IM9 – Vėjo ir vandens harmonijos centras Tauragėje

VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS

ARCHITEKTŪROS FAKULTETAS

ARCHITEKTŪROS KATEDRA

Silvija Janavičiūtė

BIOKLIMATINĖ ARCHITEKTŪRA. VĖJO IR VANDENS HARMONIJOS CENTRAS TAURAGĖJE

BIOCLIMATIC ARCHITECTURE WIND AND WATER HARMONY CENTER IN TAURAGE

Darbo vadovas: prof. S. Kuncevičius

Vilnius, 2023

Pagrindinė bioklimatinio projektavimo sąvoka yra supratimas, kad klimato sąlygos ir gyventojų poreikiai yra pagrindiniai projektavimo proceso elementai. Bioklimatinis projektavimas buvo svarstomas įvairiais etapais- nuo vietinės liaudies architektūros iki šiuolaikinių mokslinių tyrimų, pagrįstų tvariu pastatų projektavimu ir pastatų fizika. Tai ypatingai svarbu dabar, kai didelis energijos poreikis pasaulyje, siekis sumažinti CO2 taršą ir emisijas skatina atsižvelgti į ekologiškus energijos gamybos būdus ir atsinaujinančių išteklių panaudojimą. Bioklimatinis projektavimas tikslas - sumažinti pastatų poveikį aplinkai, mažinant energijos (anglies) sąnaudas ir emisijas, kartu užtikrinant tinkamą komfortą. Strategijos šiam tikslui pasiekti gali apimti įprastinius pasyvius sprendimus ir aktyvias mechanines priemones. Naujausios technologijos atsinaujinančiuose energijos šaltiniuose gali būti integruotos siekiant sumažinti energijos suvartojimą per visą eksploatavimo ciklą.

Šiame darbe pagrindinis dėmesys skiriamas bioklimatinių strategijų taikymo galimybėms projektuojant energetiškai nepriklausomą pastatą Lietuvos mikroklimato sąlygomis. Tiriami suprojektuoti bioklimatiniai pastatai, siekiant nustatyti tinkamas projektavimo strategijas. Taip pat liaudies architektūra, kaip nuoroda į energiją taupančių pastatų projektavimą.

Dažnai bioklimatinis projektavimas yra susijęs su trijomis tyrimų kryptimis: pirmoji yra susijusi su saulės spinduliuote, antroji - su oro įsiskverbimu ir natūralia ventiliacija, trečioji

su žeme dėl jos termoizoliacinių savybių. Mažiau dėmesio yra skirta strateginiam vėjo naudojimui. Sparti technologinė pažanga didžiojoje vėjo energetikos pramonėje ir mažųjų vėjo jėgainių srityje skatina analizuoti tikslingą vėjo energijos panaudojimą pastato energetiniams poreikiams padengti. Todėl šiame darbe atsižvelgiama į tipines vėjo charakteristikas skirtingomis Lietuvos mikroklimato sąlygomis. Ištirta vėjo charakteristikų įtaka pastato formai, taip pat kaip galima kontroliuoti ir modifikuoti pastato formą, kad paveiktų vėjo srautą, jog būtų galima maksimaliai išnaudoti vėjo energiją.

Projektuojamas rekreacinės paskirties vėjo ir vandens harmonijos centras Tauragėje. Remiantis vėjo malūnų statybos tradicija, atsisukantis į vyraujančio vėjo kryptį, forma ir tūriu pritaikytas maksimaliai surinkti vėjo energiją. Tokiu būdu užtikrinant, kad energija bus generuojama per visus metus.

INTRODUCTION

A central notion of bioclimatic building design is the understanding that climate conditions and occupant needs arekeyinputs ofthedesign process. Bioclimaticdesign has been considered in different stages, since ancient development through vernacular architecture to modern scientific investigation based on sustainable building design and building physics. This is especially important now, when the high demand for energy in the world, the aim to reduce CO2 pollution and emissions, encourage consideration of ecological methods of energy production and the use of renewable resources. Bioclimatic design aims to lower the environmental impact of buildings by lowering energy (carbon) consumption and emissions while ensuring adequate comfort. Strategies to fulfill this objective can involve conventional passive solutions as well as active mechanical measures. State-of-the-art technologies in renewal energy sources can be integrated to minimize energy consumption throughout the service life cycle.

Inthiswork,theprimaryfocusisgiventothepotentialofapplyingbioclimaticstrategies for the design of energy-independent building situated in Lithuania's micro-climate. Case studies of bioclimatic buildings are investigated to identify suitable design strategies. Vernacular architecture is taken as a reference for the design of energy-efficient buildings.

Bioclimatic design is associated with the folowing fundamental lines of research: the first is related to solar radiation, and the second to air infiltration and natural ventilation, the third - with the soil due to its thermal insulation. Less attention has been given to the strategic use of wind. Rapid technological progress in the large wind energy industry and in the field of small wind power plants encourages the analysis of the purposeful use of wind energy to cover the building's energy needs. For this reason, typical wind characteristics in different microclimate conditions are considered. The influence of the wind characteristics on the building form is investigated, as well as how the shape of a building can be controlled and modified to influence the flow of wind to maximize the use of wind energy.

In this work, a wind and water harmony center for recreational purposes is designed in Taurage. Based on the tradition of windmills architecture, the designed building face the direction of the prevailing wind, its shape and volume are adapted to maximally harvest wind energy. In this way, ensuring that energy will be generated throughout the year regardless of the direction of the wind.

SUMMARY

Three of Structum Išmanusis miestas IX proposed design territories are located in areas with stronger winds. Therefore, I studied these three territories of Mažeikiai, Jurbarkas and Tauragė with a comparative analysis in terms of wind strength and direction. The territory of Tauragė is fairly open, near water, surrounded by few buildings and a single trees, so there are no obstacles to the wind. This creates conditions for maximum collection of wind energy.

I conducted a study of wind loads on the shape of the building and realized that the shape of the ship's sail can direct the wind from several directions to a specific place (the center of the sail). A lot of pressure builds up, causing the wind to either go up or down. After forming an opening in that place, the wind is forced to go into it. As a result, a channel is formed inside the building. The channel narrows, which further strengthens the wind in the channel. This creates conditions for designing turbines inside the building, without visually disrupting the landscape, without harming winged animals.

Although the wind in Tauragė comes mostly from the west, the strongest wind is from the north. Based on the architecture of post windmills, the building is designed to face the direction of the wind. The rotation is created by an attached weather vane. The building is on the water so that the water gives a slip. The building is supported by a pontoon platform, which is placed on a post. The weight is supported by water and pontoons, the function of the post is topreventthebuildingfrommovingoffitsaxiswhenrotating.Thepostatthepondisreinforced with a cast concrete ring and piles. To estimate the size of the pontoons, I looked at the draft of boatsofsimilarsizeand weight,andArchimedes' principle,whichprovesthatareacompensates weight. The depth of the Balskai pond is enough for such building. I also did a study (video is in the attachments) when I placed the building model in the pool. The building rotated with the natural wind and the artificially induced wind, facing the direction of the wind.

On the first floor, a cafe and an exhibition of the works of Tauragė region artists are planned. The second floor entresol consists of turbines and ancient windmills exhibition spaces, as well as flexible conference spaces. Creative workshops are being designed on the third and fourth floors, where people can make turbines or kites. There are balconies to the second wind tunnel where people can try out their models. Living spaces are being designed on the fifth and sixth floors. On the seventh floor there is an amphitheater, from which you can see the territory of Balskai and the channel with models.Technical rooms are located on the -1st floor, installed between the pontoons. This makes it possible to bring engineering systems through the pontoons. Vertical communications consist of two evacuation staircases and two elevators

The site plan includes the design of a parking lot and an auxiliary building. It consists of changing rooms and showers so that people can practice water sports in the area. A pontoon, anchored bridge leads to the building. Efforts are made to leave as much green space as possible so as not to obstruct the wind. Next to it, a path leading to Balskai beach is being designed.

TIRIAMOJI DALIS

TIPINĖS VĖJO CHARAKTERISTIKOS LIETUVOS MIKROKLIMATO SĄLYGOMIS

Lietuva – palyginti silpnų ir vidutinių vėjų šalis. Nuo senų laikų beveik visus metus Lietuvos teritorijoje vyrauja vakarų ir pietų krypčių vėjas, stipriausias vėjas yra šiaurinis (Morkūnas, 1982).

