社区作为发电社区:El Banafseg住宅区的情况下,开罗东部gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

由于全球气候变化,能源消耗增加了城市的住宅是一个负担可消耗的能源。因此,大多数城市已经开始使用其他能源的可再生/非消耗品,如太阳能、风能、水力、潮汐,以及能量收集技术。gydF4y2Ba

最近,许多国家正在转向可再生能源,包括主动、被动,混合,和智能能源技术收获。光伏系统和风力发电厂的例子可再生能源,而压电陶瓷、摩擦电能量收获,和电磁能量收获瓷砖的能量收集技术,依靠动能。gydF4y2Ba

符合居民区的概念是一个自给自足的社区,本研究认为住宅区的socio-spatial方面的收获能量。因此,社区可以被看作是一个发电社区。gydF4y2Ba

许多学术来源,研究了社区在埃及背景下的社会可持续发展等gydF4y2BaGhonimi和Awaad (2018gydF4y2Ba),gydF4y2BaGhonimi (2021)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba阿赞AO (2017gydF4y2Ba)。其他出版物正在采用人口、性别、教育、或社会阶层作为核心论文,等gydF4y2Ba皇家(1985)gydF4y2Ba和gydF4y2BaMowafi et al . (2012gydF4y2Ba)。其他研究人员覆盖社区的可持续城市维度在埃及,比如绿色。本研究论文首先介绍一种实用的方法在一个住宅社区(而不是单个的房子)运营的self-generator能源消耗在埃及上下文。gydF4y2Ba

2住宅区gydF4y2Ba

住宅社区,作为整个城市系统的一部分的任何城市,有包容性的特点,如社交、宜居性、安全(gydF4y2BaBen-Joseph 1995gydF4y2Ba)。住宅区生成的概念在19世纪早期由克拉伦斯•佩里作为发展规划单位创建小型社区,自给自足是功能和社会需求。文学研究包括许多定义、概念和发展思想在住宅区的规划、规模、结构、形式、和组件(gydF4y2Ba艾伦,2018gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

许多学者和倡导者与各种方法提升社区的概念,如何规划和居民区感知的类型、大小、社会结构,和位置等方面。大多数研究促进了安全社区的主要设计原则体现在其活动和通过性交通作为一个主要的情绪而不是汽车gydF4y2BaCarmona et al ., 2003gydF4y2Ba),(gydF4y2Ba2000年取得gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

居民区的大小由Kallus和Law-Yone争论,他们认为这是“超过一个小于整个城市”(gydF4y2BaKallus Law-Yone, 1997gydF4y2Ba)。这一观点增加了大小因素从一个非常小的一个非常大的城市实体。他们将其描述为一个独立的城市系统,这表明它的包容性和自给自足。居民区被分类作为socio-spatial系统或功能的关系gydF4y2BaChaskin (1997gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

可持续社区新战略规划进行了讨论和发表的联合国gydF4y2Ba栖息地(2014gydF4y2Ba)。它促进和鼓励步行可持续社区的关键特性之一(gydF4y2Ba胡锦涛等人。,2022年gydF4y2Ba)。战略旨在创建健康的社区回收一个社区的社会维度的街道和公共集会的场所。gydF4y2Ba

3能量收集技术gydF4y2Ba

密集的缺点使用化石燃料发电现在一个定义明确的问题和一个真正的全球威胁。此外,成倍增加的对电能的需求决定了使用清洁、可再生能源。能量收获,也称为能量收集,能量吸收的过程和存储来自可再生能源,如太阳能、动能、风、和热能和盐度梯度和海浪。矿车可以太阳能电池板、风力涡轮机、热电发电机,或能量摄取瓷砖。gydF4y2Ba

