny kataster Paríža je spracovaný v dvoch layeroch (vrstvách) - zobrazenie možného rozsahu / vhodnosti inštalácie helioenergetických systémov (vľavo) a detailné zobrazenie solárnej iradiácie povrchov urbánnej štruktúry mesta (vpravo). (Dostupné na: http://capgeo.sig.paris.fr/Apps/CadastreSolaire/)

 

Vo všeobecnosti, solárny kataster poskytuje obyvateľom, developerom a investorom ľahkú identifikáciu ideálne naklonených strešných plôch vhodných/nevhodných pre inštaláciu helioenergetických (solárnych) systémov a orientačný odhad možných solárnych ziskov, čím ešte viac podnecujú k využívaniu obnoviteľných energetických zdrojov. Medzi základné informácie, ktoré poskytuje tento nástroj patria: plocha strechy, inštalovaný výkon PV / ST technológií, ročný výnos, finančná úspora, úspora CO2, náklady (investície), návratnosť atď. Kombinácia solárneho katastra so zobrazeniami solárnej iradiácie tak predstavuje ideálny parciálny nástroj pre realizáciu energeticky úsporných miest.

Solárny kataster predstavuje jednu z množstva možných virtuálnych vrstiev vytvorených v GIS systémoch pre potreby mesta, jeho obyvateľov a plánovacích procesov. Je ho možné ľahko doplniť (vizualizovať) napríklad o informácie spotreby energie (tepelnej, elektrickej) jednotlivých mestských štvrtí (objektov), a tak podporiť rozhodovacie právomoci v kombinácii s ďalšími energetickými opatreniami (napr. zatepľovanie objektov). Ďalšími vrstvami môžu byť energetický potenciál biomasy, geotermálnej, veternej energie, mobilita, kultúra, bezpečnosť/kriminalita, zeleň (aj zelené strechy) v meste a pod.

Urbánna substancia mesta Bratislava.jpg 

Obr. 5: Urbánna substancia mesta Bratislava. Spracovanie objemovo veľkých dát ako v tomto prípade, prebieha v GIS (Geografický informačný systém) systémoch. (Zdroj: Legény, J.; © OpenStreetMap contribudors) 

 

Takéto nástroje prispievajú k inteligentnej verejnej správe, ktorá je práve založená na využívaní inteligentných (elektronických) rozhraní umožňujúcich efektívnejšiu komunikáciu s obyvateľmi a ich zapojenie do rozhodovacích procesov a prispieva k transparentnosti. Tieto rozhrania súčasne šetria vynakladané prostriedky a energiu.

 

Autor: Ing. arch. Ján Legény, PhD., výskumný pracovník, Ústav ekologickej a experimentálnej architektúry Fakulta architektúry, Slovenská technická univerzita Bratislava

Fotozdroj: www.archinfo.sk

Redigovala a uverejnila: Marta Bartošovičová, NCP VaT pri CVTI SR

Súvisiace:

Články
Hore
Aurelium - centrum vedy
Quark_2020
Quark 25 rokov
TAG Slovenská veda
kúpa časopisov jún 2016
banner záhrady
Publikácie Veda v CENTRE
Zaujímavosti vo vede
Jupiter je piata planéta podľa vzdialenosti od Slnka.
Zistite viac