Вівторок, 11.08.2020, 16:40
Головна » 2013 » Вересень » 12 » Будівельні технології ХХІ століття

Будівельні технології ХХІ століття

Раді бачити вас на нашому сайті присвяченому ремонту та будівництву!

З давніх часів людина будує собі житло для захисту від негоди, намагаючись створити для себе максимальний комфорт і затишок. Вибір матеріалів для конструкцій стін, вікон, дахів і інших елементів багато в чому визначається кліматом тій місцевості, де будується будинок.

Протягом всієї історії будівництва - аж до останнього десятиліття - найбільш вразливою частиною будівель з точки зору теплоізоляції були вікна, або, говорячи технічною мовою, світлопрозорі огороджувальні конструкції. Їх особливістю є те, що вони виконують дві протилежні функції: з одного боку, вони повинні пропускати в приміщення як можна більше світла, а з іншого боку, вони повинні захищати від холоду, вітру, дощу...

Подорожчання енергоносіїв і, як наслідок цього, прагнення до їх економії стало спонукальним мотивом численних досліджень у сфері будівельних технологій. Зусилля кращих наукових центрів Європи і Америки були направлені в останні десятиліття на вирішення цієї проблеми, наукові розробки було інвестовано величезну кількість коштів. Причому основний акцент досліджень був зроблений саме на світлопрозорих конструкціях, як на найбільш теплотехнически слабких елементах будівель. І якщо говорити про прогрес в області будівельних технологій, найбільш вражаючі відкриття зроблені саме в цьому напрямку.

На сьогоднішній день розвиток технологій досяг такого рівня, що через вікна і скляні фасади можна отримувати більше енергії і тепла від сонця, ніж втрачати.

Якими ж будуть технології ХХІ століття? Про деяких з них розповідь в нашій статті.

Тепловідбивні скла

Конструкція склопакета в його первісному вигляді - два простих віконних скла з осушеним повітрям між ними - в даний час не відповідає європейським нормативам по теплоізоляції і є вчорашнім днем. У Росії В ряді регіонів теж вже прийняті більш жорсткі нормативи, практично відповідають європейським, загальноросійські знаходяться в стадії погодження та затвердження Гостроем.

У сучасному європейському будівництві застосовуються для склопакетів скла з тепловідбивним покриттям.

Фізичні основи процесу заощадження тепла в ефективних склопакетах такі.

Тепловий потік через склопакети складається з трьох частин:

  1. променистий теплообмін між склом (інфрачервоне випромінювання)
  2. теплопровідність газу між склом (теплопередача)
  3. конвекція газу між склом (рух і перемішування газу)

На променисту складову теплового потоку припадає 2/3 стерпного тепла, і лише 1/3 - на два інших фактори! Цією особливістю і скористалися вчені. За допомогою нанесення на скло тонких металевих покриттів вони навчилися направляти променисту складову теплового потоку назад, всередину приміщення.

Металеве напилення має властивості світлового фільтру, тому його називають «селективним», тобто «виборчим»: воно пропускає короткохвильове випромінювання, особливо добре у видимій області, в той час як для довгих хвиль - інфрачервоного спектру - воно працює як теплове дзеркало, відбиваючи більшу частину випромінювання. На практиці це означає, що залишаючись прозорим для людини і добре пропускаючи сонячне світло в приміщення, тепловідбивне покриття направляє назад в приміщення випромінену теплову енергію.

Поверхню скла з селективним покриттям повинна бути в склопакеті третьої за рахунком з боку вулиці - тільки при такому розташуванні воно має реальний сенс. Тепловідбивне покриття має малу міцність на стирання, але скло, встановлене покриттям всередину пакета, не треба піддавати очищенню, так як завдяки герметичності склопакета скло не забруднюється з боку міжскляного простору.

Втрата прозорості (світлопропускання) склопакета з тепловідбивним склом у порівнянні зі звичайним становлять лише 5-7%, в той час як при використанні двокамерних склопакетів (з трьома стеклами) їх прозорість зменшується на 21,5 %!

Однак лише селективне покриття теплотехнічні якості склопакета покращує незначно, так як зростає різниця температур між внутрішнім і зовнішнім склом, що збільшує конвекцію повітря усередині склопакета, і, відповідно, втрати тепла. Але якщо склопакет з тепловідбивним склом наповнений інертним газом, наприклад, аргоном, то такий склопакет тримає тепло вже краще, ніж стіни в наших типових панельних будинках!