Risoe laboratorijos 2003 metais sudarytame vėjo atlase nurodyta, jog Lietuvoje vyraujantis metinis vidutinis vėjo greitis 50 m aukštyje virš 2 klasės nelygumo reljefo yra nuo 3 m/s iki 6 m/s. Didžiausias vėjo greitis būdingas pajūrio ir Tauragės rajonams, t.y. 6 m/s (žr. 1 pav.).

1 pav. Vidutinis metinis vėjo greitis 50 m aukštyje Lietuvoje (Rathmann, 2003)

Vidutinis vėjo greitis per metus pagal 1991–2020 m. standartines klimato normas Lietuvoje yra 3,1 m/s. Įvairiose teritorijose pasiskirsto nuo 2 iki 5,5 m/s: stipriausi vėjai pučia pajūrio regione (>4,5 m/s), silpniausi- Utenos ir Varėnos apylinkėse (<2,5 m/s), Tauragėje- 4 m/s (žr. 2a pav ) Remiantis žemėlapiu, tinkamiausia vieta statyti pastatus, kurie generuotų energiją iš vėjo, yra Klaipėdos apskrityje ir Nemuno žemupyje prie Rusijos sienos, kur pučia stipresnis vėjas. Pagal bendrovę Atenergo vidutinis vėjo greitis Lietuvoje 10 metrų aukštyje yra nuo 4 iki 6,5 m/s, Tauragėje 6 m/s (2b pav.).

A B

2 pav. Vidutinis metinis vėjo greitis Lietuvoje: a) 1991–2020 m. (LHMT Klimato ir tyrimų skyrius, 2021); b) 10 metrų aukštyje (Atenergo, n. d.)

Vėjo greitis turi paros ir metinę eigą. Pagal Lietuvos Klimato Atlasą vasarą silpniausi

vėjai pučia naktį ir paryčiui, o smarkiausi, dėl didžiausios konvekcijos, po pietų, apie 14–15

valandą vietos laiku (Galvonaitė ir kt., 2013). Dėl nevienodo žemės paviršiaus įšilimo, aukštyneigių ir žemyneigių srautų didėja turbulencija, atsiranda vėjo gūsiai. Rudenį bei žiemą yra registruojami patys stipriausi vėjai. Rudenį vėjo greitis stiprėja kiekvieną mėnesį: rugsėjo

mėnesį vidutinis greitis 2,0–4,5m/s, olapkričio 2,5–5,5m/s. Vėjo greičio skirtumai tarp pajūrio ruožo ir kitų šalies rajonų apie 2 m/s. Žiemą vidutinis vėjo greitis didėja ne taip greitai kaip

rudenį: pajūryje jis siekia 5,0–5,8 m/s, rytiniuose rajonuose apie 2,5–4,0 m/s. Pavasarį vėjo greitis ima silpnėti: pajūryje greitis svyruoja nuo 3,5 m/s iki 4,5 m/s, kitoje šalies dalyje

nuo 2,0 iki 3,5 m/s, vasarą vidutinis vėjo greitis pajūryje 3,5– 4,0 m/s, rytinėje dalyje 1,5–3,0 m/s (Galvonaitė ir kt., 2013).

3 pav. Vidutinis sezonų vėjo greitis Lietuvoje: a) žiema; b) pavasaris; c) vasara; d) ruduo (Lietuvos klimato atlasas, 2013)

2.3.2 VĖJAS MAŽEIKIUOSE, JURBARKE IR TAURAGĖJE

Structum Išmanusis miestas IX konkurse iš projektavimui siūlomų teritorijų trys patenka į stipresnio vėjo sritis. Todėl šios trys Mažeikių, Jurbarko ir Tauragės teritorijos tiriamos lyginamaja analize vėjo stiprumo ir krypties aspektais, remiantis Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos (2a ir 3 pav.) ir Weather Spark bei World Weather (4-6 pav.) pateiktais duomenimis

Visoje Lietuvoje vėjo greitis per metus keičiasi sezoniškai, minėtose teritorijose vėjas matuotas

10 m aukštyje, kai 1 mylios per valandą (toliau mph) reikšmė prilyginama 0.44704 m/s.

- Mažeikiuose vėjuotas laikotarpis trunka 5,5 mėnesio, nuo spalio 13 d. iki kovo 29 d., kai vidutinis vėjo greitis 4,6 m/s (10,3 mph). Vėjuočiausias mėnuo - sausis, kai vėjo greitis iki 5,49 m/s (12,3 mph). Vėjo atžvilgiu ramesnis metų laikas trunka 6,5 mėnesio- nuo kovo 29 d. iki spalio 13 d. Mažiausiai vėjuotas mėnuo- rugpjūtis, kai vėjo greitis iki 3,66 m/s (8,2 mph).

Dažniausiai vėjas pučia vakarų (21.5 %) ir pietvakarių (19.5 %) kryptimis (žr. 4 pav.).

4 pav. Vėjas Mažeikiuose: a) vidutinis vėjo greitis (Weather Spark, 2023); b) vėjų rožė (World Weather, 2023)

- Jurbarke vėjuotas laikotarpis trunka 5,7 mėnesio, nuo spalio 9 d. iki kovo 31 d., kai vidutinis

vėjo greitis viršija 4,38 m/s (9,8 mph). Vėjuočiausias mėnuo – sausis, kai vidutinis vėjo greitis

iki 5,18 m/s (11,6 mph). Vėjo atžvilgiu ramesnis metų laikas trunka 6,3 mėnesio – nuo kovo 31 iki spalio 9 d. Mažiausiai vėjuotas mėnuo – rugpjūtis, kai vidutinis vėjo greitis iki 3,53 m/s (7,9 mph). Dažniausiai vėjas pučia vakarų kryptimi (31.3 %) (žr. 5 pav.)

5 pav. Vėjas Jurbarke: a) vidutinis vėjo greitis (Weather Spark, 2023); b) vėjų rožė (World Weather, 2023)

- Tauragėje vėjuotas laikotarpis trunka 5,5 mėnesio, nuo spalio 12 d. iki kovo 30 d. kai vidutinis vėjo greitis didesnis nei 4,34 m/s (9,7 mph). Vėjuočiausias mėnuo – sausis, kai vidutinis vėjo greitis siekia 5,18 m/s (11,6 mph). Vėjo atžvilgiu ramesnis metų laikas trunka 6,5 mėnesio, nuo kovo 30 iki spalio 12 d. Mažiausiai vėjuotas mėnuo – rugpjūtis, kai vidutinis vėjo greitis siekia 3,48 m/s (7,8mph).Dažniausiai vėjaspučiavakarų (18.9%), pietvakarių(16.4%)irpietų (15.8 %) kryptimis (žr. 6 pav.).

6 pav. Vėjas Tauragėje: a) vidutinis vėjo greitis (Weather Spark, 2023); b) vėjų rožė (World Weather, 2023)

1 lentelė. Vėjo greičio Mažeikiuose, Jurbarke ir Tauragėje apibendrinimas pagal Weather Spark duomenis (sudaryta autorės)

Visoms trims teritorijoms būdingi stiprūs Lietuvos vėjai. Nors pagal Weather Spark duomenis Mažeikiai pasižymi stipriausiu vėju (žr. 1 lent.), žiūrint į standartinę klimato normą Lietuvoje 1991–2020 m. ir vidutinį metinį vėjo greitį 10 metrų aukštyje, Mažeikiams būdingas silpnesnis vėjas nei Tauragei ar Jurbarkui (žr. 2 pav). Todėl tikėtina, jog Weather Spark duomenys nėra tikslūs. Pagal standartinę klimato normą Lietuvoje 1991–2020 m. ir vidutinį metinį vėjo greitį 10 metrų aukštyje, Tauragei būdingas stipresnis nei Jurbarkui ar Mažeikiams vėjas (žr. 2 pav).

VĖJO PANAUDOJIMAS ISTORINIAME KONTEKSTE

Vieni pirmųjų statinių, naudojančių vėjo energiją buvo vėjo malūnai; Europoje pirmą kartąpaminėti833metais,LietuvojeatsiradęXIVamžiuje.Taiarchitektūrasusparnais,kuriuos oro srautams sukant, vėjo energija verčiama į mechaninę, kietoms medžiagoms (pvz. grūdams) smulkinti (Andrejevas ir Morkūnas, 1982). Nagrinėjant Lietuvos malūnų istoriją, informacija

rinkta iš pranešimų 2018 m. projektui „Šiaurės sparnai: istorinių vėjo malūnų atminties archyvas“.

