Разработка активной фасадной системы

2 907

Рынок фасадных систем в Украине, находясь в стадии формирования, продолжает неуклонно расти. Ежегодно в стране возводится не менее 300-350 тыс. м² фасадных систем.
За последние 20 лет значительно выросла культура оформления зданий стеклом и его будущее, как строительного материала, всецело зависит теперь от развития архитектуры. Можно предположить, что, прежде всего, в строительных материалах будут развиваться качества, которые позволят создать наиболее комфортные условия жизнедеятельности человека.

Безусловно, технологии использования стекла, его производства и развития функциональных свойств успешно развиваются и находят все более широкое применение в архитектуре.
Но при этом возникли определенные трудности, например, при оформлении зданий архитекторы России, Украины и стран СНГ достаточно широко используют тонированное стекло, в то время, когда Европа уже отступила от этого. Связано это с прежде всего с тем, что тонированное стекло имеет светопропускание менее 50%, что пагубно влияет на самочувствие людей — вызывая нервозность, потерю чувства времени, сказывается на зрении и т. д. Панели из стекла могут нагреваться до температуры 80-90°С и выше, а это может привести к их разрушению. В таком случае, необходимо применение специальных стекол — закаленных, ламинированных и т. д.
Сам процесс разработки фасадной системы должен измениться. Создавать систему активного фасада и внедрять высокие технологии в строительстве нужно с учетом уже известных структурных, оптических, теплофизических и акустических недостатков. Необходимо исходить из того, что в дальнейшем система должна адаптироваться к разнообразным требованиям обеспечения жизнедеятельности человека.
Такие системы соединяют все аспекты сложных функций фасада, которые составляют интерфейс между жильцом и построением систем, между фасадом и построением систем, между исполнением фасада и функционированием поэлементной системы.
Упрощенно говоря — роль стекла в фасадном остеклении сводится к защите жильцов и строения от нежелательного влияния окружающей среды. Тогда как его функциональные цели:

расширить солнечную защиту;

улучшить термические удобства;

обеспечить максимальное пропускание дневного света;

расширить воздушное пространство и уменьшить при этом нагрузку на систему кондиционирования, используя активное управление естественной системой вентиляции;

уменьшить эксплуатационные расходы (минимизация искусственного освещения, охлаждения и нагрева).

В основу создания активной фасадной системы заложены параметры регулирования дневного освещения и терморегулирования. Проблема интеграции управления решается на уровнях динамического моделирования климатических условий и соединения вопросов технологии.
За 25-летие были разработаны и широко используются в технике покрытия на стекле с различным уровнем пропускания. Они весьма эффективно расширяют область использования стекла в архитектурном оформлении.
Многоуровневые покрытия, ранее широко использовались в прецизионной оптике в небольших размерах. Невозможность получения в больших площадях и высокая цена сдерживали их применение в архитектуре. В 1970 г разработка и дальнейшее расширение магнетронного напыления, пиролиза позволили значительно увеличить площадь нанесения покрытия на стекле, а повышение производительности оборудования и воспроизводимость характеристик системы “стекло-покрытие” позволили снизить стоимость 1 кв. м стекла с 500 до 5 долларов США.
Первоначальная цель этих работ состояла в разработке низкоэмиссионных покрытий на стекле для снижения потерь тепла в помещении. Последующие исследования позволили создать покрытия, которые пропускают дневной свет в количестве равным по интенсивности стандартному стеклу, но только с половиной солнечного теплового излучения. Разработан тип пленочных покрытий, который позволяет отражать солнечное излучение и управлять зеркальной составляющей, уменьшая поступающий поток солнечного света в помещение.
Можно ожидать, что разработки в области покрытий на стекле в ближайшем будущем дадут возможность еще больше расширить функции стекла в архитектурно-фасадных решениях и динамически изменять передачу солнечного света.
Еще 15 лет назад первые опытные образцы были на уровне лабораторных. Сейчас по истечении многих лет работы, удалось достичь изготовления подобного стекла размеров, необходимых для остекления строительных объектов.
Эти изделия можно разделить на две категории:

