Гелиокомплекс «Солнце»

• Текст:
  14 июля 2023
• Добавить в кабинетДобавлено в кабинет

Качественный скачок в проектировании и строительстве солнечных объектов последовал после накопления немалого числа экспериментальных разработок и успешной эксплуатации небольших энергоактивных зданий и сооружений. В ряде научных учреждений СССР проводились исследования в области высокотемпературной технологии с использованием концентрированной солнечной энергии. Трудно сейчас назвать крупную научно-техническую проблему, решение которой не было бы связано с использованием материалов особой чистоты. Для их заготовления обычно используются многоступенчатые процессы с последовательным применением химических физических методов. Сложность их настолько велика, что, по мнению одного из видных ученых в этой области академика Н. Сажина, есть все основания считать настоящим научным подвигом разработку технологических методов получения веществ высокой чистоты.

В соответствии с заданием Физико-технического института академии наук Узбекской ССР был запроектирован научно-производственный гелиокомплекс «Солнце», открывший новую отрасль металлургии.

Приступая к проектированию гелиокомплекса, мы столкнулись с совершенно непривычными для себя типами сооружений, которые потребовали и новых архитектурных форм, выражающих их сущность. Одной из опорных идей пространственной композиции было стремление создать новые типы сооружений, представляющие собой максимальное единство содержания и формы. Энергоактивные сооружения гелиокомплекса, в которых потенциал пластической разработки заложен в самом конструктивном решении, можно рассматривать как конкретное воплощение органического синтеза утилитарного и эстетического. В мире нет и не может быть содержания вообще, а есть только определенным образом оформленное содержание. Белинский писал: «Когда форма есть выражение содержания, она связана с ним так тесно, что отделить ее от содержания, значит уничтожить самое содержание и наоборот: отделить содержание от формы, значит уничтожить и форму». 

Генеральный план гелиокомплекса "Солнце". 

Условия восприятия определяют необходимость того, чтобы форма несла доступную эмоциональную и эстетическую информацию о конкретном содержании сооружения — его функции, объемно-пространственной, планировочной и конструктивной структуре, материале и т. п.

Но форма должна обладать некоторой независимостью от практически всякий раз новой совокупности детерминирующих ее объективных факторов и в определенной мере влиять на конкретное содержание сооружения. Это отчуждение формы, ее самоценность всегда создавали возможность для ее совершенствования, но вместе с тем служили основой для маньеризма и эклектики. 

Информационный заряд, которым несет архитектурная форма, включает доходчивые эмоциональные и эстетические стереотипы всех видов.

Понимание этих обстоятельств позволило выработать сознательную стратегию создания архитектуры гелиокомплекса в современном культурном контексте. Сделана попытка объединить в одном комплексе два современных направления: «Хай-тек» со свободным манипулированием объемами, которые имеют сложную «машинную» архитектуру в сочетании с суперграфикой, с использованием новейших строительных и высококачественных отделочных материалов, контрастирующих между собой. Усилившийся в последние годы интерес к историческим национальным культурным ценностям под влиянием постмодернизма начал перерастать в интерес к глубокому осмыслению собственного наследия в области строительства и архитектуры, стремление к своей региональной национальной, человеческой архитектуре, которая имеет индивидуальную обособленность, соразмерность человеку и сохраняет сложившуюся среду — второе направление в архитектуре гелиокомплекса.

Объемно-планировочная структура соответствует функциональной структуре, но в то же время играет и самостоятельную роль в архитектурном решении. В указанной планировке характерна замкнутая композиция и повышенная плотность застройки, которая обеспечивает максимальную затененность вертикальных и горизонтальных плоскостей. Особенности функциональной структуры объекта, а также рельеф местности определили необходимость спроектировать научно- производственный комплекс, который состоит из пяти основных подразделений, технологической башни, концентратора, гелиостатного поля, главного корпуса и вспомогательных сооружений. 