-Vieta: malūnaibuvostatomi priedidelių upių,lygumose,ant lengvai kylančių kalvų, kurpučia tolygus, nesūkuriuotas vėjas. Maksimaliam vėjo energijos naudojimui svarbu, jog tarp malūno ir vėjo nebūtų kliūčių, tokių kaip aukšti pavieniai medžiai, miškas, trobesiai. Jei nebuvo galimybės išvengti užuovėjos, malūnas buvo iškeliamas ant aukšto, 3 metrų pamato. Kadangi Lietuvojevyraujavakarųvėjaibeistiprus,malimuitinkamiausiasšiaurėsvėjas,malūnaibūdavo statomi gyvenviečių ar trobesių vakariniame arba šiauriniame pakraštyje.

- Malūnų tipai:

Nuo X a.

Pirmieji žinomos formos malūnai pasaulyje ir Europoje buvo su vertikalia sparnų ašimi. Naudojami grūdams malti.

Nuo XIV a.

Vėjo malūnai imobilizuoti, negręžiojami, su horizontalia sparnų ašimi. Statant atgręžiami į vyraujantį vėją. Naudojami grūdams malti. Lietuvoje šio tipo malūnų nerasta.

7 pav. Pirmieji vėjo malūnai, Persija (Amiri & Mirbozorg, n. d.)

8 pav. Negręžiojamas malūnas (Morkūnas, n. d.)

Nuo XVIII a.

Siekiant užriktinti nuolatinį malūno veikimą, statomi pagal vėją gręžiojami dviejų tipų

malūnai: 1) stiebiniai- gręžiami į vėją kartu su visu malūno liemeniu; 2) kepuriniaigręžiami į vėją tik su viršutine dalimi – kepure (žr. 9 pav.)

Gręžiojami malūnai dar skirtomi į: a) sukamus gręžulu; b) sukamus krumpline pavara (virve, rankiniu suktuvu, vėjų rože); c) ant ratukų (žr. 10 pav.)

9 pav. Gręžiojamos (neštichuotos) ir negręžiojamos (štichuotos) malūno dalys: a) stiebinio; b) kepurinio (Morkūnas, n. d.)

10 pav. Gręžiojami malūnai: a) sukamas vėjų rože; b) sukamas rankiniu suktuvu; c) ant ratukų; d) su dviem uodegom gręžti (Morkūnas, n. d)

Stiebinių malūnų svarbiausios konstrukcinės dalys: 1) laikančioji dalis - stiebas;

2) ant stiebo antro aukšto grindis ir sienų griaučius laikantis balnas; 3) uodega (žr. 11a pav.). Tūris kvadratinis arba stačiakampio plano, visada medinis, karkasinės konstrukcijos, mūrinis pamatas (Daugėlienė, 2020). Stiebinių malūnų sienos būna stačios arba nežymiai siaurėjančios į viršų. Beveik visą malūno masę laikantis 50 cm skersmens stiebas statomas ant medinio gulsčio kryžiaus (žr. 12a pav.). Kryžius guldomas ant akmenų arba ant juostinių pamatų, prisukamas varžtais. Kiti variantai, stiebas įleistas į kvadratinį lizdą iš skersinių ir išilginių ketvirtinių sijų arba įstatomas į

sijų rentinį (žr. 12b, 12c pav.). Ant stiebo uždėtas 50x50 cm skersinis, dažniausiai

vadinamas balnu. Jis būna pirmo aukšto palubėje ir laiko antro aukšto grindis bei sienų

griaučius (žr. 11 pav.). Apačioje po pirmo aukšto grindimis aplink stiebą įrengiamas

sudėtingas mazgas, laikantis dalį malūno masės ir leidžiantis jam švytuoti ant stiebo į

šalis (žr. 12d pav.), kartais stiebas stabilizuojamas jį apmūrijant masyviu arba juostiniu

1–2 m aukščio pamatu, ant kurio viršaus sumontuojamas žiedas (žr. 12e pav.) Vienoje sienoje, vadinamoje galine, pro apkalą iškišami pagrindinių sijų 1–1,5 m ilgio galai. Tarp jų įstatoma ir įtvirtinama uodega, kuria gręžiojamas malūnas (Andrejevas ir Morkūnas, 1982).

11 pav. Stiebinis malūnas: a) stiebas, balnas, uodega; b) erdviniai griaučiai (Morkūnas, n. d.)

12 pav. Stiebinio malūno konstrukciniai sprendimai: a) stiebas ant kryžiaus; b) stiebas įleistas

į lizdą; c) stiebo įtvirtinimas rentinyje; d) apkaba ir sijos; e) stiebo stabilizavimas (Morkūnas, n. d.)

Kepuriniai malūnai Lietuvoje paplitę labiausiai. Vėjo turbina, dar vadinama

vėjų rože, įtaisoma ant kepurės viršaus. Ją sudaro 5–8 mentelės. Mentelių brėžiama

plokštuma statmena sparnų brėžiamai plokštumai. Turbinos mentelės nuo jų brėžiamos plokštumos pasuktos 45° kampu, todėl turbina pradeda suktis pučiant vėjui iš vieno

arba kito šono. Jei vėjas pučia ne į didžiuosius sparnus, pradeda suktis turbina ir automatiškai atgręžia didžiuosius sparnus į vėją (žr. 13 pav.) (Andrejevas ir Morkūnas, 1982)

A B C

13 pav. Kepurinis malūnas: a) kepurė, gręžiama vėjų rože (Bubilų malūnas); b) vėjų rožės schema (Morkūnas, n. d ); c) detali schema (Low-Tech Magazine, 2009)

Nuo XIX a.

Atsiranda ir pradeda plisti garo malūnai, taip pat skystu kuru ar dujomis varomi motoriniai malūnai (Daugėlienė, 2020).

Nuo XX a.

Elektriniai malūnai pradeda keisti vėjo malūnus.

Dabartinis vėjo malūno variantas yra vėjo jėgainė, kinetinę vėjo energiją verčianti elektros energija. Vėjo jėgainės pagal paskirtį ir galingumą skirstomos į pramonines (daugiau kaip 250 kW), vidutines (nuo 50 kW iki 250 kW) ir asmenines (nuo 0,1 kW iki 50 kW). Pagal konstrukciją skirstomos į du tipus: horizontalios ašies (14a pav.) ir vertikalios ašies (14b pav.) Horizonalios ašies vėjo jėgainės yra greitaeigės, mažesnio svorio, jėgainės turbiną galima iškelti aukštai, vieno instaliuoto kilovato kaina yra mažesnė negu vertikalios ašies jėgainių. Trūkumas - jų negalima statyti arti gyvenamųjų pastatų, aukštus bokštus sudėtinga transportuoti, vėjo turbinas įdiegti. Vertikalios ašies vėjo jėgaines lengva montuoti ir eksploatuoti, nereikia orientuoti pagal vėjo kryptį.

Tačiau jos nepasižymi dideliu naudingumo koeficientu, nuo kurio priklauso

pagaminamos elektros savikaina. Norint paleisti vertikalios ašies elektrines reikalinga papildoma energija, jos yra lėtaeigės ir negali būti tokios aukštos kaip horizontalios jėgainės.

Nors vėjo jėgainės tampa vis svarbesniu atsinaujinančios energijos šaltiniu, siekiant sumažinti energetinę priklausomybę nuo iškastinio kuro, jos vizualiai teršia kraštovaizdį, kelia grėsmę sparnuotiems gyvūnams, šalia vėjo jėgainių gyvenantys žmonės yra nuolat veikiami iki 45 dB garso, kuris didina stresą, kelia nemigą ir taip veikia sveikatą.

14 pav. Modernus malūnas- vėjo jėgainė: a) horizontalios ašies; b) vertikalios ašies (Atenergo, n. d.);

Nuo XXI a.

