ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ В АРХИТЕКТУРНОЙ СРЕДЕ И ЕЕ БИОКЛИМАТИЧЕСКАЯ КОМФОРТНОСТЬ

М.С. Мягков
Московский архитектурный институт (государственная академия), Москва, Россия
Л.И. Алексеева
Географический факультет МГУ имени. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

В поисках решения проблемы снижения эмиссии парниковых газов значительное внимание уделяется возможности использования альтернативных источников энергии. Одним из самых перспективных направлений считается массовое использование ФЭУ. Там, где имеются свободные территории, они могут применяться в формате «солнечных электростанций», а на территории городов перспективы их применения связаны с интеграцией в наружные оболочки зданий и сооружений. Однако применение ФЭУ имеет ряд отрицательных последствий для экологических характеристик среды обитания человека. В частности, за счет снижения альбедо ФЭУ увеличивают количество поглощенной солнечной радиации и повышают температуру окружающей среды в месте их размещения. В статье рассматривается биоклиматический аспект массового применения ФЭУ на урбанизированной территории на примере Москвы. Показано, что это может привести к значительному усилению городского острова тепла и ухудшению биоклиматической комфортности до критических для человека значений в области перегрева

возобновляемые источники энергии, фотоэлектрические установки, архитектура зданий и сооружений, интегрирование ФЭУ в архитектуру, биоклиматическая комфортность, климат города, городской остров тепла, фотоэлектрический остров тепла, ENVI-met