Общий вид комплекса из посёлка Чанги

Технологический процесс осуществляется следующим образом. Поступающие от гелиостатов солнечные лучи, отражаясь от элементов зеркала концентратора, собираются в фокусе на гелиоприемнике солнечной печи, где происходит высокотемпературный технологический процесс. Концентратор устанавливается неподвижно с ориентировкой в направлении север-юг. Лучистый поток отражается на концентратор гелиостатами, которые следят за солнцем в течение всего рабочего дня. Почти вся солнечная радиация попадает на параболическую зеркальную поверхность и собирается в фокусную точку диаметром 40 см. Максимальное излучение соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре 3500°С.

Технологическая башня, предназначенная для установки солнечной печи в фокальной зоне, имеет семь этажей с верхним отсеком и отвалом, который соединен с производственном зданием, а верхняя ограждающая грань имеет монтажный проем с раздвижными секциями для замены печей. На торце верхнего отсека башни, обращенного к концентратору, предусмотрены жаропрочные раздвижные створки.

Каркас технологической башни: состоит из металлоконструкций и опирается на фундаментную плиту подземного блок-этажа. Ограждают конструкции выполнены из легких навесных панелей типа сэндвич с окантовкой оксидированным алюминием, в качестве утеплителя применяют минераловатные плиты.

Концентратор представляет собой прямоугольную «высечку на параболоиде вращения с зеркальной отражающей поверхностью и предназначен для фокусирования падающего на него лучистого потока в заданной фокальной плоскости, в которой расположена приемно-рабочая камера технологической башни, предназначенная для использования лучистой энергии потока. Оптическая ось концентратора направлена с юга на север. При этом его фокальная плоскость находится с северной стороны. Ограждающая зеркальная поверхность набирается из отдельных зеркальных элементов — фацет — размером 0,45X0,45 м. Каждая фацета крепится к каркасу с помощью устройства, обеспечивающего возможность юстировки. Для подъема на площадки концентратора предусмотрен грузопассажирский лифт грузоподъемностью 500 кг. Открытая лестница соединена с обслуживающими площадками легкими открытыми переходами. 

Общий вид комплекса с подъездной дороги

В центре концентратора имеется пирометрическая лаборатория. Для предохранения несущих металлоконструкций концентратора от прямых солнечных лучей и температурных деформаций сверху с торцов и с южной стороны сооружение закрывается солнцезащитой с применением цветных экранов, выполненной средствами супер графики. На верхней отметке концентратора устроена смотровая площадка, а завершает сооружение блок светящихся красных визирных марок, которые необходимы для юстировки 62 гелиостатов. Строительная конструкция концентратора солнечной энергии состоит из опорной части, выполненной в виде системы попарно объединенных встречно-наклонных разновысоких ферм, поярусно раскрепленных горизонтальными связевыми фермами. Каждая пара встречно-наклонных ферм смещена в плане относительно смежных таким образом, что одноименные опорные элементы ферм системы размещены в плане на двух условных параллельных параболах.

Общая жесткость и устойчивость сооружения обеспечивается тем, что металлокаркас концентратора жестко связан двумя фундаментными плитами, выполненными из монолитного железобетона, уложенного на скальное основание.

Гелиостатное поле — система отдельно стоящих гелиостатов, которая должна обеспечивать направление отраженных от нее солнечных лучей всегда параллельно оптической оси гиперболического параболоида, независимо от положения Солнца на небосводе. Площадь зеркальной поверхности каждого гелиостата около 50 м². В слежении за Солнцем зеркала будут поворачиваться как по вертикали, так и по горизонтали. В намять ЭВМ заложена программа управления движением гелиостатов на каждый день. В соответствии с движением Солнца будут автоматически меняться скорость и углы перемещения зеркал. 

Общий вид комплекса

Гелиостатное поле имеет ступенчатую форму. Для уменьшения взаимного затенения гелиостаты располагаются в шахматном порядке на специальных террасах.

В конструкцию сооружения входят уложенная на основание железобетонная плита, имеющая в продольном сечении ломаное очертание и общий уклон террас 1:5, выполненная в виде монолитной железобетонной платформы, и подпорные стены. Подпорная стена содержит вертикальные элементы — монолитные сердечники и контрфорсы коробчатого сечения, образующие ниши, которые служат фундаментами под гелиостаты, а также используются как помещения для установки щитов управления.