Siūbuojantis stiebas „Vortex Bladeless“, sukurtas 2012 m. Ispanijos inžinierių David Yáñez ir Raul Martín, naudojamas žaliąją elektros energiją gaminti. Kai vėjas slenka pronejudančioobjektošonus,sukuriasūkuriniusjudesius,kurieveikiaobjektąirsukelia vibraciją (sūkurinė kinetinė energija). Pranašumai palyginti su įprastomis vėjo jėgainėmis: daug mažiau optinių ir akustinių problemų, gamina elektrą nepriklausomai nuo vėjo ir saulės valandų kiekio, užima mažiau vietos, yra lengvai montuojami, svyruojabetriukšmo,paukščiaineįsikimbaį rotorių, reikiamažiaustatybinių medžiagų.

15 pav. Vortex Bladeless prototipai (Vortex Bladeless, n. d.)

LAIVAI

Projektinėje dalyje svarbus grimzdos aspektas. Norint jį suprasti nagrinėjami kruiziniai laivai. Archimedo dėsnis aiškina kodėl laivai neskęsta: skystyje ar dujose panardintą kūną veikiaaukštyn nukreiptajėgalygi kūnoišstumto skysčio arbadujų svoriui.Taigi skystyjekūnas veikiamas dviejų jėgų – žemyn nukreipta sunkio jėga ir aukštyn nukreipta Archimedo jėga (žr. 16a pav). Archimedo jėga paskaičiuojama: skysčio tankis (kg/m³) x panirusios kūno dalies tūris (m³) x laisvojo kritimo pagreitis (m/s²) . Kai sunkio jėga didesnė nei Archimedo jėga, kūnas skęsta. Kai sunkio jėga lygi Archimedo jėgai, kūnas plūduriuoja. Kai sunkio jėga mažesnė nei Archimedo jėga, kūnas kyla į viršų. Vadinasi, kūnas plūduriuoja nes išstumia tiek pat arba daugiau tūrinio vandens svorio, nei kūnas sveria. Jeigu kūnas svertų daugiau nei išstumiamo vandens svoris, jis skęstų. Tai priklauso irnuokūno formos irsvoriopaskirstymo (žr. 16bpav.)kuo laivas didesnis, tuo mažiau jo vandeny. Vadinasi, plotas kompensuoja svorį.

A B

16 pav. Archimedo dėsnio schema (sudaryta autorės)

Toliau lentelėje matomi didelio, vidutinio ir mažo tonažo ir tūrio kruiziniai laivai bei jų grimdza. 2 lentelė. Laivų svorio, dydžio ir grimzdos santykis (sudaryta autorės)

Nuotrauka

the

H. Riddle (2022)

The cruise specialists (n.d.)

*Aukštis skaičiuojamas autorės: aukštų skaičius x 3,5 m. Paprastai laivuose aukšto aukštis 3,53,8 m.

TYRIMAS

Tyrimas susideda iš dviejų dalių: pirmoji dalis – vėjo slėgio apkrovų pastato formai principinės schemos; antroji – pastato sukimosi pagal vėjo kryptį eksperimentas.

ORO SROVIŲ APKROVA. PRINCIPINĖS SCHEMOS

Tikslas - ištirti oro srovių įtaką pastato formai, kaip galima kontroliuoti ir modifikuoti pastato formą, kad paveiktų vėjo srautą, jog būtų galima maksimaliai išnaudoti vėjo energiją.

Tyrime buvo naudojamos skirtingos geometrinės figūros, vaizduojančios pastato formą.

17 pav Autorės sudarytos schemos

Kai vėjas sąveikauja su pastatu, vienu metu atsiranda teigiamas ir neigiamas slėgis (neigiamas slėgis yra mažesnis už aplinkos slėgį, o teigiamas slėgis yra didesnis už aplinkos slėgį). 17 1 ir 2 pav. galime pastebėti, jog vėjui aptekant kvadratinį pastatą į vėją nukreiptoje pastatopusėjesusidaroaukšto,opriešingoježemoslėgiosritys.Dėltoformuojasisrovės,kurios apgaubia šonines sienas. Tikėtina, jog pastato užuovėjoje, žemo slėgio srityse, formuojasi turbulentinis oro judėjimas. Taigi kvadratinė pastato forma turi atlaikyti dideles apkrovas, atsirandančias dėl vėjo iš bet kurios pusės. 17 2-3 pav. aukštas slėgis susidaro kampuose.

Šešiakampis / aštuonkampis yra tarpinė figūra tarp kvadrato ir skritulio pastatų formų, jam

būdingos mažesnės vėjo apkrovos. 17 4 pav. matyti kaip forma praskiria vėją į dvi sroves. Iš pradžių atsimušimo/ atstumimo jėga oro sroves atskiria, vėliau oro srautai, veikiami stūmimo jėgos, susijungia

18 pav. Autorės sudarytos schemos

18 5A ir 5B pav. matomos skirtingos aerodinaminės savybės tarp rutulių su lygiu ir grublėtu paviršiais. Grublėtas paviršius (5B) sukuria nedidelę turbulenciją arti paviršiaus ir pritraukia srautą arčiau galinio rutulio paviršius, kuris sumažina atskyrimo plotą ir pasipriešinimą. Tai patvirtina L. Lignarolo, C. Lelieveld, P. Teuffel atliktas tyrimas su golfo kamuoliuku: golfo kamuoliukų konstrukcijoje šiurkštumas naudojamas sumažinti pasipriešinimo jėgą, nes dėl golfo kamuoliuko paviršiuje esančių įdubimų oro srautas prieš srovę rutulio pusėje tampa turbulentiniu, reiškias gali išlikti prie rutulio paviršiaus daug ilgiau bei sukurti mažesnį slėgio pasipriešinimą; dėl šių priežasčių rutulys juda toliau. Elipsiniai arba apskriti pastatai turi mažesnį paviršiaus plotą statmeną vėjo krypčiai, dėl to yra labiau atsparūs vėjo apkrovai nei kvadrato formos pastatai. 5A schemos rodo kitas vėjo kryptis – nesvarbu iš kurios pusės būtų vėjas, rezultatas išliks toks pats.

19 pav. Autorės sudarytos schemos

19 6A, 6B ir 6C pav. vaizduoja oro srovių sąveiką su išlenkta forma. 6A oro srovės surenkamos formos centre suformuodamos srovę į viršų arba į apačią. 6B parodo, jeigu formoje yra anga, tada oro srautas eina pro angą ir joje sustiprėja. 6C oro srovė prieš kliūtį pasiskirsto palei kliūties kraštines Taigi lenkta forma gali būti naudojama oro srovėms nukreipti arba surinkti ir sustiprinti, kas sudarytų sąlygas tolimesnei jos panaudojimui.

20 pav. Autorės sudarytos schemos

20 pav. matome, jog trikampė forma sudaro galimybę oro sroves išskaidyti ar nukreipti reikiama kryptimi. 20 7D pav. naudojant kelis trikampio formos tūrius galima nukreipti kelių krypčių vėją į konkrečią vietą, kur technologijų pagalba būtų surenkama energija. Tačiau ne tik trikampė, bet ir kvadratinė forma, pasukta tinkamu kampu, galėtų nukreipti oro srautą.

Toliau bus vaizduojamos vėjo kryptys pasirinktame sklype, pateikiant statistinius duomenis kaip dažnai pučia vėjas iš konkrečios krypties, aptariant principus kuriais tai gali būti

panaudojama

Laivo burės veikimo principas vizualiai atspindi oro srautų surinkimo idėją.

Išnagrinėjus pasirinktą sklypą ir jame vyraujančių vėjų kryptis, sudaromame plane

„burės“ pažymėjimas sudaro sąlygas planuoti

skirtingų krypčių oro srovių surinkimą ir to panaudojimą projektuojant energetiškai

efektyvius pastatus,naudojančius vėjo energiją.

21 pav Burės dinamika (pinterest, n. d.)

Turima statistinė informacija rodo, jog dažniausiai pasirinktame Tauragės sklype vėjas yra iš pietų (15,8 %), pietvakarių (16,4 %), ir vakarų (18,9 %) krypčių. Todėl išlenkta forma projektuojama taip, jog surinktų oro srautus iš minėtų krypčių Teigtina, jog galima surinkti

51,5 % metinio vėjo Tauragėje (žr. 22a pav.). Projektuojant didesnio radiuso burę, atsiranda galimybė surinkti daugiau oro srautų krypčių, tačiau atsiranda grėsmė, kad nebus galimybės jų nukreipti tinkama kryptimi (žr. 22b pav.).