1. Heinstein P. Christophe Ballif and Laure-Emmanuelle Perret-Aebi Building Integrated Photovoltaics (BIPV): Review, Potentials, Barriers and Myths // Green. – 2013. – № 3(2). – pp. 125–156. DOI:10.1515/green-2013-00120.
2. Hassanpour A.E. Remarkable agrivoltaic influence on soil moisture, micrometeorology and water-use efficiency / A.E. Hassanpour, J.S. Selker, C.W. Higgins // Universita degli Studi della Tuscia, Italy. – 2018. – PLoS ONE 13(11). DOI:10.1371/journal.pone.0203256.
3. Hernandez R.R. Environmental impacts of utility-scale solar energy / R.R. Hernandez, S.B. Easter, M.L. Murphy-Mariscal at al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – № 29. – 2014. – pp. 766–779.
4. Brian R.B. Effects of radiative forcing of building integrated photovoltaic systems in different urban climates / R.B. Brian, R. Patrick at al. // ELSEVIER: Solar Energy. – 2017. – №147. – pp 399–405. DOI:10.1016/j.solener.2017.03.004.
5. Ma S. et al. Pricing the urban cooling benefits of solar panel deployment in Sydney, Australia // Science Report. – №7:43938. – 6 p. DOI:10.1038/srep43938(2017).
6. Barron-Gafford G. A. et al. The Photovoltaic Heat Island Effect: Larger solar power plants increase local temperatures // Science Report. – №6:35070. – 7 p. DOI:10.1038/srep35070 (2016).
7. Jessica G. Lambert, Charles A.S. Hall, Stephen Balogh, Ajay Gupta, Michelle Arnold. Energy, EROI and quality of life // Energy Policy, №64, – 2014. – pp. 153–167.
8. Ferroni F. Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation / F. Ferroni, R.J. Hopkirk // ELSEVIER: Solar Energy. – 2017. – №147. – pp. 399–405. DOI:10.1016/j.enpol.2016.03.034.
9. Ferroni F. Further considerations to: Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation / F. Ferroni, A. Guekos, R.J. Hopkirk // ELSEVIER: Energy Policy. – 2017. – №107. – pp 153–167. DOI:10.1016/j.enpol.2017.05.007.
10. Бубенчиков А.А. Оценка Энергетической и экономической эффективности применения альтернативных источников энергии в Омском регионе / А.А. Бубенчиков, Н.Г. Демидова, Д.В. Авдеев и др. // Омский научный вестник. – 2017. – №6(1516). – С. 67–75.
11. Ковалев Р.А. Анализ целесообразности ввода новых и реконструкции существующих источников тепловой энергии с использованием возобновляемых ресурсов / Р.А. Ковалев, А.Р. Ковалева // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2018. – Вып. 10. – С. 626–629.
12. Heiskanen E., et al. Demonstration buildings as protected spaces for clean energy solutions e the case of solar building integration in Finland // Journal of Cleaner Production. –2015. – Vol. 109.– pp.347–356. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.04.090.
13. Schmid D. Analyzing transformation pathways to a sustainable European energy system – Internalization of health damage costs caused by air pollution / D. Schmid, H. Korkmaz, M. Blesl, U. Fahl, R. Friedrich // Energy Strategy Reviews. – 2019. – Vol. 26. – pp. 1–11. DOI:10.1016/j.esr.2019.100417.
14. Jacobson M.Z. Effects of Urban Surfaces and White Roofs on Global and Regional Climate / M.Z. Jacobson, J.E. Ten Hoeve // JOURNAL OF CLIMATE. – 2012. – Vol. 25. – pp. 1028–1044. DOI: 10.1175/JCLI-D-11-00032.1
15. Ruiz P. ENSPRESO - an open, EU-28 wide, transparent and coherent database of wind, solar and biomass energy potentials / P. Ruiz, W. Nijs, D. Tarvydas, A. Sgobbi et al. // Energy Strategy Reviews. – 2019. – Vol. 26. – 12 p. DOI:10.1016/j.esr.2019.100379.
16. Farkas K. Designing photovoltatic systems for architectural integration. Criteria and guidelines for product and system developers / K. Farkas, F. Frontini, L. Maturi, A. Scognamiglio Scognamiglio et al. // International Energy Agency. Report T.41.A.3/2: IEA SHC Task 41 Solar Energy and Architecture. – 2013. – 92 p.
17. Solar Collectors and Panels, Theory and Applications. Editor Reccab M. Ochieng / Published by Sciyo/Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia. – 2010. – 454 p.
18. Ильвицкая С.В. Использование средств альтернативной энергетики при формировании художественного образа в архитектуре / С.В. Ильвицкая, И.А. Поляков // Architecture and modern information technologies. – 2017. – № 1(38). – С. 160–173. – URL: https://marhi.ru/AMIT/2017/1kvart17/PDF/12_AMIT_38_ILVITSKAYA_POLYAKOV_PDF.pdf
19. Казанцев П.А. Архитектурные решения жилых малоэтажных домов с солнечным отоплением для 40-50° северной широты // Вестник Дальневосточного государственного технического университета». – 2010. – № 2 (4). – С. 80–91.
20. Gagnon P. Rooftop Solar Photovoltaic Technical Potential in the United States: A Detailed Assessment / P. Gagnon, R. Margolis, J. Melius, C. Phillips, R. Elmore // National Renewable Energy Laboratory, Technical Report NREL/TP-6A20-65298. – 2016. – 82 p.
