Энергоэффективные конструкции и возможности мехатронных строительных элементов
Тенденции и новые результаты исследований ift в области дверей и фасадов в докладе дипломированного инженера Юргена Бенитц-Вильденбурга на VII Международном конгрессе "Окна, Двери, Фасадные системы, Архитектрное стекло" (26-27 января 2010 г.), который проходил в рамках выставок "Примус: Окна. Двери. Профили" и "Примус: Архитектурное стекло".
VIІI Международный Конгресс «Окна. Двери. Фасадные Системы. Архитектурное Стекло» пройдет с 26 по 27 января 2011 в рамках ХI Международной специализированной выставки «Примус: Окна. Двери. Профили».
Исследования Института оконных технологий ift Rosenheim (г. Розенхайм, Германия) являются базисом для создания новаторских и эффективных продуктов оконной и фасадной отрасли. В сфере строительных исследований Институт оконных технологий ift Rosenheim активно сотрудничает с Министерством строительства и Министерством научных исследований Германии, например, в рамках исследовательской инициативы "Zukunft Bau" ("Строительство будущего"). Исследование ставит перед собой следующие основные задачи:
- повышение рационального использования энергии,
- устойчивость зданий – влияние на строительные элементы,
- окружающая среда и санитария – эмиссия строительных элементов,
- электроника и автоматизация,
- новые принципы проектирования, например, склеенные оконные конструкции.
В Германии активно инвестируют в модернизацию элементов зданий, потому что только замена энергетически устарелых окон и остеклений позволяет сэкономить до 8,6 млрд. литров мазута. Минимальные требования к коэффициенту теплоотдачи U в новом Постановлении об экономии энергии EnEV, которое вступило в силу в октябре 2009 года, также значительно ужесточились.
Новаторские оконные и фасадные конструкции
Для улучшения энергоэффективности окон и фасадов нужно оптимизировать теплоизоляцию, вентиляцию, использование дневного света и теплоизоляцию в летний период, а также интенсивнее использовать солнечную энергию. Поэтому в оконных и фасадных конструкциях нового поколения используются следующие технологии:
- оптимизация геометрии профиля (количество секций, улучшение зон теплоизоляции и т.д.) и усовершенствование конструкций (уровни уплотнения, окно с двойным переплетом),
- уменьшение ширины профиля (за счет увеличения доли стекла),
- улучшенные места примыкания элементов конструкций к корпусу здания (перекрытие наружных оконных коробок),
- разработка новых типов врезки стекла и улучшенных теплотехнических систем соединительного профиля кромок,
- новые материалы и уплотнители с низкой теплопроводимостью и излучением,
- применение панелей с вакуумной изоляцией (панели с вакуумной изоляцией VIP-класса) с улучшенными изоляционными качествами (теплопроводность от 0,004 Вт/(мK),
- избежание потерь тепла во время вентиляции при помощи большей герметичности одновременно с обеспечением необходимой минимальной вентиляции для поддержания гигиены жилого помещения,
- оконные переплеты с двойными стеклами и прилегающие фасады "вторая кожа" с использованием промежуточного пространства для солнцезащитных систем, для систем направления света, вентиляционного оборудования, систем по производству энергии,
- сокращение применения искусственного света за счет улучшенного использования дневного света, интеграция в техническое оснащение здания, применение фототермии и фотоэлектричества.
Оптимизация остекления
Теплотехнические инновации предлагают также и производители стекла. Тройное изоляционное стекло уже сегодня позволяет сократить потери тепла с коэффициентом теплоотдачи до 0,5 Вт/(м2К), что является возможным благодаря таким инертным газам как криптон или ксенон. Экономически рациональным является все же заполнение газом аргон, коэффициент теплоотдачи которого составляет 0,7 Вт/(м2К). Улучшению способствуют также теплотехнически оптимизированные соединительные профили кромок и глубина вхождения стекла в паз рамы. Коэффициент теплоотдачи окна при глубине вхождения стекла в паз рамы от 25 мм может быть улучшен до /U = 0,5 Вт/(м2К) – позитивный сопровождающий эффект состоит в повышении температуры поверхности в области канта стекла с сокращением количества выпадения конденсата при низких внешних температурах. В состоянии разработки находится на данный момент вакуумное остекление. До настоящего момента коэффициент теплоотдачи такого остекления составлял "только" от 0,8 до 1,0 Вт/(м2К), ожидается, что в течении нескольких лет коэффициент составит 0,5 Вт/(м2К). Выгодными являются малый вес и толщина от 8 до 10 мм. Вакуумное остекление может послужить заменой простому остеклению, например, в зданиях, находящихся под охраной исторических памятников. Применение в двойном и тройном остеклении позволит дальнейшая оптимизация.
Прочность клееного изоляционного стекла
В возрастающей степени многослойное изоляционное стекло вклеивается прямо в оконную раму. Эта технология предоставляет огромный потенциал к усовершенствованию применительно к:
- Использование полунесущего действия оконного стекла. Таким образом уменьшается поверхность, которую занимает в окне рама и увеличивается светопропускание здания.
- Благодаря уменьшению поверхности рамы и отсутствию потребности в упрочняющих материалах появляется возможность улучшить коэффициенты теплопроводности.
- Больше возможностей отделки окон, например, с улучшенной конструктивной защитой древесины и снижение затрат за счет отсутствия этапа ручной работы.
