Главная › Новости

Теплодомус : Теплозащита — проблема лета

Опубликовано: 14.10.2018

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.

Источник .