Теплозащита — проблема лета

Современные общественные здания с фасадным остеклением потреб­ляют в среднем больше энергии для кондиционирования летом , чем зи­мой для отопления . Не удивительно , что в последнее время все больше внимания уделяется проблеме защиты зданий от тепловых потерь .

КОНСТРУКТИВНАЯ ЗАЩИТА ОТ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Чтобы получить контроль над стремительно увеличивающимися расходами на энергоресурсы , ве­лась работа по совершенствова­нию энергосберегающих парамет­ров продукции применяемой в строительстве . Это были но­вые конструкции оконных рам и окон с изолированными тепло­защитными стеклами ; высокоэф­фективные котельные установки ; контролируемые системы венти­ляции жилых помещений ; конст­руктивное предотвращение хо­лодных мостов ; создание герме­тичных оболочек зданий . Все это было направлено на минимизацию затрат на отопление и имело свои положительные результаты . Но кроме отопления зданий зи­мой , немало энергоресурсов тра­тилось на кондиционирование в летние месяцы . Этого требова­ли большие площади остекления фасадов современных зданий , подвергающиеся перегреву . Нельзя сказать , что защита от тепло­вого воздействия солнечных лучей не применялась . Но была ли она эффективной ? Ответ на этот вопрос можно найти в таблице 1. Тенденция современной стеклян­ной архитектуры рисует совер­шенно другую картину . Приток солнечного тепла , который зимой пассивно уменьшает затраты на отопление , летом подвергает лю­дей , находящихся внутри здания , существенному перегреву и ока­зывает влияние на самочувствие и производительность , приводит к увеличению затрат на кондици­онирование . Эту проблему помо­жет решить конструктивная за­щита от солнечного излучения – встроенные фасадные или навес­ные солнцезащитные системы – как наиболее эффективные спосо­бы защиты от солнечного нагре­ва . Они могут эффективно повли­ять на количество солнечного тепла , поступающего в здание посредством инсоляции . Основная цель – не превысить максималь­ные значения показателей клима­та помещений с минимальным ис­пользованием кондиционирования и механической вентиляции . По­ступающая солнечная радиация , вызывающая приток тепла в по­мещения через окна , снижается за счет применения установок сол­нечной защиты .

Определение максимальных значе­ний поступления теплоты сол­нечной радиации , зависит от различных воздействующих фак­торов , таких как климат региона , теплопроводность строительных ограждающих конструкций , вен­тиляция помещений в ночное вре­мя . Отсюда становится понятно , что значения летней солнцезащиты нужно заранее принимать во внимание при проектировании . Для оптимального подбора и вы­полнения солнечных затеняющих устройств необходимо понимать физику солнца . Данные положения солнца , его проекция в данный мо­мент на фасадные поверхности также как и подсчет тепловых нагрузок – это необходимый на­бор данных для расчета солнце­защитных устройств .

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ

ПРИ ОСНАЩЕНИИ ФАСАДОВ

Простым и эффективным решени­ем является применение горизон­тально установленных , выступаю­щих в форме козырька систем пла­стин ( ламели ). Прежде всего , они подходят для юго - восточных и юго - западных фасадов . Для юж­ных фасадов в летние месяцы вы­бирается расположение полного затенения оконных поверхностей , когда нет прямого попадания солнечных лучей в окно . При этом сни­жение поступления теплоты сол­нечной радиации составляет око­ло 76%. И хотя юго - восточные фа­сады в утренние часы из - за низко стоящего солнца не полностью за­тенены , затенение окон дает сни­жение тепловой нагрузки до 69 %. Наружное навесное устройство защиты от солнца представляет собой недорогое по цене , не тре­бующее обслуживания долгосроч­ное решение для оформления фа­садов . Наряду со снижением лет­него перегрева зданий , такое со­оружение формирует одновремен­но и его внешний вид . Если для южных фасадов доста­точно применить неподвижные солнцезащитные устройства , то для восточных и западных фа­садов , по причине значительного изменения угла движения солнца ( от поверхностной до прямой ин­соляции при дневном солнцестоя­нии ), применение неподвижных солнцезащитных систем не ре­шает проблему затенения . В этом случае лучше применять подвиж­ные системы солнечного затене­ния , которые применяются при се­рьезном перегреве помещений , ког­да надо решить проблему ком­фортности пребывания людей . Современная конструктивная за­щита от солнца выполняет сле­дующие задачи :

