Details

Работа посвящена разработке методики параметрического моделирования динамических фасадов с интегрированными фотоэлектрическими элементами и оценке энергетической и экономической целесообразности их применения в различных климатических зонах России. Задачи, которые решались в ходе исследования: • проведение анализа отечественных и зарубежных источников и существующих архитектурных решений, связанных с солнечной энергетикой, динамическими фасадами и их параметрическим моделированием; • разработка методики параметрического моделирования динамических фасадов с фотоэлементами, позволяющей оценивать экономическую целесообразность их применения; • оценка энергетической и экономической эффективности применения разработанных решений для различных климатических зон России на параметрической модели общественного здания. В результате была разработана методика расчета энергетического и экономического потенциала динамического фасада с фотоэлектрическими элементами. Разработан алгоритм в среде визуального программирования Grasshopper с использованием плагина Ladybug, позволяющий на основе климатических данных EPW рассчитать годовую выработку электроэнергии с учетом взаимного затенения панелей. Проведена апробация методики для пяти городов России, представляющих различные климатические зоны: Сочи, Владивосток, Москва, Санкт-Петербург и Чита. Установлено, что наибольшая годовая выработка достигнута во Владивостоке, наименьшая – в Москве. Выполнена экономическая оценка системы динамического фасада из 3120 CIGS-панелей, занимающих площадь в 1020 м2. Капитальные затраты составили 38 437 950 руб. (без НДС). Наименьший срок окупаемости достигнут во Владивостоке (21 год), в Чите он составил 22 года, в Сочи и Санкт-Петербурге – 23 года. В Москве система не окупается в течение 25-летнего срока службы. В итоге исследования подтверждена экономическая целесообразность применения динамических фасадов с фотоэлементами в регионах с высокой инсоляцией и/или высокими тарифами на электроэнергию (Владивосток, Чита, Сочи, Санкт-Петербург). Наименее благоприятным регионом для внедрения технологии является Москва. Разработанная методика может быть использована архитекторами и проектировщиками для предварительной оценки потенциала динамических фасадов на ранних стадиях проектирования.

The work is devoted to the development of a methodology for parametric modeling of dynamic facades with integrated photovoltaic elements and assessing the energy and economic expediency of their use in various climatic zones of Russia. Tasks that were solved during the research: • analysis of domestic and foreign sources and existing architectural solutions related to solar energy, dynamic facades and their parametric modeling; • development of a methodology for parametric modeling of dynamic facades with photovoltaic elements, which makes it possible to assess the economic expediency of their use; • assessment of the energy and economic efficiency of the developed solutions for various climatic zones of Russia based on a parametric model of a public building. As a result, a methodology was developed for calculating the energy and economic potential of a dynamic facade with photovoltaic elements. The algorithm has been developed in the Grasshopper visual programming environment using the Ladybug plug-in, which allows calculating annual electricity generation based on EPW climate data, taking into account the mutual shading of panels. The methodology was tested for five Russian cities representing different climatic zones: Sochi, Vladivostok, Moscow, St. Petersburg and Chita. It was found that the highest annual output was achieved in Vladivostok, the lowest in Moscow. An economic assessment of the dynamic facade system consisting of 3120 CIGS panels covering an area of 1020 m2 has been carried out. Capital expenditures amounted to 38 437 950 rubles (excluding VAT). The shortest payback period was achieved in Vladivostok (21 years), in Chita it was 22 years, in Sochi and St. Petersburg – 23 years. In Moscow, the system does not pay off during its 25-year service life. As a result of the study, the economic expediency of using dynamic facades with photovoltaic elements in regions with high insolation and/or high electricity tariffs (Vladivostok, Chita, Sochi, St. Petersburg) was confirmed. The least favorable region for the introduction of technology is Moscow. The developed methodology can be used by architects and designers for a preliminary assessment of the potential of dynamic facades at the early stages of design.