A B

22 pav Burės projekcija (sudaryta autorės)

Pritaikant geometrines formas pagal burės linkį, akivaizdu, tokiu būdu vėjas gali būti surinktas į konkrečią vietą, kurioje tarp pastatų būtų integruotos technologijos vėjo energijai surinkti (23a pav.). Kita galimybė yra projektuoti pastatą su pagal burės linkį išlenktu fasadu vėjo energijai nukrepti ir į fasadą integruoti technologijas, vėjo energijai surinkti (23b ir c pav.).

A B C

23 pav Burės projekcija (sudaryta autorės)

PASTATO SUKIMOSI PAGAL VĖJO KRYPTĮ EKSPERIMENTAS

Kad tūris suktųsi į vėją, reikalingas tinkamas pagrindas ir uodega. Todėl šio eksperimento tikslas yra išsiaiškinti kokia pagrindo forma, inkaravimas ir kokio dydžio uodega tinkamiausia pastatui, kad lengviau suktųsi į vėją. Eksperimento metu statomi vienodi modeliai su skirtingomis uodegomis, inkaruojami vandeny, stebima kaip modeliai reaguoja pučiant vėjui, dokumentuojama. Kadangi modelis lengvas – visais atvejais jautrus vėjo gūsiams

24 pav Tyrimas: 1) pirmas eksperimentas; 2) antras eksperimentas (sudaryta autorės)

1 Eksperimentas: skritulio formos pontonas

25 pav. 1 eksperimentas:

1A - vėjas, pučiantis į modelį su trumpa uodega, pilnai neatsuka priekinio fasado į vėjo kryptį. Tik šiek tiek pasuka modelį, kas gali būti lengvo modelio pasekmė.

2A - vėjas, pučiantis į modelį su ilga uodega, pilnai atsuka pastatą į pučiančio vėjo kryptį. Dėl stabilumo, modelis statomas pontono viduryje, uodegos ilgis nuo pastato iki pontono krašto. Inkaravimas skritulio viduryje – pastatas su pontonu sukasi ratu vietoje.

2B - rezultatas panašus į 2A Vėjas, pučiantis į modelį su ilga uodega, pilnai atsuka pastatą į pučiančio vėjo kryptį. Inkaravimas skritulio krašte – pastatas su pontonu sukasi aplink inkaravimo vietą.

3A - vėjas, pučiantis į modelį su apversta uodega, irgi pilnai atsuka pastatą į pučiančio vėjo kryptį. Apverstą uodegą konstrukciškai suprojektuoti ir įgyvendinti yra sunkiau nei ant pontono ištemptą uodegą. Inkaravimas skritulio viduryje – pastatas su pontonu sukasi ratu vietoje.

2 Eksperimentas: ovalo ir burlaivio formos pontonas

26 pav. 2 eksperimentas: 1) trumpa uodega; 2) ilga uodega; 3) apversta uodega; A) inkaravimas viduryje; B) inkaravimas šone; C) burlaivio formos pagrindas (sudaryta autorės)

1 2 3 A B

1) trumpa uodega; 2) ilga uodega; 3) apversta uodega; A) inkaravimas viduryje; B) inkaravimas šone (sudaryta autorės)

1A 2A 2B 3A

1A - vėjas, pučiantis į modelį su vidutinio ilgumo uodega, atsuka priekinį fasadą į vėjo kryptį. Ovalo formos pontonas – paviršiaus plotas didesnis nei skritulio, leidžia daryti ilgesnes uodegas. Inkaravimas pontono centre – pastatas sukasi ratu vietoje.

2A - nors tyrime visais atvejais vėjo greitis toks pats, pučiant į modelį su ilga uodega, atsuka priekinį fasadą į vėjo kryptį daug greičiau nei trumpesne vėtrunge. Inkaravimas pontono centre

pastatas sukasi ratu vietoje.

2B - rezultatas panašus į 2A Inkaravimas pontono šone – pastatas su pontonu sukasi aplink inkaravimo vietą.

3A - vėjas, pučiantis į modelį su apversta uodega, pilnai atsuka pastatą į pučiančio vėjo kryptį. Apverstą uodegą konstrukciškai suprojektuoti ir įgyvendinti yra sunkiau nei ant pontono ištemptą uodegą Inkaravimas ovalo viduryje – pastatas su pontonu sukasi ratu vietoje.

2C - vėjas, pučiantis į modelį su ilga uodega, pilnai ir greitai atsuka pastatą į pučiančio vėjo kryptį. Skirtumų tarp burlaivio ir ovalo formos pontonų tyrime nematyti.

1 ir 2 eksperimentų išvada:

Atliktas tyrimas įrodo, jog uodega, projektuojama pastato nugarinėje dalyje, atsuka pastatopriekinįfasadąpriešvėjokryptį.Vėjogūsiaistumiauodegą,tokiubūduatsukantpastatą Ovalo formos pontonas sudaro sąlygas uodegą daryti ilgesnę. Kuo ilgesnė uodega, tuo greičiau vėjas atsuka pastatą. Skirtumo ar uodega tvirtinima ant pontono, ar apversta - nėra. Tikėtina, jog uodegą, tvirtinamą ant pontono, konstrukciškai įgyvendinti yra paprasčiau. Dėl balanso ir, kad vėjo gūsiai neapverstų pastato, tūrį reikia projektuoti pontono centre. Inkaravimas centre parodė, jog modelis sukasi ratu vietoje, inkaravimas šone - sukasi aplink inkaravimo tašką.

3 Eksperimentas: kaip pastatas reaguoja į vėją, kai projektuojama vėtrungė ir anga

Šiuo tyrimu siekiama įrodyti, jog pastatas, suprojektuotas pagal stiebinio malūno konstrukcinius principus, t.y. su stiebu, vėtrunge ir anga, atsisuka į vėjo kryptį. Tyrimas paremtas vėjo malūnų konstrukciniais sprendimais (žr. 11 pav.). Video žr. priedą.

A B C D

A B

Remiantis stiebinių vėjo malūnų konstrukcijomis buvo parengtas maketas stebėjimui kaip pastatas reaguotų į vėją pastatant esant ant vandens. Tūrį sudaro stiebas, stiebo tvirtinimai, plokštuma (platforma), pontonai, pastatas su išpjauta anga ir pritvirtinta vėtrunge. Stebėjimas, kaip pastatas reaguoja į vėją vyko natūraliomis oro sąlygomis ir dirbtinai sukeltomis. Abiem atvejais tyrimas buvo sėkmingas ir įrodė, jog projektuojama vėtrungė ir kanalas, pučiant vėjui, atsuka pastato priekinį fasadą į vėją. Dėl pontonų pastatas plūduriuoja, o stiebas prilaiko, kad besisukdamas pastatas nenueitų nuo ašies. Taikant šiuos konstrukcinius sprendinius, pastatas reaguoja į vėją, atsukdamas fasadą su anga į vėjo kryptį. Tai sudaro sąlygas angoje integruoti vėjo turbinas ir tokiu būdu rinkti vėjo energiją nepaisant vėjo krypties.

25 pav Tyrimo priemonės: a ir b) stiebo tvirtinimas; c) pontonai tvirtinami prie pagrindo; d) tyrimas atliekamas vandeny (sudaryta autorės)

26 pav. Tyrimas vandenyje: a) natūraliomis oro sąlygomis; b) sukeltas vėjas (sudaryta autorės)

TIRIAMOSIOS DALIES APIBENDRINIMAS

Atliktas tyrimas patvirtino, jog oro srautus galima kontroliuoti šiais būdais: pastato forma, pastatų išdėstymu, pastato fasadų sistema, papildomomis technologijomis ant / šalia pastato. Pagal vyraujantį vėją, Užtvankos g. 7, Balskų k., Tauragės rajone esančiame sklype, panaudoti vėjo energiją pastato energiniam efektyvumui galima naudojant šias koncepcijas:

3 lentelė. Tiriamosios dalies apibendrinimas (sudaryta autorės)

Nr. PASTATO FORMA PASTATŲ IŠDĖSTYMAS FASADŲ SISTEMA PAPILDOMOS TECHNOLOGIJOS

1. k o n c.

2. k o n c.

Projektuojami bent du tūriai: trikampės ar kvadrato formos, galintys nukreipti

oro sroves (žr. 20a ir b pav.)