□ затемнение или снижение пря­мого солнечного излучения ;

□ значительная минимизация летней тепловой нагрузки ;

□ получение естественного днев­ного освещения ;

□ сохранение визуального ком­форта ;

□ солнечное затенение при боль­шой скорости ветра ;

Табл.№1

Коэффициент снижения проникновения солнечной радиации FC от стационарно встроенных устройств защиты от инсоляции

Без устройств защиты ...............................1,00

Расположенные устройства защиты внутри или между оконных стекол

- белые или отражающие поверхности с незначительной прозрачностью ......................0,75

- светлой окраски и незначительной прозрачности .........0,80

- темной окраски и высокой прозрачности ................0,90

Расположенные снаружи

- пластины вращающиеся , приоткрытые .................0,25

- жалюзи и материалы с незначительной прозрачностью , приоткрытые ..........0,25

- жалюзи ..........................................0,40

- блочные и оконные ставни ...........................0,30

- навесы , лоджии , свободно установленные пластины ........0,50

- маркизы , вентилируемые сверху и сбоку .................0,40

□ сохранение пассивного поступ­ления солнечной радиации зи­мой ;

□ опциональная функция управле­ния поступающего света для дневного освещения помещений ;

□ опциональное фотогальваниче­ское использование солнечной энергии ;

□ образное рельефное оформле­ние фасадов .

Таким образом , конструктивная защита от солнца – это инст­румент , позволяющий достигнуть комфортных условий пребывания в помещении с одновременной экономией энергоресурсов . На рис . 3 показан принцип дейст­вия наружной горизонтальной по­движной солнцезащитной уста­новки , представляющей собой ряд подвижных пластин . Но кроме горизонтальных применяются также и вертикальные подвижные пластины . Приведенные ниже значения вели­чин относятся к пластинам , вы­полненным из зеленого стекла :

-солнечное тепло за счет отра­жения и поглощения остается снаружи , происходит конвек­тивное охлаждение пластин ;

- одновременно достигается ес­тественное дневное освеще­ние в помещении . Это особен­но важно для помещений с вы­сокими требованиями ком­фортности , таких , где есть рабочие места с дисплея­ми , поскольку применение солн­цезащитных устройств позво­ляет избежать бликов и опти­мально сочетает комфорт­ность на рабочих местах с эф­фективной экономией потреб­ления энергии .

С помощью подвижных , оборудо­ванных устройствами регули­ровки и слежения за положением солнца системами пластин , можно добиться оптимального распределения поступления тепла , света и воздуха в поме­щение . Для управления подвиж­ными системами пластин ис­пользуются различные концеп­ты слежения за солнцем : кален­дарные системы слежения CCS 2000 Solar Control или Soltronic , которые вычисляют позицию солнца в данный момент . В за­висимости от локальных внеш­них погодных условий , которые регистрируются соответству­ющими датчиками , пластины ус­танавливаются в следующую необходимую позицию :

□ в позицию затенения ( пласти­ны вращаются вместе с ходом солнца );

□ в положение управления по­ступлением света ( для освеще­ния помещений );

□ в диффузную позицию ( пласти­ны максимально открыты при сумрачном небе );

□ в положение регулировки ( воз­можность закрытия пластин в зимний период для снижения охлаждения здания );

□ в позицию охраны здания ( за­крытие пластин , создание дополнительного барьера от взлома ).

В зависимости от потребности пользователя настраиваются многосторонние профильные па­раметры системы управления по­движными пластинами . Пластины движутся автоматически , совер­шенно бесшумно и последова­тельно , с естественной инерцией и по положению солнца . Энергия систем слежения , приводящая си­стемы в движение в зависимости от положения солнца , имеет сле­дующие свойства :

□ экологически чистая , свободна от излучения ;

□ без кабельной разводки ;

□ не требует фасадного разрыва для импульсных трубок ;

□ имеет бесшумный привод ;

□ обладает естественной инерцией ( не реагирует на малое облако );

□несет гетерогенному фасадно­му облучению автоматический расчет и предлагает простой ввод в эксплуатацию .