Тепловідбивні скла одержують внаслідок нанесення на поверхню скла тонких плівок з металів та оксидів металів розпиленням, хімічним осадженням, електрохімічною обробкою або термічним розкладанням. В Європі, де скла з селективним напиленням стали стандартом, у промисловості випускаються скла з тепловідбивним покриттям із золота, срібла, нікелю, міді, алюмінію, хрому, титану та їх оксидів. Найкращими тепловідбивним властивостями володіють скла з покриттям із золота, але із-за їх високої вартості вони не отримали широкого застосування. Дуже ефективно використання тепловідбівних стекол з окисно-металевими покриттями.

У Росії виробництво таких стекол розпочато в Москві і С. Петербурзі.

Прозора теплоізоляція

У всякому іншому будинку це було б навпаки. Але у Вільгельма Шталя р. в Фрайбурзі зовнішні стіни будинку теплі, а внутрішні - прохолодні. Учений - фізик живе в будинку, який опалюється тільки сонцем, світлом і повітрям. Це відбувається без краплі нафти, газу або електричного струму. Однією з чарівних формул цього будинку є TWD (transperente Waermedaemmung), або прозора теплоізоляція (ПТІ).

Принцип ПТІ вчені «підгледіли» у білого ведмедя. Білі волокна його шерсті надійно захищають його від холоду, проте пропускають багато світла до його шкіри, яка чорного кольору, та яка таким чином, нагріваючись, віддає тепло тіла.

Поняття ПТІ включає в себе обширну групу світлопрозорих матеріалів, наприклад, акрилову піну, капілярний скло, стільниковий полікарбонат. Крім прозорості, загальними властивостями цих матеріалів є: пориста або трубчаста структура - вони приблизно на 95% складаються з повітря, завдяки чому вони володіють чудовою теплоізоляцією; дуже дрібний розмір пір, із-за чого у них практично відсутня конвекція повітря; і ці непрозорі матеріали для теплового випромінювання. Шар такого матеріалу товщиною 20 мм в 3 рази краще зберігає тепло, ніж товста цегляна стіна товщиною 510 мм традиційного російського дому!

Найкращими властивості мають матеріали, звані аерогелю, зокрема, силікагель - матеріал на основі кремнієвої кислоти. Цей матеріал був винайдений німецьким вченим Кистлером в 1931 році, однак практичне застосування він отримав лише в останні роки. Розмір мікропор в силікагелі набагато менше довжини хвилі видимого світла, і внаслідок малого розсіювання зразки товщиною 12 мм на 10% прозоріше, ніж двошарове скло! На просвіт силікагель має ледь жовтуватий відтінок.

Виходячи з технології виробництва і заради уникнення забруднень ПТІ укладають між двома стеклами в рамах з різних матеріалів, тобто, по суті справи , в склопакет.

Використовується в будівництві ПТІ двояким чином. м

Перший варіант, який вчені вважають найбільш перспективним, це принцип «білого ведмедя». Прозора теплоізоляція розміщується перед масивною стіною з бетону або іншого важкого матеріалу, зовнішня сторона якої забарвлюється в чорний колір і яка відіграє роль накопичувача теплової енергії. Сонячне випромінювання проникає крізь ПТІ і на чорній поверхні стіни перетворюється в теплову енергію. Стіна, в свою чергу, поступово віддає тепло всередину будівлі.

Таким чином, стіни будинку більше беруть тепла від сонця, ніж віддають його назовні! «Ми опалюємо будинок стінами...» - так говорить про своєму будинку Вільгельм Шталь.

А як відрегулювати таку систему опалення, коли на вулиці світить нещадний сонце і позначка термометра повзе до 30С? Дуже просто: між зовнішнім склом і ПТІ розміщується затеняющее пристрій, яке регулюється автоматичними датчиками, і яке опускається при високій вуличній температурі, забезпечуючи оптимальний потік енергії і максимальний комфорт в приміщенні. Як вже показала практика, температура внутрішньої поверхні стіни з прозорою теплоізоляцією в середньому за зимовий сезон на 2°С вище, ніж стіни з непрозорим утепленням, що забезпечує оптимальні умови теплового комфорту для мешканців.

Ще одним з експериментальних об'єктів, на яких була перевірена ПТІ була Паул-Робертсон-школа в Лейпцигу. Проведені вимірювання показали, що після реконструкції школи з її утепленням прозорою теплоізоляцією витрати на опалення знизилися від 225 квтгод/м2 до 58 квтгод/м2, що означає зменшення втрат енергії на 70%.