Главный корпус состоит из нескольких зданий, сблокированных между собой: двух производственных, двух лабораторных и административного здания со столовой, конференц-залом, библиотекой и парадным четырёхцветным атриумом. Конструкции главного корпуса выполнены из стандартных бетонных элементов антисейсмических серий ИИС-20 н ИИС-04. Ограждающие конструкции — навесные керамзитобетонные панели. Глухие плоскости стен облицованы травертином местных месторождений. Для защиты зданий от перегрева устроены проветриваемые кровли и применена солнцезащита в виде трехмерной стальной кадмированной решетки с горизонтальными и вертикальными солнцезащитными экранами.

Внутри главного корпуса находится большой двор с розарием и площадками для отдыха, а в геометрическом центре двора предусмотрены бассейн и фонтаны. Вокруг бассейна будет создан цветной ковер из живых цветов. Внутренний двор через четырех пролетный проем объединяется с обширным плато, которое расположено с южной стороны комплекса, ограниченной подпорной стеной. Перед главным входом запроектирована накопительная площадь, замыкающая поперечную с запада на восток магистраль. На площади справа от входа располагается скульптурная группа с солнечными часами «Гелиос».

При решении интерьеров учитывались нее факторы пространственного и микроклиматического окружения, в соответствии с чем были выбраны ограждающие конструкции и внутренняя отделка помещений. В интерьерах широко использованы гипсовые подвесные потолки, мрамор и травертин местных месторождений. Художником-монументалистом И. Липене для основных интерьеров разработаны пространственные композиции из металла и цветного стекла: «Гимн Солнцу», «Парад планет», «Млечный путь», «Луна». Было уделено большое внимание деталям: разработаны индивидуальные ручки для нетиповых дверей конференц-зала, поручни для лестниц и антресолей фойе, фонари и торшеры для наружного освещения н многое другое. Орнаментальное покрытие зеленью, декоративная скульптура, смотровые площадки должны не только обеспечить условия отдыха, но и создать высокий уровень визуального комфорта.

При проектировании и строительстве комплекса мы стремились создать современную архитектуру, учитывая национальные традиции и опираясь при этом не на внешние проявления национальной художественной культуры, а на ее глубинные, устоявшиеся и сохранившие свою жизненность особенности, на соблюдение пропорций, излюбленной колористической гаммы и других народных «способов видения» окружающего мира, так как основой в решении проблемы развития национальных форм является традиция в единстве с современной техникой.

Общая экономия сметной стоимости строительства против утвержденной составила 7,6 млн. руб. за счет внедрения более сорока изобретений, защищенных авторскими свидетельствами, как в архитектурно-строительной, так и в технологических частях проекта.

Нестандартизнрованное оборудование для объекта «Солнце» является уникальным, впервые осваиваемым в СССР и не имеющим аналогов ни в отечественной, ни в зарубежной практике.

Архитектурные произведения такого назначения должны иметь несколько уровней содержания: функциональный, энергетический, художественно-образный и т. д. Такое содержание архитектуры выражается ее конструктивными, энергоактивными и декоративными формами. Эти формы, в свою очередь, обусловливаются содержанием архитектурного сооружения, а иногда являются и формой содержания одновременно, обогащаясь опытом и творческим воображением.

Проработка социальных, функциональных и конструктивно-строительных проблем помогла в конечном счете сформировать эстетический образ гелиокомплекса «Солнце». Объект со столь разнообразными характеристиками отдельных своих частей, обобщенных в едином комплексе, при определенной композиционной обработке, основанной на творческой концепции с учетом национальных традиций, получает новое эстетическое выражение. Остается добавить, что проект научно-производственного металлургического гелио- комплекса «Солнце», на II Всесоюзном смотре-конкурсе на лучший проект года получил высшую оценку жюри и отмечен золотой медалью. На III Всемирном биеннале «Интерарх-85» в Софии проект стал лауреатом и награжден медалью и дипломом МСА.  

Авторы проекта: Архитекторы В. Захаров, О. Таушканов; Художник И. Липене; Инженеры Е. Макеев, Е. Шмакин. При участии Ф. Ширяева, В. Дворяшина, В. Белова, Н. Мелешкиной, В. Смурыгина, И. Кудрявцева, Б. Авдеева, М. Мушеева