Принцип действия системы сле­жения : цилиндры и два абсорберных элемента образуют гидрав­лическую систему . В зависимости от различного направления сол­нечных лучей происходит различ­ное нагревание абсорберов . Тем­пература и связанное с этим дифференциальное давление вы­зывает движение колбы , что по­ворачивает пластины по положе­нию солнца . Пластины изготавливаются из различных материалов . Это мо­гут быть прессованные алюмини­евые профили ( окрашенные или нет ), трафаретные стекла и да­же текстильные мембраны . Особенное применение находят системы пластин ( фотовольтаик ) с дополнительным использова­нием солнечной энергии . Здесь достигается симбиоз сол­нечной защиты и активного ис­пользования солнечной энергии . Система слежения , управляющая пластинами , одновременно реша­ет задачу оптимального попада­ния солнечных лучей на фотогаль­ванические элементы солнечных батарей , расположенных на плас­тинах , что позволяет добиться эффективного преобразования притока солнечной энергии . Показанные возможности летней теплозащиты посредством кон­структивной солнечной защиты не могут рассматриваться оди­ночно . При проектировании , ори­ентированном на достижение оп­тимальной комфортности в по­мещении и одновременной эконо­мии энергоресурсов , необходимо искать цельное решение . Из это­го следует , что использовать кондиционирование надо только тогда , когда исчерпаны все стро­ительно - технические мероприя­тия для достижения нужной вну­тренней температуры и других критериев комфортности . Иными словами , теплозащита не только зимняя , но и летняя тема ! Кроме того , конструктивная сол­нечная защита – это нечто большее , чем просто отражение солнечных лучей . Это – новый инструмент для архитекторов и проектировщиков позволяющий не только защитить здание от перегрева , но и найти индивиду­альную пластику фасадов строений . Это хорошо демонстрирует 11- этажное здание во Франкфур­те , здание - призма , при­надлежащее проектно - конструкторской компании ( арх . Аиег - Weber - Partner , Штуттгарт ). Обычно , прозрачная стеклянная конструкция ведет к перегреву здания в летний период . В данном случае , треугольная крыша внут­реннего дворика , имеющая пло­щадь около 3000 м 2 , полностью ос­теклена . Треть крыши оборудова­на подвижными пластинами . Та­ким образом , затеняющие уста­новки и светонаправляющие плас­тины , которыми оборудована стеклянная крыша , а также ог­ромные площади остекления двойного фасада формирует стеклянный футляр здания , что создает дополнительные преиму­щества для решения вопросов вентиляции и энергетического оснащения .

Учитывая специфические требо­вания , эстетичный внешний вид , хорошую аэродинамику , здесь для установки применили специаль­ные пластины , имеющие эллипти­ческую форму . Пластины имеют ширину 400 мм и толщину 60 мм . В положении рассеивания свето­вого потока пластины выглядят как тонкие черточки на стекле . Поскольку перед проектировщи­ками была поставлена задача – достичь не менее 90% степени отражения , на пластины была на­несена прочная алюминиевая фольга толщиной около 0,5 мм с высоким отражающим эффек­том . Для защиты от атмосфер­ных воздействий пластины по­крыли тонкой акриловой пленкой , что позволяет их легко очищать . Система солнечной защиты , есте­ственного освещения , кондиционирования здания управляются и регулируются интеллектуаль­ной системой контроля Colt CCS 2000 Solar Control . В каждую еди­ницу времени микропроцессор вы­числяет точную позицию солнца и устанавливает с помощью дат­чиков света , дождя и температу­ры оптимальный угол затенения и управляет поступлением света . Система автоматически приво­дится в положение затемнения или рассеивания . После обработки данных , поступающих от датчи­ков , могут запускаться различные режимы : штормового запуска , мо­розной погоды , очистки и т . д . В управление может быть включе­но большое количество дополни­тельных производственных функ­ций , таких как дневной , ночной режимы и режим выходного дня . Проект здания - призмы – это прекрасный пример совмещения экологических аспектов с рацио­нальным использованием энерго­ресурсов , показывающий как сол­нечная защита дополняет архи­тектуру сооружения . Еще одни яркий пример – обще­ственно - промышленное здание компании Грюневальд в г . Бохольте ( Германия ), за фасадом кото­рого находятся производствен­ные и административные поме­щения . Авторами проек­та являются проф . Иорг Рюдемер ( Берлин ) и инженер Иоахим Лезон ( Бухольт ). Несущие конструкции : фирма Giesers StahLbau GmbH . Его необычная форма , напоминающая трубу , и элементы солнцезащиты здания привлекают внимание , а главное – отражают направ­ленность предприятия . Компания Грюневальд занимается литьем форм , инструментальным произ­водством , а также изготовлением пенополистирольных опалубочных форм и , наряду с этим , полимер­ными конструкциями , применяе­мыми в самолетостроении . С самого начала предполагалось оснастить здание бытовыми техническими устройствами для обеспечения максимальной ком­фортности на рабочих местах с условием оптимального потреб­ления энергоресурсов . В течение нескольких месяцев была проведе­на консультативная и проектная работа , в результате которой было решено применить для дан­ного предприятия в качестве ус­тройств естественной вентиля­ции и солнечной защиты стек­лянные пластины и пластинча­тые окна , а в качестве дополни­тельного источника энергии – фасадные фотогальванические системы .