21. Фронтини Ф. Фотоэлектрические модули, интегрированные в ограждающие конструкции зданий / Ф. Фронтини, Т. Фризен // Здания высоких технологий. – 2013. – с. 86–91.
22. Frontini F. BIPV Product Overview for Solar Facades and Rroofs / F. Frontini, P. Bonomo, A. Chatzipanagi // University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland. – 2015, – 47 p.
23. Heidari N. Impact of Snow and Ground Interference on Photovoltaic Electric System Performance / N. Heidari, J. Gwamuri, T. Townsend and J.M. Pearce // IEEE Journal of Photovoltaics. – 2015. – Vol. 5. – №.6Nov. – pp. 1680–1685.
24. Gevorkian P. Alternative energy systems in building design // The McGraw-Hill Companies, Inc. USA. – 2010. – 545 p. ISBN:978-0-07-162524-1.
25. Cowen J. Planning for solar: an examination of photovoltaic technology within the built form // Australia, BPLAN. – 2008. – 95 p.
26. Черных Н.Д. Влияние средств возобновляемой энергетики на формирование архитектурного образа зданий / Н.Д. Черных, А.Ю. Сидякина // Университетская наука. – 2019. – №1(7). – С. 70–76.
27. Susan Ir. Optimation of BIPV by folding architecture and users behavior in office building at Surabaya / Ir. Susan, I.G.N. Antaryama, Ir.V. Totok Noerwasito et al. // Proceedings of International Conference: Sustainable built environment in the tropics: New technology, new behaviour? School of Architecture, Tarumanagara University, Jakarta, Indonesia, 12–13 November. – Jakarta, 2012. – p. 13.
28. Baum R. Culturally Inspired Patterns for Photovoltatics / R. Baum, S-J. Liotta // The Asian Conference on Arts and Humanities Official Conference Proceedings. ACAH 2011, Osaka, Japan. – Osaka, 2011. – pp. 284-302.
29. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. – Москва: Росгидромет, 2014. – 61 с.
30. Kislov A. Urban amplification of the global warming in Moscow megacity / A. Kislov, P. Konstantinov, M. Varentsov, T. Samsonov, I. Gorlach, K. Trusilova // EGU General Assembly 2015.Geophysical Research Abstracts. – 2015. – V. 17. EGU2015-5620.
31. Кислов А.В. «Остров тепла» Московской агломерации и урбанистическое усиление глобального потепления / А.В. Кислов, М.И. Варенцов, И.А. Горлач, Л.И. Алексеева // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. – 2017. – № 4. – С. 12–19.
32. Климат Москвы в условиях глобального потепления / под ред. А.В. Кислова. – Москва: Изд-во Моск. ун-та, 2017. – 288 с.
33. Алексеева Л.И. Нарушение структуры теплового баланса деятельной поверхности в Москве под воздействием антропогенных факторов / Л.И. Алексеева, М.С. Мягков // Устойчивое развитие. Наука и Практика. – 2004. – № 3. С. 41–50.
34. Город, архитектура, человек и климат / под ред. М.С. Мягкова. – Москва: «Архитектура-С», 2007. – 344 с.
35. Lokoshchenko M.A. Urban ‘heat island’ in Moscow // Urban Clim. – 2014. – Vol.10. –№ 3. –pp. 550–562.
36. Lokoshchenko M.A. Urban heat island and urban dry island in Moscow and their centennial changes // J. App. Meteorol. And Climatol. – 2017. – Vol. 56. – № 10. – pp. 2729–2745.
37. Алексеева Л.И. Особенности городского «острова тепла» в Москве в 2018 году в приземном слое воздуха по данным метеорологической сети. В кн.: «Эколого-климатические характеристики атмосферы Москвы в 2018 г. по данным Метеорологической обсерватории МГУ имени М.В. Ломоносова» / под ред. М.А. Локощенко. – Москва: МАКС Пресс, 2019.
38. 10 Grimmond C.S.B. Progress in measuring and observing the urban atmosphere // Theoretical and Applied Climatology. – 2006. – Vol. 84. – № 1-3. – pp. 3–22.
39. Справочник эколого-климатических характеристик Москвы. – Том 2 (под ред. д.г.н. А.А. Исаева). – Москва: Изд-во географического ф-та МГУ, 2005. – 410 с.
40. Mertens K. Photovoltaics: fundamentals, technology and practice / K. Mertens, G. Roth // John Wiley & Sons Ltd, 2014. – 297 p.
41. Konstantinov P.I. Modeling of thermal comfort conditions inside the urban boundary layer during Moscow’s 2010 summer heat wave (case-study) / P.I. Konstantinov, M.I. Varentsov, E.P. Malinina // Urban Climate. – 2014. – Vol.10. – № 3. – pp. 563–572.
42. Blazejczyk K. et al. Comparison of UTCI to Selected Thermal Indices // Int. J. Biometeorol. – 2012. – № 56. – pp. 515–535.
43. Шартова Н.В. Определение порогов температурно-зависимой смертности на основе универсального индекса теплового комфорта – UTCI / Н.В. Шартова, Д.А. Шапошников, П.И. Константинов, Б.А. Ревич // Анализ риска здоровью. – 2019. – №3. – С. 83–93.

Мягков М.С. Фотоэлектрические установки в архитектурной среде и ее биоклиматическая комфортность / М.С. Мягков, Л.И. Алексеева // Architecture and Modern Information Technologies. – 2020. – №2(51). – С. 255–288. – URL: https://marhi.ru/AMIT/2020/2kvart20/PDF/14_myagkov.pdf DOI: 10.24411/1998-4839-2020-15114