Оказывается, высотные здания могут ловить ветер и обращать его на пользу человеку и городу. Как подкрепить мечты точными научными расчётами и построить в больших городах небоскрёбы-ветрогенераторы, nn.aif.ru рассказал доцент кафедры теории сооружений и технической механики Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, кандидат технических наук Павел Хазов.
Нужна идеальная форма
Злата Медушевская, nn.aif.ru: - Павел Алексеевич, энергию ветра люди приручили давно. В чём суть ваших научных исследований?
Павел Хазов: - В современной науке очень перспективны исследования альтернативных источников энергии. Люди давно используют механическую силу ветра: мельницы, паруса и так далее. Известны и системы, преобразующие ветер в электричество. Речь о ветрогенераторах в полях - это такие огромные «вентиляторы» на мачтах.
Но с ними есть проблемы. Под такие ветрогенераторы нужны огромные площади, и размешать их надо, как правило, вдали от городов, а потом энергоресурс транспортировать в мегаполисы.
Но! В современных больших городах активно развивается высотное строительство и мачты у нас, по сути, уже есть.
Почему бы на них не разместить ветрогенераторы? Тогда энергию ветра можно использовать для питания здания. Более того, в отличие от мачты в поле, здания имеют большие поверхности. Их, как в случае с парусом, можно использовать, чтобы контакт воздуха и турбины ветрогенератора увеличить.
Как это сделать? Например, интегрировать ветрогенератор не на крышу того же небоскрёба, а непосредственно в его конструкцию. Но у здания должна быть форма, способная как воронка захватывать в себя больше воздушных масс.
Сейчас мы экспериментируем, какие формы сооружений как будут влиять на перераспределение воздушных потоков. Здесь натыкаемся на парадокс. Как инженеры мы хотим, с одной стороны, уменьшить взаимодействие здания с ветром, а с другой – захватываемость воздушных масс надо увеличить.
Тут на первый план выходит гидрогазодинамика. Чтобы добиться результата, мы пытаемся увеличить обтекаемость форм здания. Воздух захватывается сооружением, но как бы проскальзывает сквозь него. То есть нагрузка идёт непосредственно на генератор, а не на конструкции здания. Вот такую сложную задачу решаем.
Примеры небоскрёбов-ветрогенераторов в мире есть. Это башня Перл-Ривер в деловом центре китайского города Гуанчжоу. Там ветрогенератор с вертикальной осью вмонтирован в само сооружение. Другой пример - комплекс Всемирного торгового центра в Бахрейне, где между башнями-близнецами расположены специальные мосты, на которых установлены флюгерные ветряки.
Но это единичный опыт.
- Но противники альтернативных видов энергии говорят, что скорость ветра не везде позволяет ветрогенераторам полноценно работать…
- В России ветрогенераторы не особо прижились, поскольку существует определённая скорость ветра, и ничего ты с ней не сделаешь. А мы как раз хотим сделать конструкцию здания, способную эту скорость многократно нарастить за счёт увеличения захватываемости воздушных масс.
Под правильным углом
- Какой же формы должен быть небоскрёб-ветрогенератор?
- Пока мы определились, что в случае с комплексом зданий с мостами, как в Бахрейне, они должны быть треугольной формы и располагаться углами друг к другу. Сейчас исследуем, какой угол должен быть между самими зданиями.
Хочу сказать, что исследования у нас более комплексные. Например, колебания ветрогенератора переходят на конструкции здания, и этот процесс влияет на людей, находящихся в нём. Влияние надо оценить, колебания - рассчитать… Как и в любой научной задаче, итогового результата тут нет, мы постоянно будем двигаться дальше, отвечая на всё новые и новые вызовы.
Если вернуться к аэродинамике, то сейчас в принципе есть проблема правильного прогнозирования нагрузок на обычные здания массовой застройки. Проектировщики хорошо прогнозируют, что будет с вертикальной стеной, когда на неё воздействует ветер, но плохо понимают, как пиковое ветряное давление влияют на углы, карнизы зданий. В итоге здания во время сильного ветра, слава Богу, стоят, а вот куски фасадов бывает от них отрываются.
«Чем больше знаю, тем больше не знаю»
- На ваш взгляд, почему к альтернативной энергетике доверия в обществе мало, хотя она в тренде научных исследований? Всё дело в нефтяном лобби?
- Я не сторонник теории заговора. И предсказывать, за каким видом энергии будущее, тоже не хочу. Я люблю аналогии. Вспомните, когда была эпоха паровых двигателей, лошадиной тягловой силы и начали собирать первые образцы двигателей внутреннего сгорания на бензине, предположить, что они будут везде и повсюду, никто не мог. Бензин продавался в мензурках в аптеках как лекарственное средство!
Стоимость проекта колоссальная, прибыль минимальная. Давайте представим, что эти разработки продолжать не стали. Думаю, на развитие источников энергии смотреть из нашего времени нереально. Взлетит – не взлетит, не знаю. Но кто не пробует, тот не добивается результата.
- Павел Алексеевич, у вас с детства такой пытливый ум?
- Я со школы любил физику, геометрию, состоял в научном обществе учащихся. К третьему курсу строительного вуза понял, что дома я не телевизор включаю, чтобы развлечься, а создаю на компьютере виртуальные модели строительных конструкций и оцениваю, как они будут работать. В магистратуре начал заниматься аэродинамикой, сделал свой первый макет, «продул» его в аэродинамической трубе, получил результат…
Любой учёный хочет докопаться до сути того, как всё устроено на самом деле. Да, хорошо бы идеи коммерциализировать, получать гранты. Но особое удовольствие - добиться цели и по ходу наметить для себя ещё десять новых целей. Не зря Сократ сказал: «Чем больше я знаю, тем больше я не знаю». Это один из основных научных принципов.