Projektuojamas vienas tūris su pagal burės linkį išlenktu fasadu, kad nukreipti oro srautus (žr. 23b ir c pav.)

Tūriai išdėstomi tokiu būdu, jog oro srovės būtų nukreiptos į konkrečią vietą (žr. 20d pav.)

Pagal burės linkį išlenktas fasadas projektuojamas į pasirinktus oro srautus (žr. 19 pav.)

Tūrių paviršiai sąveikaujantys su oro srovėmis turi būti kiek

įmanoma lygesni

Tarp tūrių projektuojama turbinų siena energijai generuoti (žr. 38 pav. magistriniame darbe)

Integruota fasado sistema skirta surinkti vėjo energiją (žr. 2934 ir 36, 37 pav. magistriniame darbe)

Papildomų technologijų nereikia

3. k o n c.

Projektuojamas vienas tūris su siaurėjančiu kanalu oro srovių nukreipimui į viršų

Projektuojamo tūrio anga nukreipta į didžiausios oro srovės kryptį

IŠVADA IR TOLIAU NAUDOJAMAS METODAS

Projektuojamo kanalo sienos paviršius turi būti lygus. Siaurėjantis

kanalas sudaro sąlygas

kylančiam oro srautui sustiprinti

Kanalo viršuje naudojamos vertikalios ašies turbinos energijai surinkti

Įvertinus sklypą, jį supančiąaplinką,jame esančias projektavimo sąlygas,labiausiai prie gamtovaizdžio tinkančią pastato formą, teigtina, kad projektuotina konstrukcija su į vėją nukreipta anga bei technologijomis, skirtomis surinkti ir panaudoti vėjo energiją, integruotomis angoje, mažiau vizualiai terš esamą gamtovaizdį, todėl objektas bus projektuojamas pagal

bioklimatinius principus. Norint surinkti daugiau nei vienos krypties vėją, pagrindinis fasadas turi būti išlenktas (žr.19 ir22 pav.).Norint užtikrinti,kadpastatas generuosenerijąvisus metus, nepriklausomai nuo vėjo krypties, pastatas bus projektuojamas ant pontono vandenyje ir, pagal

vėjo malūnų konstrukcinius principus, su uodega bei laikančiąja ašimi, kurių pagalba galės pagrindinį fasadą nukreipti prieš vyraujančio vėjo kryptį.

5. PROJEKTINĖ TIRIAMOJI DALIS

5.1 TYRIMAS VIETOJE

Kadangi Structum konkurso siūlomos Jurbarko ir Tauragės teritorijos yra panašaus vėjuotumo, atliekant tyrimą vietoje buvo daromosabiejų teritorijų fotofiksacijos ir anemometru matuojamas vėjo greitis. Tyrimas, atliktas 2022 metų gruodžio mėnesį, padėjo pasirinkti tinkamiausią teritoriją vėjo energiją naudojančiai koncepcijai projektuoti.

1 Tyrimas vietoje: Užtvankos g. 7, Balskų k., Tauragės raj.

27 pav. Tauragės teritorijos fotofiksacijos: 1) nagrinėjama teritorija; a, b, d, e, j) poilsiavietė; c) valčių nuleidimo takas; f-i) Balskų užtvanka; k-o) girininkijos pastatai (sudaryta autorės)

Vėjo greitis buvo matuojamas dvejose vietose: sklype ir šalia užtvankos. Kadangi vėjo greitis nebuvo pastovus, nuotraukose užfiksuotas didžiausias ir mažiausias tuometinis vėjo greitis. Didžiausias užfiksuotas vėjo greitis sklype yra 6,4 m/s, mažiausias yra 3,5 m/s. Didžiausias užfiksuotas vėjo greitis šalia užtvankos yra 7,6 m/s, mažiausias yra 5,2 m/s (žr. 50 pav.)

28 pav. Matuojamas vėjo greitis Tauragėje: p1) 6,4 m/s; p2) 3,5 m/s; r1) 7,6 m/s; r2) 5,2 m/s (sudaryta autorės)

P1

P2 R1 R2

Vėjo greitis buvo matuojamas dvejose sklypo vietose. Tyrimo vietoje metu vėjo nesijautė, o didžiausias vėjo greitis, kurį pavyko pamatuoti, buvo 2,3 m/s šiaurinėje sklypo dalyje ir 1,7 m/s pietrytinėje sklypo dalyje (žr. 52 pav.).

2 Tyrimas vietoje: Vytauto Didžiojo g. 53A, Jurbarkas

29 pav Jurbarko mokyklos fotofiksacijos: 2) nagrinėjama teritorija; a ir b) fasadai; c-h) vidaus erdvės; i) aktų salės stogas (sudaryta autorės)

J K

30 pav. Matuojamas vėjo greitis Jurbarke: j) 2,3 m/s; k) 1,7 m/s; s) (sudaryta autorės)

Apžiūrėjus Structum išmanusis miestas IX konkurse siūlomas Jurbarko ir Tauragės teritorijas ir atlikus vėjo matavimus, koncepcijai, kada yra surenkama vėjo energija, projektuoti buvo pasirinkta Tauragės teritorija. To priežastis, kad teritorija yra pakankamai atvira, neužstatyta pastatais, su nežymia augmenija, nežymiu reljefu, šalia vandens, vadinasi nėra kliūčių vyraujančiam vėjui, dėl to yra potencialas maksimaliai surinkti vėjo energiją pastato energetiniams poreikiams padengti.

TERITORIJOS BENDRIEJI DUOMENYS

Dėl statistinių duomenų apie vėjo stiprumą, kryptis, dėl teritorijos kraštovaizdžio ir sklypo potencialo, iš Structum konkurso siūlomų teritorijų pasirinkta Tauragės apskritis. Pasirinkta teritorija apima du sklypus Tauragės rajone, Balskų kaime, nuo centrinės Tauragės miesto dalies nutolusius 19 km į šiaurės vakarų pusę (žr. 31 pav.). Adresas: Užtvankos g.7.

Šalia sklypų yra upė Jūra, Balskų tvenkinys, Balskų užtvanka, HE, Plynosios telmologinis draustinis, Plynosios pažintinis takas. Aplink pasirinktus sklypus stovi pavieniai sodybiniai, gyvenamieji namai ir Balskų girininkijos pastatai. Sklype B yra valčių nuleidimo takas, pavėsinės ir automobilių stovėjimo aikštelė. Šiuo metu Balskų poilsiavietės teritorija

naudojama poilsiui, maudynėms, tvenkinyje vyksta žvejyba, vandens sporto renginiai. Nors yra sukurtas paplūdimys su pavėsinėmis, teritorija nėra pilnai išnaudojama rekreacijai.

Tyrimo būdu atliekama artimiausio užstatymo analizė, nagrinėjama esama infrastruktūros struktūra, gamtiniai rodikliai bei bendrajame plane numatomi urbanistiniai teritorijos ir jos gretimybių siūlomi sprendiniai.

A B

31 pav. Teritorijos vieta: a) Lietuvos kontekste; b) Tauragės miesto atžvilgiu (sudaryta autorės)

Tauragės rajono bendrajame plane nurodyta, jog teritorija yra rezervuota visuomenės poreikiams, patenka į rekreacinę zoną, kurioje numatoma stovyklavietė (žr. 32 pav.). Kadangi analizuojama teritorija yra atokiau, bet pakankamai arti Tauragės miesto, aplink daug gamtos (vandens, laukų, miškų), suteikia žmonėms privatumo, gražius vaizdus, komfortą, todėl tinka poilsiui gamtoje.

32 pav Tauragės rajono bendrojo plano fragmentas ir sutartiniai žymėjimai (Tauragės savivaldybė, 2021)

Remiantis NA.B-1 DIN vokiškais standartais Tauragėje esanti teritorija priskirtina 1vietovės kategorijai - ežerai arba plokščia ir horizontali teritorija su nežymia augmenija ir be kliūčių. Tai lemia, jog sklypuose turbulencija palyginus yra maža, o vėjo greitis, palyginus su kitų kategorijų vietovėmis, yra didesnis.