Поскольку многослойное изоляционное стекло является элементом конструкции важным для соблюдения гарантированных свойств окна относящихся к тепло- и звукоизоляции, должна быть обеспечена сохранность на протяжении срока эксплуатации инертных газов, наполняющих пространство между стеклами, и что LOW-E-слой (слой с низким излучением) будет защищен от влажности. К тому же воздействие неплотного соединения профильных кромок быстро обнаружит себя в форме сырости и повреждений покрытия пространстве между стеклами. Поведение многослойного изоляционного стекла под нагрузками, вызванными склеиванием стекла, до настоящего момента полной мерой не изучены.
В зависимости от модели склеивающей системы для многослойного изоляционного стекла и его соединительного профиля кромок возникают случаи нагрузок, которые не имеют места при традиционной технологии остекления. Даже при обычном пользовании окна (открывание, закрывание, откидывание, разница температур в помещении и снаружи), а также неправильное использование (например, закрытие при наличии препятствия в пазе, нагрузка открытой створки) вызывает силы, которые влияют не только на клейкость, снижающую нагрузки, а и на клейкость соединительного профиля кромок многослойных изоляционных стекол. Стандартное многослойное изоляционное стекло отвечает требованиям согласно европейской норме EN 1279, при чем однако остекление находится в прямой зависимости от состоянии технологий. Цель исследовательского проекта Института оконных технологий ift состоит в анализе факторов влияния склеивающих систем на прочность многослойного изоляционного стекла, чтобы высказать суждение о эксплуатационной готовности и выносливости стекла. Результаты позволяют выделить в общем рациональные комбинации и установить воздействие на
- теплоизоляционную функцию стекла (потери газа, разрушение LOW-E-слоя),
- визуальные характеристики стекла (влажность в пространстве между стеклами) и
- выносливость и безопасность использования окна.
Мехатроника обеспечивает комфорт
Применение электронных и электромеханических строительных элементов является ключевой технологией в оконной, дверной и фасадной отрасли, так как это позволяет оптимально выполнить возрастающие требования к энергоэффективности, комфорту потребителей, безопасности и удобству для людей с ограниченными возможностями. В современных офисных зданиях интеллектуальные окна и фасады позволяют сократить использование кондиционеров и искусственного освещения и вместе с тем обеспечить комфортное самочувствие потребителя. Интегрирование технического оборудования здания (солнцезащитные системы, вентиляционные устройства, освещение) в фасады имеет преимущества. Датчики измеряют параметры внешнего воздействия таких как качество воздуха, интенсивность света, влажность воздуха и температуру помещения, и автоматически запускают необходимые реакции. При применении электронных строительных элементов и их интеграции в техническое оснащение здания на сегодняшний день возникают некоторые проблемы. Например, мало регулирующих механизмов и норм, которые предоставили бы параметры для расположения и выполнения электрических линий. Также дано недостаточное определение точке пересечения с другими субподрядными работами, что усложняет проектирование и применение. Поэтому Институт оконных технологий ift Rosenheim разработал ift-директиву EL-01/1 Электроника в окнах, дверях и фасадах", которая содержит множество практических указаний по проектированию и применению.
Окна и фасады в качестве генераторов энергии
Наличная солнечная энергия в 3000 раз превышает всемирную потребность в энергии. Скоро можно будет добывать ее при помощи окон, фасадов и остекления. Чтобы оценить энергетический потенциал (солнечный коэффициент полезного действия) стекол и окон, вместе с коэффициентом теплоотдачи должен учитываться коэффициент пропускания результирующей энергии остекления g. Поэтому коэффициент пропускания результирующей энергии стекол постоянно улучшается при помощи новых покрытий и достигает сегодня в тройных стеклах 0,6 при коэффициенте теплоотдачи от 0,7 Вт/(м2К). Дома с солнечными батареями и направленными на генерирование энергии используют солнечное излучение при помощи управляемых систем затенения или термических резервных аккумуляторов и являются логической модернизацией пассивных домов. Энергия солнечного излучения может быть дополнительно использована путем фототермии и фотоэлектричества в покрытии здания. До настоящего времени такие строительные элементы часто использовались еще в качестве «дополнительных». Но более рациональным было бы конструировать их с двойными функциями, при этом поливиниловые элементы использовались бы напрямую в качестве крыши или облицовки фасада. Ожидается, что масштабное внедрение на рынок тонкослойный поливиниловых элементов произведет революцию. Такие элементы будут лишь незначительно дороже, чем традиционная облицовка фасада и за счет своего способа действия будут способствовать большему получению энергии, даже при рассеянном свете и с «теневой стороны» здания.
Итог – Надежное строительство
Активные дискуссии по поводу надежности уделяют внимание также высокому потреблению энергии и ресурсов зданием. Новые инновационные технологии часто применяются в нежилом и промышленном строительстве. В рамках исследовательского проекта «Оптимизация использования энергии в строительстве - EnOB» в 2008 году было проанализировано практическое применение инновативных концепций фасадов и зданий. Исследование дало следующие интересные результаты:
- Разница между заданным и фактическим расходом энергии частично крайне велика.
- Расход электричества составляет до 70% от общего расхода энергии.
- Применение эффективных осветительных систем может успешно поспособствовать снижению потребления электричества.
- Доля, затраченная на охлаждение, составляет часто до 10% от расхода первичной энергии.
- Вентиляционные системы проектируются эффективно, но неэффективно эксплуатируются.
Это означает, что комплексный анализ и постоянная оптимизация технологии фасадов и зданий, а также сокращение использования искусственного освещения поспособствуют наибольшему улучшению результатов. Новаторские окна и фасады могут внести важный вклад в этот процесс.