Другий варіант використання ПТІ - зовнішні стіни, що поєднують в собі звичайні вікна і ПТІ, що значно збільшує їх світлопропускання. Багатьох наших туристів на Заході вводять в оману кристали будівель, коли всі зовнішні стіни здаються складаються з скла. Насправді, як правило, це - навісні скляні фасади, за якими ховаються масивні стіни з вікнами звичайного розміру. І лише ПТІ дає реальну можливість без шкоди для збереження тепла і теплового комфорту людей робити стіни практично повністю прозорими, відкриваючи архітекторам нові, невідомі раніше можливості.

Матеріали зі змінною прозорістю

Для захисту приміщень від яскравого сонячного світла і від перегріву можна використовувати матеріали з мінливих світлопрозорі. Такі матеріали змінюють свої властивості під дією світла (фотохромні), тепла (термохромний) або електричного поля (електрохромні).

Одним з новітніх матеріалів цього роду є гель TALD, розроблений в інституті будівельної фізики в Штутгарті. TALD є термохромным матеріалом і заснований на органічних метериалах.

Тонкий шар (0,3 мм) TALD розміщується між двома стеклами. Залежно від температури нагрівання скла під впливом сонячних променів матеріал переходить з прозорого стану в непрозоре: чим вище температура, тим більше у матеріалі вибудовується молекулярних ланцюжків, розмір яких більше довжини світлової хвилі і які не пропускають світло. При зменшенні температури матеріал повертається знову в прозоре стан.

У прозорому стані TALD пропускає 80% сонячної радіації, в непрозорому ця величина знижується до 10-40%.

При використанні таких матеріалів відпадає необхідність використання в будівлях темних пристроїв. Велику перевагу мають матеріали із змінною прозорістю порівняно з тонованими сонцезахисними стеклами, які значно зменшують світлопропускання і не володіють здатністю до саморегуляції.

Светоуправляющие оптичні елементи

Вікна нерівномірно розподіляють світло в приміщеннях. Чим далі від вікна знаходиться робоче місце, тим менше світла він одержує. При похмурій погоді у глибині кімнат недостатньо світла, а при сонці виникає сліпуча гра світла і тіні.

Рішенням цієї проблеми зайнялися вчені з Інституту Світла і Будівельної техніки (ILB) в Кельні.

Вони розробили систему, яка здатна успішно вирішити проблему. Нерівномірність освітлення в значній мірі може бути усунена за допомогою светоуправляющих оптичних елементів.

Вони являють собою певним чином зігнуті тонкі смужки з акрилового або гідрокарбонатного скла, які розташовуються усередині склопакетів в верхній частині вікна. Ці елементи перенаправляють розсіяний і сонячний колір з зеніту у глибину приміщення і на стелю. В підвісній стелі монтуються відбивні елементи, які мають спеціальну розсіювальна структуру з мікро-пірамідок. Засліплення сонячним світлом при цій системі ніколи не настає, так як віддзеркалення променів відводить їх від рівня очей і розсіює завдяки відображає пристроїв на стелі.

Верхня светоуправляющая частина вікна ніколи не затінюється сонцезахисними пристроями, в той час як нижні частини вікон обладнується затіненням, яким, при необхідності, можна скористатися.

Вже здійснені на практиці будинку з светоуправляющими голлограммами в Кельні показали повну правильність теоретичних викладок дослідників. Якість і тривалість природного освітлення стали значно краще, приміщення глибиною більше 7 м не вимагали штучного освітлення. Відчуття комфорту і працездатність співробітників офісу відчутно покращилися. Заміряний в умовах Німеччини витрата електроенергії на освітлення зменшився порівняно із звичайними вікнами на 80% !

В даний час учені ведуть розробку інтегрованих систем природного та штучного освітлення, коли светоуправляющие голлограммы будуть автоматично доповнюватися штучним світлом при зменшенні природної освітленості в приміщеннях.

Все частіше і частіше в Європі, коли мова йде про сучасних будівельних технологіях, використовується новий термін: интеллегентные будівельні системи. Під цими словами вчені та інженери розуміють енергоефективні, саморегулюючі, автоматичні системи.

Сьогодні в Європі немає сумнівів у тому, що майбутнє в будівництві належить саме интеллегентным систем.

Хотілося б тільки, щоб це майбутнє як можна швидше прийшло і до нас, в Росії.





Категорія: Будинки та садиби | Переглядів: 1060 | Додав: Admin | Теги: дом | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Календар
«  Вересень 2013  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30
Пошук по сайту
Наше опитування
Що для Вас найбільш важливо при проведенні ремонту ?
Всего ответов: 224
Статистика
Людей на сайті онлайн: 1
Шукають інформацію 1
Реєстрованих 0