Teritorija apsupta dirbamų laukų, gausu vandens telkinių, šalia upė Jūra, Balskų tvenkinys, Pagramančio regioninis parkas ir Plynosios telmologinis draustinis Miškų masyvai nuo sklypų nutolę 500 metrų atstumu, todėl yra matomi iš sklypų, bet nesudaro kliūčių vėjui. Skype B yra poilsiautojams skirtas, pavieniais medžiais apsuptas paplūdimys, iš kurio atsiveria gražus vaizdas į Balskų tvenkinį. Dešinėje pusėje sklypo atžvilgiu matoma veikianti Balskų

užtvanka, kuri nuo 1980 metų reaguliuoja vandens lygį. Balskų tvenkinio vid. gylis 5,2 m, didžiausias gylis 11 m.

57 pav Gamtinė situacija (sudaryta autorės)

33 pav. Teritorijos vizualiniai ryšiai: 1) Balskų poilsiavietė; 2) Balskų užtvanka; 3) Ąžuolas; 4) Akmuo; 5) Lylavos pažintinis takas; 6) Plynosios pelkės pažintinis takas; 7) Genių atodanga; 8) Pagramančio regioninis parkas; 9) Plynosios telmologinis draustinis (sudaryta autorės)

Nagrinėjamoje teritorijoje reljefas kinta nežymiai, leidžiasi žemyn link vandens.

Sklypas A yra aukščiau nei sklypas B, todėl kranto nuolydis statesnis. Paplūdimys turi patogų

priėjimą prie tvenkinio. Sklypo dalies A plotas yra 2,1393 ha, bendras sklypų plotas 4,5738 ha.

34 pav. Reljefas (sudaryta autorės)

Tauragės rajone vėjas dažniausiai yra iš pietų (15.8 %), pietvakarių (16.4 %), vakarų (18.9 %) ir šiaurės vakarų (12.2 %) pusių. Tiriamojoje dalyje išsiaiškinta, jog nors dažniausiai vyrauja vakarų vėjas, stipriausias vėjas yra iš šiaurės. Pagal 1991–2020 m. standartines klimato normas Tauragėje vidutinis vėjo greitis per metus yra 4 m/s (žr. 2a pav.). Pagal bendrovę

Atenergo vidutinis vėjo greitis Tauragėje 10 metrų aukštyje yra 6 m/s (2b pav.).

35 pav Mikroklimatinės sąlygos: a) vėjų rožė; b) vėjo ir saulės kryptys (sudaryta autorės)

Būdingas negausus, laisvo planavimo užstatymas. Namai 1 - 2 aukštų, su šlaitiniais stogais. Jų paskirtis sodybinė, gyvenamoji, administracinė, taip pat yra užtvankos ir HE hidrotechnikos statiniai. Sklype B sukurta erdvė su pavėsinėmis ir paplūdimiu. Kitoje Balskų tvenkinio pusėje matomas laisvo užstatymo Didkiemio kaimas. Nors aplink teritorijją daug lankytinų vietų, trūksta maitinimo ir laisvalaikio infrastruktūros objektų.

Visi keliai padengti žvyro danga. Rajoninis kelias veda nuo Tauragės miesto iki projektuojamų sklypų (žr. 37 pav.). Šalia sklypų suplanuotas dviračių turistinis maršrutas. Nors nagrinėjamoje teritorijoje norima sukurti rekreacinę aplinką, šiuo metu esama infrastruktūra tam nepritaikyta.

Teritorijos pokyčiai tarp 1995-2023 m.: didelių pokyčių nėra, lyginant 2013-2015 m. nuotraukas matome, jog tuo metu įkurtas paplūdimys (žr. 38 pav.). Remiantis kitais šaltiniais, dirbtinis tvenkinys įrengtas 1984 m. užtvenkus Jūros upę žemiau Balskų kaimo. 1984 metais pastatyta keliolikos metrų aukščio užtvanka, reguliuojanti vandens lygį. Tvenkinys yra 10-tas pagal plotą Lietuvoje. 2005 m. kairiajame Jūros upės krante, dešinėje Balskų tvenkinio pusėje, žemiau užtvankos pastatyta 2900 kW galios hidroelektrinė. Tai antra pagal galingumą HE Lietuvoje (po Kauno HE).

37 pav Susisiekimo ryšiai (sudaryta autorės)

38 pav Istorinė raida (Regia, 1995-2020), HE (Bičkus, 2017)

1.2 VĖJO IR VANDENS HARMONIJOS CENTRAS

IDĖJA

39 pav Pirminė idėja (sudaryta autorės)

Vėjo apkrovų principinės schemos parodė, jog trikampė forma sudaro galimybę oro sroves nukreipti reikiama kryptimi (žr. 39a pav.) ar jas išskaidyti (žr. 39b pav.). Naudojant išlenktą formą oro sroves galima surinkti formos centre (žr. 39c pav.), arba nukreipti, kadangi orosrovės prieš kliūtį pasiskirstopaleikliūties kraštines (žr.39dpav.).Surenkant sroves formos centre, dėl spaudimo susiformuoja srovė į viršų arba į apačią, tačiau jeigu toje vietoje yra anga, oro srautas eina pro angą ir joje sustiprėja. Norint sustiprinti vėją galima naudoti kelis išlenktos formos tūrius ir jais nukreipti kelių krypčių vėją į konkrečią vietą, kur technologijų pagalba

būtų surenkama praeinančio vėjo energija. Surinkimo taške projektuojant angą, sudaromos sąlygos vėjo turbinas įrengti angoje, t.y. pačiame pastate, vizualiai neteršiant gamtovaizdžio ir

nekenkiant gyvūnams. Kitas variantas, projektuoti pastatą nepriklausomą nuo vienos krypties

vėjo, o galintį atsisuktį į stipriausio vėjo kryptį. Toks sprendimas gali būti paremtas stiebinių

malūnų konstrukcijomis.

Tūrio formą įkvėpė vėjo malūnai ir laivo burė. Statomas medinis kūgio formos tūris, remiantis stiebinio vėjo malūno konstrukciniais principais, reaguojantis ir galintis atsisukti į

vyraujančio vėjo pusę. Tokiu būdu užtikrinant, kad vėjo energija bus renkama visus metus, nepriklausomai nuo vėjo krypties. Tam, kad surinkti daugiau vėjo ir nukreipti jį į angą, kūgio

tūryje iškerpama būrė. Burės centre yra anga. Išlenkta būrės forma sudaro sąlygas kelias vėjo

sroves surinkti į centrą, kur srovės, eidamos į angą, susijungia ir sustiprėja. Kanalas kyla ir siaurėja, taip dar labiau sustiprindamas oro sroves kanale, kur montuojamos vėjo turbinos

Vėliau oras išeina pro galinę angą, sudarydamas vėjo vargonus.

40 pav Koncepcija (sudaryta autorės)

Prie tūrio projektuojama vėtrungė, kurios pagalba pastatas atsisuka į vėjo pusę.

Vėtrungė sudaryta iš lentų, tarpeliai tarp jų nuima spaudimą, kad vėtrungė nesulūžtų. Pastato

viršus šlaitinis, padeda pastatui suktis bei sukuria apžvalgos erdvę lankytojams.

PLATFORMOS KONSTRUKCIJA

Pirminė mintis buvo platformą, laikančią pastatą, projektuoti baržos principu (žr. 41 pav.). Dėl stabilumo pastatas numatomas platformos centre. Tam, kad platforma galėtų suktis ir būti sujungta su pontoniniu tiltu, parinkta apvali forma. Pagrindas konstruojamas sujungiant keturias plienines, vandeniui nepralaidžias, tuščiavidures dalis, tokiu būdu sukuriant plūdrumo jėgą (žr. 42 pav.). Santvaravidinių rėmo elementų sistema, iš viršutinių ir apatinių stygų, reguliariais tarpais išdėstytomis atramomis ir įstrižainėmis.

Atstumas tarp atramų neviršyja santvaros gylio. Įstrižainės pasvirimo kampas 45°. Platformos centre numatomas stiebas. Pontoniniai tiltai, vedantys iki platformos, ikaruojami prie dugno (žr. 44 pav.).

41 pav. Baržos konstrukcija (American Bridge Company, n. d.)

42 pav. Baržos principo platforma, planas (sudaryta autorės)

43 pav Baržos principo platforma, pjūvis (sudaryta autorės)

44 pav. Baržos principo platforma, pontoninių priėjimų inkaravimas (sudaryta autorės)

Atlikus tyrimą, baržos principas buvo pakeistas pontonais. Pontonai laiko pastatą virš vandens, o stiebas laiko, kad pastatas nenuplauktų su pontonais nuo ašies.