3.1动能gydF4y2Ba

收获一个很有前景的技术动能,它吸收的能量来自行人脚步或车辆和转换成电能。这一现象背后的动能可以电磁净化(gydF4y2BaInvernizzi et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaAnjum et al ., 2018gydF4y2Ba)、压电或摩擦电(gydF4y2BaAlluri et al ., 2020 agydF4y2Ba;gydF4y2Ba2020 bgydF4y2Ba)。一些研究人员调查了能量收集从人类运动甚至心跳和呼吸收取耐磨低功耗设备(gydF4y2Ba哈立德et al ., 2019gydF4y2Ba)。本文中采用的技术从压电现象(压电)。第一次观察到的压电陶瓷是皮埃尔和雅克·居里当他们发现明确的电能特性在一个石英宝石在1880年。之后,他们证明了晶体电气石、黄水晶,罗谢尔盐产生机械应力下的电极化。其他材料最近被发现有相同的现象,如天然石英、多晶压电陶瓷、半晶状的聚乙二烯聚合物,甚至芦荟(gydF4y2Ba维斯孔蒂et al ., 2022gydF4y2Ba)。这些材料之间的共性是,机械载荷下的极化矢量的变化。这是由于电荷分离原子移动时由于机械应力,使晶体进行电流。这个物理属性所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

发电的概念从人类运动取决于施加压力在压电陶瓷批人类活动产生一个电荷。各种公司都接受了这种理念和发展不同的瓷砖。2011年的一个有前途的产品开发的商业名称下Waydep Waynergy (C。gydF4y2Ba王et al ., 2018gydF4y2Ba)。其他产品,如Piezma压电陶瓷和可持续能源楼(海基会),在市场上也可以。gydF4y2Ba

3.2太阳能gydF4y2Ba

本文第二个可再生能源资源利用太阳能光伏电池的使用。太阳能收集使用光伏电池是一种行之有效的技术在许多国家广泛使用。光生伏打效应是一个过程,一个光敏半导体将可见光(阳光)转换成电压。这一行动发生在所有半导体构造的吸收能量。gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba显示了光伏电池背后的物理现象。gydF4y2Ba

4案例研究gydF4y2Ba

住宅小区或社区没有一个特定的人口规模也没有一个特定的社会经济类(gydF4y2BaChoguill 2008gydF4y2Ba),研究选择6000年平均大小居民区住宅在El Banafseg区新开罗用红色标识gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba:1。选中的附近地区被认为是一个重复的模式,在那里的土地遵循几乎相同的计划和布局的网站和服务。因此,所选的居民区被认为是一个原型,可以用在更广泛的领域,共享相同的史前的条件。gydF4y2Ba

5测量能源获取的潜在位置gydF4y2Ba

5.1的方法gydF4y2Ba

depthMapX,软件程序结合空间句法理论,是用来测量运动的居民和流动模式选择的居民区。空间句法是一种社会空间理论由比尔希利尔和他的同事们使用空间系统作为社会的“逻辑”(gydF4y2BaKarimi) 2018gydF4y2Ba)。比尔希利尔解释说,“网络的配置空间,就其本身而言,这种模式的主要塑造者的运动”(gydF4y2Ba希利尔,2008gydF4y2Ba)。空间句法分析和措施人民运动,活动,和使用的空间通过一个简单的几何分析。理论处理许多空间因素,如人类行为、视觉感知,和运动模式(gydF4y2Ba希利尔et al ., 1993gydF4y2Ba)。空间句法整体阅读、收集和分析空间识别旅游路径,包括人类的动作和途径。它显示了通过综合分析信息行(gydF4y2BaSeamon 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

图3gydF4y2Ba:3显示了所有可能的行人运动轨迹的跟踪选定的小区,境内的矢量线使用AutoCAD软件。depthMapX运动轨迹分析的软件,使用socio-spatial方面指示行人运动的不同层次,从沉重的运动中,中低型和低运动。gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba:图5和6显示了所有潜在的行人在选定的附近人行道上分析分为高,中,中低,低强度的运动。行人运动水平在不同的颜色编码的软件。研究数值模拟部分是根据这个编码。gydF4y2Ba

5.2强度的用户提供的小径压电陶瓷瓷砖gydF4y2Ba

研究社区的El Banafseg由200年积木。每一块是G + 2每层两个住宅单元。moderate-class居住区域,它假定,平均一个家庭的五人占据了每个单元,使居民的总数约6000人。作为一个新的定居点,预计住户都是儿童和中年的人。因此,人们猜测大多数居民将走在该地区。gydF4y2Ba