термочувствительные стекла (покрытия). Они останавливают солнечное тепло только в жаркую погоду, а в холод, например, зимой, наоборот пропускают инфракрасное излучение. Такие характеристики стекло имеет, благодаря тончайшему покрытию из диоксида ванадия с добавками (в частности, вольфрама), которое обладает свойствами и металла, и полупроводника. Особый состав покрытия позволяет стеклу отражать или пропускать инфракрасное излучение в зависимости от температуры воздуха снаружи.

переключающие покрытия с небольшим подводимым напряжением (стекло Прива-Лайт — разработка концерна Сен-Гобен). Это ламинированное стекло, состоящее из не менее, чем двух листов термически обработанного стекла (бесцветного или тонированного), и Taliq-плепки с жидкими кристаллами и прилегающими к ней не менее, чем двумя слоями PVB. Названные составные части спекаются под высоким давлением при высокой температуре и образуют плотное соединение. В нерабочем состоянии жидкие кристаллы расположены неупорядоченно, что обусловливает непрозрачность стекла, имеющего в этом состоянии молочно-белый цвет. Под действием электрического поля кристаллы приобретают ориентацию в одинаковом для всех направлении, и стекло становится прозрачным. Переключение происходит почти моментально.

Есть и другие наработки в этом направлении. Нанотехнологии, например, работают на уровне в 1000 раз меньшем, чем покрытия на стекле. Здесь для управления светом задействуются молекулы и атомы.
Вероятнее всего предполагаемый выбор будет дан второй категории.
Разрабатываемые системы уравновешивания внутренних и внешних динамических изменений требуют, чтобы покрытия на стекле имели способность адекватно реагировать, прежде всего, на воздействие внешних изменений.
Первоначальная цель — динамическое управление интенсивностью пропускаемого тепла и света. Затем идет динамическое управление распределением света в пределах пространства, смягчающее внутренние изменения. Элементы управления, кондиционирование, поступление света, инфраструктурные составляющие фасада и всей системы сенсоров, приводов, программных алгоритмов должны работать эффективно, сбалансировано и надежно. Учитывая то, что наружные системы фасада не должны изменяться, обеспечить сегодня такую степень динамического управления без использования дорогих и сложных технологий очень непросто. Решением этого может являться использование стекол с переключаемыми покрытиями на стекле.
Если учесть, что в настоящее время в достаточной степени решены вопросы по долговечности несущего каркаса, то системы переключающих покрытий на стекле могли бы быть успешно применены для большинства фасадов. Такое покрытие включает в себя динамическое управление солнечным светом, но не решает вопроса рационального использования дневного света. Отражение и преломление оптических элементов, голография и т. д. представляет потенциально жизнеспособные технические методы создания систем, которые могут модифицировать солнечный свет в пространстве. Фундаментальный вызов архитектуры — как создать покрытие для масштабного управления светом в соответствии с требованиями рынка и жизнедеятельности человека.
Динамическое управление необходимо, когда характеристики в помещении должны остаться сравнительно постоянными не подверженными изменчивости внешних атмосферных влияний. Например, световой поток может меняться за 10 с по мере приближения солнца, а внутренние уровни должны поддерживаться в пределах более узкой динамической области.

Энергетическое обеспечение и безопасность жизнедеятельности человека
Автоматическое обеспечение работы по одновременному достижению благоприятных условий и надежности управления фасадной системы должно лежать в основе построения всех пространственных фасадных систем.
Благодаря энергетической сбалансированности достигается оптимальное отношение между снижением затрат на кондиционирование и освещение. При этом учитывается тип покрытия на стекле и его динамические характеристики. В развитых странах в современных фасадных системах используется более 65% потребления электроэнергии.
Проблемы в энергетической схеме построения:

существенное повышение энергетической активности и стратегия, минимизация построения схемы электрозагрузки в любое время;

возможность построения системы, способной сохранить или перераспределить основную и дополнительную электрозагрузки.
Большая нагрузка приходится в пики кондиционирования воздуха и управления его температурой. Уменьшение потребляемой мощности освещения и кондиционирования возможно за счет применения активной системы фасада. Вероятно, встанет вопрос об оплате за потребление электроэнергии, обеспечивающей управление электрохозяйством активной системы фасада посредством разветвленной оперативной системы автоматизации.
Активные фасады, которые могут обеспечить комфорт с минимальным расходом электроэнергии на кондиционирование и светопропускание в течение пиков потребления, вероятно, будут иметь большое преимущество. Необходим глубокий экономический анализ и просчитанный прогноз инвестиций в такие фасадные системы, а также регулирование поставок электроэнергии.
Кроме того, системы, имеющие уменьшенное энергопотребление очень широко могут использоваться, когда есть вероятность нарушения поставок электроэнергии, стихийных бедствий и в районах повышенной сейсмоактивности.

Взаимосвязь жильца и строения
Жильцы имеют небольшое влияние на решения разработчика, а ведь именно им потом жить в этих домах со всеми удачами и неудачами разработчиков и строителей. При проектировании зачастую совершенно не учитываются индивидуальные человеческие потребности. Например, уровень освещенности для молодого будет отличным от уровня, необходимого для более пожилого человека.
Разработка пространства в офисе также происходит без должного участия в нем людей, которые будут впоследствии там работать. Весьма не простой вопрос — сколько уровней гибкости должно быть в системе управления, чтобы обеспечивать все индивидуальные требования жильца; настолько они могут быть противоречивы с энергетическими аспектами и настолько адекватно может реагировать система?
Разрабатываемые системы должны обеспечить высокий уровень приспосабливаемости и гибкости с учетом изменения человеческого фактора. Это реализуется за счет работы обратной связи: человек — считывание информации — работа логики — анализ — принятие решения.
В основу интегральной активной системы заложен показатель обеспечения регулирования передачи освещения от окна к внутреннему интерьеру. Он используется для удовлетворения требования к отражению и снижения затрат энергии. Конечно, все требования не могут быть одновременно удовлетворены. Предусматривается включение динамических элементов, чтобы обеспечить разностороннее управление критериями помещение — внешние условия.
Новые технологии покрытий и разработки фасадных систем, которые базируются на последних прорывах в материаловедении, дали импульс для широкого использования стекла при фасадном исполнении.
ГП “УкрНИИСтекла” (бывший УкрГИС) разработал научные основы синтеза состава стекла, обеспечивающего изменение светопропускания при восприятии солнечной энергии. Также был проведен комплекс работ по созданию стекла с многофункциональным покрытием — светопропускание, коэффициент отражения, селективность отражения световой энергии в видимом и инфракрасном диапазоне; самоочищение наружной стороны стекла; защиты от направленного электромагнитного потока и звукоизоляция. Создано производство ООО “НПП Магнат Плюс” по выпуску стекла с таким покрытием размером 1650 і 2250 мм.
По нашему мнению есть еще достаточно проблем в этой сфере. Необходимо привлекать инвестиции в фундаментальные технологии создания наноструктуры покрытия и устройств, обеспечивающих применение свойств стекло-покрытие в активной фасадной системе зданий. К тому же не решен вопрос с разработкой и принятием соответствующих нормативных документов для упорядочения организации строительства фасадных систем. Так что, нужен системный подход для решения этих вопросов.

В.И. Борулько, П.В.Борулько,
А.В. Маричев, С.А. Попович, А.А. Иванин
Государственное предприятие
“Украинский научно-исследовательский институт стекла” (ГП “УкрНИИСтекла”), г.Константиновка, Донецкой области

Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 67 467 1426

Издатель

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