Detalizuojant platformos jungtį su stiebu, buvo priimtas sprendimas taikyti stiebinių

vėjo malūnų konstrukcinius sprendimus (žr. 11 pav.). Remiantis jais, turi būti projektuojama

laikančioji dalis – stiebas. Malūnuose ant stiebo yra grindis ir sienų griaučius laikantis skersinis balnas. Skersinis balnas atlieka laikančiąją funkciją, šiuo atvejo to nereikia, nes laiko vanduo.

Apačioje aplink stiebą apmūrijamas stabilizuojantis mazgas, ant kurio viršaus sumontuojamas

žiedas Inkaruojami pontonai naudojami tiltui, vedančiui iki platformos.

Buvo svarstomi keli pontonų išdėstymo variantai, pasirinktas F:

45 pav Pjūviai (sudaryta autorės)

46 pav. Pontonų išdėstymo variantai po platforma (sudaryta autorės)

1. Platforma laikanti pastatą

2. Pontonai laikantys pastatą ir platformą. Didysis pontoninis ratas suteikia platformai stabilumo. Mažasis ratas suteikia platformai ir stiebui stabilumo. Abu pontoniniai ratai tvirtinami prie platformos.

3. Stiebas ant kurio sukasi platforma su pastatu

4. Lietas betono žiedas, stabilizuojantis stiebą

5. Poliai, sutvirtinantys stiebą

46 pav. Tūrio paieška: a) amfiteatras ant kanalo; b) stogas su nuolydžiu; c) amfiteatras kanale, stogas su nuolydžiu; d) amfiteatras ant stogo; e) auštas amfiteatras ant stogo; f) amfiteatrai ant stogo ir kanale (sudaryta autorės)

KANALAS

Projektinėje dalyje svarstomos trys kanalo formos: apvalus, kvadratinis ir mišrus, t.y. kvadratinis su viena išgaubta kraštine. Kvadrato formos kanalą konstrukciškai suprojektuoti ir įgyvendinti yra lengviau nei apvalios ar mišrios formos, o vizualiai jis atrodo taip pat gerai, nes siaurėjančios statmenos sienos dera prie kūgio formos tūrio Dėl to pasirinktas stiklinis siaurėjantis kvadrato formos kanalas. Dėl stiklo žmonės, esantys pastate, matys kaip dirba turbinos.

47 pav Kanalo forma: a) apvalus; b) kvadratinis (sudaryta autorės)

VERTIKALŪS RYŠIAI

Ieškant tinkamiausių vietų

laiptinėms, nuspręsta projektuoti dvi plano galuose. Tai dera prie simetriško plano bei dviejų evakuacinių laiptinių pilnai užtenka.

Trečioji laiptinė buvo svarstomi vėtrungėje, tačiau nusprendus antrą aukštą daryti antrasolinį, ši laiptinė tapo funkciškai sujungiančia pirmus du aukštus. Vėtrungė –laikančioji laiptų konstrukcija.

Taip pat per visus aukštus projetuojami du liftai, vedantys iki pat amfiteatro.

48 pav. Laiptinių vietos ir formos paieška: 1) tarp spindulių; 2) uodegoje; 3) plano galuose (sudaryta autorės)

UODEGA

Projektinio tyrimo metu svarsčiau kelis uodegos variantus ir ypatybes, tokias kaip aukštis, ilgis ir funkcija.

49 pav Uodegos formos paieška (sudaryta autorės)

KONSTRUKCIJOS

Nors projektinių tyrimų pradžioje galvojau daryti vertikalias laikančiąsias kolonas iki 5 aukštoirnuo5aukštopasvirusias(žr.50apav.),dėl harmonijossukūgio tūriu,pasirinkaudaryti per visą tūrį pasvirusias kolonas (žr. 50b pav.) Jos laiko perdangas ir kanalą.

Fasadas formuojamas iš kvadratinės struktūros, kuri nėra laikanti. Tačiau prasitęsia iki pat amfiteatro ir prisideda prie architektūrinės išraiškos. Fasaduose visi langai vienodo dydžio 2,4 m x 0,9 m, įtraukti į pastato vidų, taip sukuriant mažus balkonus. Langai išdėstyti šachmatais. Fasadų apdaila – skiedros

50 pav Laikančiosios konstrucijos (sudaryta autorės)

PLANAI IR ZONAVIMAS

Bendras pastato plotas – 3020 m2 Kuriamos trys turbinų erdvės.

Evakuacinėmis laiptinėmis galima nusileisti į -1 aukštą, kuriame yra techninės patalpos. Vienas ratas pontonų yra sujungtas, jame įrengiamos inžinerinės sistemos. Pirmas ir antras aukštai atviri, įrengiama kavinė, ekspozicijos ir konferrencijų erdvės. Antrasis aukštas antrasolinis.

53 pav. 2 aukšto planas (sudaryta autorės)

54 pav 3 aukšto planas (sudaryta autorės)

Trečiame ir ketvirtame aukštuose projektuojamos kūrybinės dirbtuvės, kuriose žmonės gali pasigaminti turbinas ar aitvarus. Prie antrojo vėjo tunelio yra balkonai, kuriuose žmonės gali išbandyti savo modelius. Penktame ir šeštame aukštuose projektuojamos gyvenamosios erdvės. Septintame aukšte yra amfiteatras, iš kurio matosi Balskų teritorija ir kanalas su bandomąja aikštele ir kūrybinių dirbtuvių turbinų modeliais. Techninės patalpos yra -1 aukšte, įrengtos tarp pontonų. Tai leidžia per pontonus atvesti inžinerines sistemas. Vertikalios komunikacijos susideda iš dviejų evakuacinių laiptų ir dviejų liftų.

SKLYPAS

Structum konkurse siūlomą sklypa sudaro dvi dalys. Kairioji sklypo dalis projektuojama, dešiniojoje išsaugojamas paplūdimys.

Sklypo plane numatyta automobilių stovėjimo aikštelė ir pagalbinis pastatas. Jį sudaro persirengimo kambariai ir dušai, kad žmonės galėtų pasiruošti prieš vandens sportą. Į pastatą veda pontoninis, priinkaruotas tiltas. Stengiamasi palikti kuo daugiau žalios erdvės, kad nebūtų kliūčių vėjai. Šalia projektuojamas takas, vedantis į Balskų paplūdimį.

PROJEKTE NAUDOJAMI PARTNERIŲ GAMINIAI

1. PARTNERIS NAUJIEJI ŽENKLAI mmcité

1.1 Gomez dviračių stovai.

1.2 Donat stulpeliai

1.3 Quinbin apvali šiukšliadėžė su apsauga nuo lietaus

1.4 Preva Urbana suolelis

2. PARTNERIS Schomburg Baltic

Hidroizoliacijos įrengimas ir plytelių klijavimas viešuose dušuose ir plaukimo baseinuose Sklype projektuojamame pagalbiniame pastate įrengtos viešųjų dušų patalpos, kurioms reikalinga hidroizoliacija dėl vandens kiekio Vandeniui nepralaidžių membranų

naudojimas (įskaitant plytelių klijus) apsaugo visus pastato komponentus. Visi įdėklai (vamzdžiai, grindų drenažai, dušo įranga ir kt.) turi būti techniškai teisingai integruojami į vandeniui atsparią membraną.

3. PARTNERIS Betono mozaika

Skaldos ir žvirgždo takeliai sutvirtinami Rompox- Profi-Deko dekoratyvinės skaldos bei žvirgždo surišėju. Tinka tiek pėsčiųjų, tiek automobilių apkrovai, ypatingai stiprus, pralaidus vandeniui, idealiai tinkamas formuoti šaligatvius ir medžių šaknų apsaugą.

4. PARTNERIS Percussion Play Baltics

Pasirinkti Calypso Chimes anoduoti aliuminio vaivorykštės spalvų išilginiai varpeliai tiek spalvomis, tiek garsais dera prie gamtos ir prie projektuojamo pastato skleidžiamo vėjo vargonų. Šiuos stulpelius galima montuoti į žemę Anoduotas aliuminio šlifuotas paviršius yra atsparus UV spinduliams, jis netrupės, nesisluoksniuos ir nenusilups