根据depthMapX导出的关系图,可以实现三个交通区动能收获技术使用压电陶瓷瓷砖。所示的综合地图(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba:6),三个区域的高实现介质流量选择能力的研究:红、橙、黄区。高流量的行人是红色的,橙色的中流,中低流量是黄色的。研究假设,居民使用的强度高流量轨迹是90%,80%和40%的强度分配中流动轨迹和中低小径,分别。计算能量收获的瓷砖,计算每条路径的总长度类别使用集成地图(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba:6)。gydF4y2Ba

三路的长度类别如下:gydF4y2Ba

5.3使用压电陶瓷瓷砖动能收获gydF4y2Ba

在这项研究中使用的能量收获瓷砖是由Waydip公司“Waynergy地板”。这种类型被选中,因为它是适合应用在户外的人行横道和人行道等领域,它有能力生成的电力出售给政府网格(gydF4y2BaElhalwagy et al ., 2017gydF4y2Ba)。通常应用这种类型的瓷砖是照亮道路和交通信号灯控制。瓷砖的尺寸40×40厘米。因此,10瓷砖可以安装每2直系米的路径。每个瓷砖生成≈4 W每一步需要0.18秒的脉冲行人平均重量75公斤和正常压力,如图所示gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba(gydF4y2BaDuarte et al ., 2013gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

假设瓷砖应该安装在道路的中心线,以确保压力在行走活动。gydF4y2Ba

保守的计算,假设行人行走以线性的方式,这样瓷砖可能不是按两次在一个特定的实例。(步)此外,人类的一步是45厘米(≈1.5英尺),和人类活动将持续10小时/天。计算能量收获从人类的进步在这些瓷砖,下列方程推导出的作者:gydF4y2Ba

能量收获每千瓦时/天=数量的行人×数量的步骤每1米的小道人均数量×瓷砖每米×能量收获每一步一步××时间轨迹长度×的小时数/ (3600 * 1000)。gydF4y2Ba

考虑到gydF4y2Ba

因此,能量从行人在行走活动期间每天在所有区域计算如下。gydF4y2Ba

•红区收获动能= 0.9×6000××(1/0.45)(40)×4×0.18×534.8×10 /(3600×1000)= 32.088千瓦时/天gydF4y2Ba

•橙色区收获动能= 0.8×6000××(1/0.45)(40)×4×0.18×241.885×10/1000 = 12.9千瓦时/天gydF4y2Ba

•黄色区收获动能= 0.4×6000××(1/0.45)(40)×4×0.18×3838/1000 = 10.23千瓦时/天gydF4y2Ba

在每日总能量从行人步行活动在所有区域= 55.218千瓦小时/天。gydF4y2Ba

6能源需要照亮小径散步gydF4y2Ba

有一个路灯柱子的高度之间的关系和街道的宽度。此外,街道照明两极之间的距离通常是计算基于照明杆高度和往往是高度2.5 - 3倍。根据全球街设计指南,人行道上应该有一个行人光4.5至6米的高度。因此,行人照明两极之间的平均距离应该13米。所示gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba灯杆的高度和间距取决于街道宽度。gydF4y2Ba

30 W灯柱间隔每13 m可以用来计算所需的能量照亮小径散步。工作时间是12 h。首先,波兰人在附近的数量计算如下:gydF4y2Ba

能量收获通过压电陶瓷瓷砖可以提供大约38%的能源需要照亮走小路,如图所示gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

7使用光伏电池发电gydF4y2Ba

其他可再生的绿色能源资源在这个案例研究中实现光伏太阳能电池板。每个地方规定,屋顶面积的50%是用于构建光结构。此外,大约5米×2.5米是留给楼梯覆盖。考虑到阴影区域的轻量级结构和楼梯,允许的区域安装太阳能电池板是8米×14米,收益率(殖利率)约112米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。计算能量收获从安装的光伏电池,开发的在线工具出现学习技术中心(凯尔特人)实现埃及的英国大学主办。该工具采用开罗的气候条件和假设安装光伏系统的发电系统。该工具可以在以下链接:gydF4y2Bahttps://www.celt-bue.com/apps/ / pvSizingOnlineToolgydF4y2Ba。居住建筑的工具报告说,在开罗,每10米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba屋顶可以产生1千瓦时如果所有太阳能电池板正面临南30°倾角。太阳的光照分布遵循一个高斯分布的照明开始疲软,增加随着太阳变得更明亮,然后消失在夕阳(gydF4y2Ba汉et al ., 2015gydF4y2Ba)。的计算,假设该高斯分布可以取而代之的是一个统一的太阳照明称为太阳峰值小时(PSH)。在埃及,PSH值是5 h。gydF4y2Ba