Следует заметить , что решение обдумывалось и принималось за­казчиком несколько месяцев , и , в конце концов , проект был при­нят практически без изменений . Таким образом , такие фасадные сооружения как солнечные бата­реи на торцевом фасаде и по­движные стеклянные солнцеотражающие пластины стали состав­ной частью здания . Сначала применение дугообразных изогнутых пластин было отверг­нуто в пользу стеклянных плас­тин , так как наряду со значитель­ной экономией затрат , оптически легче смоделировать изогнутую фасадную поверхность посредст­вом сегментированных частей пластин . Форме и виду пластин уделялось особенное внимание . Наряду с энергетическими подсче­тами оценивались технические возможности естественного днев­ного освещения и также визуальное оформление . Выбор пал на зеленое стекло ( VSG - соединение ) с 50%- ным тонким белым точечным покрыти­ем . Чтобы выдержать симметрию здания , северо - западные фасады были также оборудованы системой стеклянных пластин . В начале про­екта предлагался вариант непо­движного расположения пластин , который впоследствии был заме­нен автоматизированными по­движными управляемыми пластина­ми , так как расчет показал , что до­полнительные затраты можно компенсировать в рамках энерге­тической концепции проекта . Общая несущая конструкция для солнцезащитной пластинчатой системы выполнена из нержавею­щей стали , специально обрабо­танной и отполированной . Встроенный фасадный балкон дает возможность проводить рабо­ты по обслуживанию и очистке внутреннего фасада и наружной системы пластин . Система управления и регулиров­ки Colt CCS 2000 Solar Control , сле­дящая за положением солнца и уп­равляющая охранной системой здания , устанавливает пластины точно по положению солнца , при­нимая во внимание погодные усло­вия . Система самостоятельно уп­равляет большими фасадными по­верхностями и группами различно ориентированных поверхностей . Для дополнительного получения энергии , в проекте применены солнечные батареи , встроенные в юго - восточный торцевой фа­сад . Такая ориентировка опти­мально подходит для использова­ния солнечной энергии . Четыре фотогальванических генератора вместе дают мощность 13,64 кВт . Произведенная солнеч­ная энергия поступает через че­тыре преобразователя в местную электрическую сеть . Фотогальва­ническая панель встроена в стойку ригельной конструкции как обычные изолированные окон­ные стекла , причем следует обра­тить внимание на то , что кабель спрятан в боковую штангу . Наряду с элементами естествен­ного дымо - и теплоудаления , стеклянные пластинчатые окна внизу фасада и на северо - запад­ной стороне здания используются в качестве приточной вентиля­ции .

Завод в Бохольте – новая веха современной оснащенности зда­ния , что позволило обеспечить максимальную функциональность наряду с рациональным использо­ванием энергоресурсов .

ландшафтные встраиваемые светильники