Иновативни енергоефективни фасадни решения

Прочетена: 247

Д-р арх. Иванка Маринова, инж.-арх. Диана Илиева, инж.-арх. Светлана Попова, ВСУ „Любен Каравелов“

Днес темата за глобалното затопляне и климатичните проблеми е особено актуална. Енергийната политика на Европа, приета и от нашата страна, диктува постигане на 20%-ен дял на възобновяемите енергийни източници в Общностното енергийно потребление до 2020 г. От друга страна, статистиката на Международната енергийна агенция показва, че сградният фонд консумира близо 30% от крайната енергия и е отговорен за повече от 40% от вредните парникови емисии в световен мащаб. Сградите отдават и приемат енергия от околната среда чрез тяхната външна обвивка, а най-широкоплощната външна обвивка на всяка сграда са нейните фасади. Ето защо именно те се превръщат в особено подходящ обект за влагане на инвестиции, нови технологии и иновации. Съществуват два основни процеса: 1) загуба на топлинна енергия през студените сезони, и 2) трансформация на слънчевата радиация в топлина, излъчвана впоследствие към атмосферата (увеличаване на топлинния остров) и към помещението (прегряване). Новите изисквания към фасадната обвивка включват подобряване на енергийната ефективност на елементите и намаляване консумацията на енергия и емисията на парников газ. Приоритет в това отношение имат решаването на задачите, свързани с намаляване на енергийните загуби, контрол на топлообмена, ефективно използване на енергията на околната среда и генерирането на зелена енергия. Това се постига чрез прилагане на различни технологии, иновативни материали с нисък специфичен коефициент на топлообмен, адаптивни фасадни механизми и високотехнологични фотоволтаични решения.

Във връзка с намаляването на енергийните загуби и контрол на топлообмена все по-широко приложение получават вентилируемите двойни фасади, адаптивните фасади и интегрирането на соларни системи.

Пасивни вентилируеми (двойни) фасади

Вентилируемите фасади се състоят от: топлоизолация, носеща подконструкция, окачваща система и облицовъчен слой от фасадни плоскости, както и елементи за оформяне на фугите между тях. Представляват система от два слоя, разделени с въздушен коридор. Движението на въздуха в това пространство се осъществява посредством вентилационни отвори, като може да се реализира естествена, смесена или принудена вентилация. В случаите, когато външният слой е стъклен, се налага защита от прегряване. Във въздушния коридор се интегрират слънцезащитни механизми, най-често щори (фиг. 1, в). Ширината на въздушния коридор може да варира значително, от 10 cм до 2 м. Според изследвания разстоянието между двата фасадни слоя не трябва да бъде по-малко от 60 cм, за да не се възпрепятства въздушният поток при наличие на засенчващи механизми във въздушното пространство. Височината на въздушния коридор зависи от ширината, като допустимата височина се обуславя от допустимото загряване на въздуха в канала, и обикновено е най-много до 15 етажа. Въздушният пласт осигурява неоспорими предимства за вентилируемите фасади – изпаряване на конструктивната влага от носещата стена, спиране на паропреминаването отвътре навън през зимата, охлаждане на сградната обвивка през топлите месеци, предотвратяване на топлинните загуби, намаляване на потока от топъл въздух към сградата (фиг. 1).

При решението външният слой да е изпълнен от непрозрачен материал (алуминиеви композитни плочи, керамични плочи с различен цвят и размер, плочи от метал като мед, неръждаема стомана, от дърво, импрегнирано с естествени лакове, от гранитогрес, естествен камък, HPL плоскости) въздушният слой може да бъде с по-малка ширина (3 – 5 cм). Вентилируемата фасада може да се изпълни и от панели, които са с финиш на мазилка. Те са и сред най-популярните основно заради ниската им цена. При тях за основа се използват специални фиброциментови плоскости, които съответно се покриват с безфугова мазилка. Новостите при керамичните вентилируеми фасади са при системите за редене тип „тухлена зидария”, тип „сайдинг” и др. Уникални по своята визия и технически показатели са и различните серии порцеланови фасади, които имитират полирани и термолющени естествени камъни (гранити, мрамори, травертини, варовици и др.), дърво или всякакви едноцветни плочи с цветове по RAL. Произвежда се и т.нар. огъващ се камък с порцеланово-керамична структура за облицовка на извити фасади, арки, тунели и др.

Адаптивни фасади

Изискванията към сградите са променливи в зависимост от сезоните, атмосферните условия и, разбира се, климатичните особености в различните региони по света. Следователно не може да считаме, че има универсален подход в проектирането на сгради, които освен това може да се различават по предназначението си. Сгради, които се намират в динамична заобикаляща ги среда, трябва да имат възможност да се адаптират по същия начин, както отделният човек го прави – да подбират облеклото според сезона. Остъклените конструкции разполагат с голям потенциал за адаптивни сградни обвивки [1].

Тази „интелигентна фасада“ се различава от традиционната с това, че притежава устройства, които дават контрол върху сградната адаптивност, т.е. позволяват обвивката на сградата да действа като модератор на климата в нея. Чрез използването на фасадата по този начин може да се осигури възможност сградата да приема или отхвърля енергията от външната среда. Резултатът е намаляване на количеството изкуствена енергия, необходима за постигане на комфортна вътрешна среда. Сгради, които използват такива устройства, могат да станат сложни системи, които изискват автоматичен контрол за осигуряване на екологичното равновесие и енергийната ефективност (фиг. 2).

Високотехнологични фотоволтаични фасади

За ефективното използване на енергията на околната среда и за генериране на зелена енергия се прилагат различни системи. Най-често прилаганите енергоефективни системи са фотоволтаичните PV. Те осигуряват преобразуването на слънчева енергия в електрическа. Тяхното приложение започва още през 1970 г., когато те се прилагат в сгради в отдалечени райони без достъп до елетропроводната мрежа. Предимство тук е, че при тях се спестяват загубите от преноса на енергия, които възлизат на 7% до 40%, в зависимост от състоянието на електропреносната мрежа. Днес фотоволтаични материали се прилагат, като на практика заменят конвенционалните строителни материали. По отношение на фасадите решения с такива панели могат да се прилагат както в новостроящи се обекти, така и при саниране на стари сгради. Тези фасадни решения предлагат както висока енергоефективност и сравнително бърза възвръщаемост на първоначалната инвестиция, така и добър архитектурен и естетически облик, вариантност и разнообразие.

Проектирането на сградно-интегрираната фотоволтаична фасадна система се извършва в зависимост от достъпа на слънчева светлина върху дадената сграда. Фотоволтаичните панели биват монокристални или поликристални. Поликристалните силициеви клетки например блестят в различни оттенъци на синьото и придават оптичен акцент, докато монокристалните имат равномерна графитено сива структура. При конструирането на модулите е много важен изборът на подходящо стъкло. Предлагат се различни решения – от обикновена комбинация стъкло до варианти с бронирани, шумоизолиращи и топлоизолиращи стъкла.

По своята структура най-често слоевете на панелите са отложени върху закалено стъкло, с възможност за оцветяване. Топло- и шумоизолацията се осигуряват чрез добавянето на пластове стъкло върху базовия елемент на полупрозрачния фотоволтаичен модул. Най-новите разработки в областта са високоефективни модули, състоящи се от пакети отделни слънчеви клетки, поставени една върху друга с цел оптимизиране на улавянето и преобразуване на слънчевата енергия. Най-горният слой преобразува слънчевата светлина, съдържаща най-голямо количество енергия. Слоят пропуска свободно останалата слънчева енергия към долните слоеве, които я абсорбират
и преобразуват.

Съществуват и разнообразни технологии за производство на т.нар. усъвършенствани слънчеви клетки. При някои от тях вместо от по­лу­про­вод­никови материали слънчевите клетки се изработват от импрегниран със светлочувствителна боя слой от титаниев диоксид. Други нови технологии например се базират на използването на полимерни материали.
Обикновено големините и форматите на стъклата също са многовариантни и има възможност за специални форми. По този начин могат да се реализират всички изисквания в една сградна концепция. Дебелината на стъклото се определя от статиката на сградата и от местните строителни изисквания.

Интегрираните във фасадата фотоволтаични системи (Building Integrated Photovoltaics – BIPV) произвеждат по-малко електричество в сравнение със съоръженията, разположени върху покрив, но са оптимален източник на енергия за сгради с големи стъклени фасади (фиг. 3).

Енергийни панели

Разработват се фасадни системи, базирани на популярните изолацонни панели в комбинация с фасадна облицовка. Лентите могат да бъдат многоцветни, алуминиева рамка, изобразяващи различен шаблон или лого. Това осигурява много различни възможности за дизайна на фасадата на сградата, без да се пренебрегва енергийната ефективност, за разлика от повечето сгради, завършени с традиционните сандвич панели, които обикновено доста си приличат. По този начин на фасадата на сградата може да се постави фирменото лого или снимка, изобразяваща дейността на фирмата – подходящо за индустриални сгради (фиг. 4).

Израелски инженери са заимствали от природата сложната конструкция на пчелна пита и са нарекли новите панели BeeHive PV (фиг. 5). Това са прозрачни соларни панели, които могат да се интегрират във фасадите на сградите или като прозорци. „Соларните панели са изработени от акрил, който е с дълъг живот и може също така да служи като изолатор. Всяка пчелна кутийка събира слънчевата светлина и я увеличава 2 пъти и половина благодарение на хексагоналната си форма и стъкления панел. Инсталирани на огряваните от слънце фасади на сградите, тези панели имат мощност от 140 вата на квадратен метър [2].” Освен функционални предимства спрямо другите PV панели „пчелните пити” (фиг. 5) ще допринесат и за подобряване на естетическия вид на сградите.

Функционални фасадни покрития

„Единствено въображението поставя граници върху това какви ще бъдат функциите и възможностите на покритията в бъдеще. Те биха могли да оползотворяват слънчевата енергия, да осветяват помещения, да осъществяват връзка помежду си или да осигуряват мониторинг за безопасността на дете или възрастен човек. В бъдеще покритията няма да бъдат просто повърхност. Търсенето на решения в тази посока е вече налице. Например: върху стоманата може да бъде положено покритие, което отразява част от излъчваната от слънцето топлина. В бъдеще най-вероятно използваните покрития биха могли да улавят и реагират интелигентно на условията на средата и да се зареждат и обновяват с все повече свойства. Стенните покрития биха могли да усещат вятъра, влажността и температурата и на база информацията от тези фактори да дават команди на климатичните и отоплителните системи [3].” Освен това покритията биха имали възможността да усещат замърсяванията и да се пазят чисти. Вместо да се налага изграждането на улично осветление, градовете на бъдещето могат да бъдат осветявани от стените на сградите. Подобни стенни повърхности с променящи се цветове и шарки понастоящем са проектирани. Повърхностите биха преобразували слънчевата светлина в електричество, което да се използва, за да излъчва светлина, когато се стъмни.

Хибридните материали съчетават и балансират предимствата на различни материали. Органичните влакна, като например лен, могат да бъдат вложени в стоманата, за да се получи твърд, но и жилав материал. Хибридните материали могат да бъдат използвани, за да се придадат на повърхностите желани свойства като акустика, лекота, твърдост, мекота, пожароустойчивост, естетика и приятен допир [3].

Днес са разработени функционални фасадни мазилки, които отразяват част от топлинното слънчево лъчение и по този начин оставят фасадата на сградата по-студена, отколкото би била при използване на конвенционално покритие. Отразяващата способност на покритието е резултат от промяната на цветните пигменти в горния слой. За всеки цвят е избран пигментът, който най-добре отразява топлинното излъчване. Покритието е предназначено за използване на открито, при това не само за топлоизолирани сгради. То ефективно отстранява топлинното лъчение и при профилирани фасади. Стоманените и други метални листове са предмет на топлинно разширение. Отразяващото покритие запазва тъмно оцветените фасади охладени, намалява деформациите, породени в стоманата, и предотвратява изкривяването й. Отразяващата повърхност позволява и използването на по-дълги стенни елементи с тъмен цвят. Оптималните ползи на покритието се постигат в комбинация с енергийно ефективните стенни панели. Високата издръжливост и устойчивост на UV лъчения гарантират, че първоначалният блясък и цвят на покритието на фасадата няма да се променят с течение на времето и повърхността ще остане чиста.

Заключение

Енергийната ефективност и устойчивото развитие в архитектурата днес са належаща необходимост. Тези фактори променят начина, по който гледаме на сградните фасади. Днес фасадата не е просто ограждащ елемент – тя се превръща в регулатор на обмена с околната среда, а също така и в източник на енергия. Разгледаните в доклада съвременни иновативни решения предлагат редица възможности за влагане на многовариантно приложение чрез широко разнообразие от материали, панели и системи, които успешно подобряват сградната енергийна ефективност, като същевременно създават модерен, естетически издър­жан архитектурен облик. Съвременните тенденции диктуват един нов подход в проектирането, който изисква разбирането на условията и възможностите на околната среда, познаване на съвременните материали и технологии, както и умението за създаване на фасадна обвивка, която едновременно удовлетворява не само функционалните, естетическите и конструктивните изисквания, но и енергийни такива.

ЛИТЕРАТУРА:

[1] http ://kab-sofia.bg/novini/ 621 -adaptivnite-fasadi-klyuch-kam-ustoichivoto-razvitie- na-sgradnoto-stroitelstvo
[2] http://greentech-bg.net/?p=7887
[3] http://www.thermopaneli.com/

Сподели в социалните мрежи

Автор на 05.03.2017. Категория Анализи, Новини. Можеш да следиш всички коментари и промени по тази публикации през RSS 2.0. Можете свободно да коментирате тази публикация

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.