建筑屋顶在一个纯粹的南北方向一致,产生的能量从光伏电池的可用面积如下:gydF4y2Ba

其他建筑,使角与北,光伏电池可供安装的面积是由建筑物的角向北。指的是gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba:2,这些建筑的平均角与北是32°。因此,该地区的光伏电池这组建筑可以计算如下:gydF4y2Ba

指的是gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba:2、建筑研究社区的数量是200;132建筑南北方向是一致的,68栋建筑使平均32°角与北。因此,总能量收获光伏电池安装在屋顶上的整个社区构建块可以计算如下:gydF4y2Ba

总能量收获使用光伏电池安装在屋顶= 56×40.27×132 + 68 = 10130 36千瓦小时/天。收获能量可以卖给政府网络,避免蓄电池的安装。电池的效率通常影响到有用的能量。gydF4y2Ba

7.1能源消费在一个典型的住宅小区gydF4y2Ba

居民区的能源消耗取决于许多因素,如社会阶层、确定家庭成员的数量在每个单元,因此,消耗的能量。gydF4y2Ba

根据埃及的电力公司2020/2021的年度报告发布在官方网站的埃及电力和可再生能源,gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba平均每人每年消耗的能量是2000千瓦时(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

因此,消费选择附近的El Banafseg每天是2000千瓦时/ 365天×6000住宅= 32876 .7千瓦小时/天。gydF4y2Ba

因此,光伏电池的能量收获可以提供大约30%的能源消耗所有的小区住宅(gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

8的结论gydF4y2Ba

研究集中在人类的维度,任何居民区的主要驱动力,作为一个能源生产与能源消费的来源。它利用典型的住宅区的品质和组件能源发电机。因此,社区的构建块的物理方面,即屋顶和人行道,以及他们的非物质方面,如居民socio-spatial活动,被雇佣为潜力能量收获。gydF4y2Ba

研究使用软件链接人类活动场所的空间维度预测流量作为指导工具计算潜在的小径动能。gydF4y2Ba

研究利用两种类型的可再生能源资源,动力和太阳能,创建一个绿色社区。压电陶瓷安装在最繁忙的步行小道可以产生能量,可以照亮街道照明。屋顶光伏电动细胞可以实现从太阳能发电。所需的研究显示,大约38%的电力由社区照明波兰人可以生成使用动能,而30%的能量消耗的小区住宅可以从收集到的太阳能屋顶光伏系统生成的。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料;进一步询问可以针对相应的作者。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

我和MH的概念,结构,设计的研究。是导致能量收获部分,包括计算。MH发达城市设计部分,包括空间分析。所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这个研究论文部分的资金提供的英国大学在埃及(高达1000美元)在手稿的最后验收。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者承认的努力和专业知识扎马•克尔教授建筑部门,英国大学在埃及,使用depthMapX软件进行工作。完成空间分析研究的一部分,不可能一直没有他的支持。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或那些出版商编辑和评论员。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

脚注gydF4y2Ba

^1gydF4y2Ba全球街设计指南:可以从下载gydF4y2Bahttps://globaldesigningcities.org/publication/global-street-design-guide/utilities-and-infrastructure/lighting-and-technology/lighting-design-guidance/gydF4y2Ba

^2gydF4y2Ba2020/2021年度报告的电力公司在埃及gydF4y2Bahttp://www.moee.gov.e.g。, / test_new / PDFReports / 2020 - 2021 ar.pdfgydF4y2Ba

^3gydF4y2Ba埃及的官方网站的电力和可再生能源。gydF4y2Bahttp://www.moee.gov.eg/test_new/ST_consumption.aspxgydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba