Последние события, связанные с пересмотром условий поставок и цен на углеводородные энергоносители, заставили руководство страны и простых граждан подругому посмотреть на проблему энергосбережения, а архитекторов и строителей – объединить усилия в поиске и использовании энергоэффективных ограждающих конструкций. С этих позиций большой интерес представляют подходы к решению данной проблемы, продемонстрированные ведущими европейскими фирмами на крупнейшей строительной выставке BAU 2007, проходившей в г. Мюнхене (Германия) с 15 по 20 января 2007 года.
Идея создания энергоэффективной светопрозрачной оболочки здания попрежнему актуальна для современной европейской архитектуры. Работа проектировщиков направлена на придание транспарентности и изящности объектам реконструкции и нового строительства, административным зданиям, общественным и торговым центрам – их архитектурный образ должен отвечать эстетическим требованиям завтрашнего дня и восприниматься позитивно. Для возведения авангардных сооружений требуются неординарные конструктивные решения, а порой и экспериментальные исследования. Прогрессивная архитектура общественных зданий определяется прежде всего функциональностью, низким энергопотреблением, комфортом и безопасностью для пользователя. Инвесторы все чаще выдвигают требование сохранения современности принятых архитектурных и инженерных решений в течение нескольких десятков лет после завершения строительства (с учетом прогноза долгосрочной стоимости эксплуатации). Полное соответствие данным принципам требует высочайшего мастерства проектировщиков.
Стремление к минимизации эксплуатационных расходов, воплощенное в строительстве новаторских европейских объектов, заставит в ближайшие 5–7 лет и белорусских архитекторов задуматься над тем, какими средствами этот результат может быть достигнут. Менталитет архитектора меняется, тому есть подтверждения. Здания, возведенные в Москве, Киеве, Вильнюсе, Екатеринбурге, проектируются и строятся на основе описанных выше принципов. Беларусь ждет та же перспектива… Применение разработок передовых компаний с международным опытом проектирования и строительства фасадных оболочек зданий – шанс для белорусских инвесторов, подрядчиков и производителей удержаться на рынке и дать толчок развитию своего бизнеса.
Комплексная модель светопрозрачных фасадных конструкций
На выставке BAU 2007 компания Schьco (Германия) – мировой лидер в области создания ограждающих конструкций – предоставила возможность заглянуть в ближайшее будущее для того, чтобы предвидеть необходимость поиска альтернативных источников энергии и их использования для отопления и климатизации строящихся зданий. Компания представила свою новую концепцию “Энергия в квадрате” и разработала комплексную натурную модель энергоэффективной фасадной конструкции, которая не только сберегает энергию, но и производит ее. Концепция “Энергия2” базируется на применении инновационных профильных систем, современных средств автоматизации, фотогальванических элементов и солнечных коллекторов с целью обеспечения максимального энергетического потенциала объекта строительства.
Новый мультифункциональный фасад Schьco Е2 наглядно можно представить в виде двухъярусной модели высотой в этаж, которая включает нижний модуль – технический, вмещающий инженерное оборудование для отопления, охлаждения и вентиляции помещений, и верхний – полностью или частично светопрозрачный, объединяющий в себе неподвижные панели остекления, элементы открывания, системы солнцезащиты, солнечные коллекторы и фотогальванические элементы для выработки энергии с учетом оптимизации экономических и экологических аспектов эксплуатации.
Новая фасадная система – значительный шаг на пути к созданию “умных” комплексных фасадов. Она выполняет широкий ряд функций:
– защита от атмосферных воздействий;
– естественное освещение;
– звукоизоляция;
– защита от солнца (затенение);
– вентиляция (обеспечение воздухообмена);
– отопление и охлаждение;
– выработка тепловой и электрической энергии (в том числе для производства холода).
Идея симбиоза фасадных элементов с инженерными системами (вентиляции, кондиционирования и отопления) сама по себе не нова. Преимущества повышенной энергоэффективности и малых инвестиционных затрат при одновременно возрастающем комфорте в последнее время способствовали увеличению количества объектных решений с применением интегрируемых технических модулей. А предложенные Schьco варианты таких фасадов с использованием как элементного, так и модульного принципов сборки позволили еще больше расширить возможности их использования. Примерами реализации данной идеи являются проектные решения на следующих объектах: “Capricorn Haus” в Дюссельдорфе (рис. 1–3, гибридный принцип: комбинация светопрозрачного двойного фасада для освещения и обзора и непрозрачной зоны для механической и естественной вентиляции) и “Theresienhцhe” в Мюнхене (рис. 4, гибридный фасад, ломаный в плане, с характерным чередованием простенков, оснащенных скрытыми вентиляционными фрамугами, и панорамного фронтального остекления со встроенными наружными солнцезащитными жалюзи).
Инновационное объединение четырех функций в конструкции фасада 1. Интеграция компактных инженерных систем
Достоинства децентрализованных систем вентиляции помещений известны многим и неоспоримы. Увеличение потенциала для сбережения энергии при одновременном повышении комфорта возникает благодаря эффективному использованию индивидуального регулирования внутреннего климата в помещениях относительно небольшой глубины (например, до 6,00 м). В отличие от централизованных устройств вентиляции децентрализованные позволяют отключать от системы вентиляции отдельные офисы при отсутствии в них сотрудников.
В фасаде Schьco Е2 приборы вентиляции с приточными, вытяжными клапанами и системой рекуперации воздуха (теплообменником) имеют индивидуальное управление и компактно располагаются в технических модулях в зоне межэтажного перекрытия (рис. 5). Конструкция перекрытия, пола и потолка не имеет решающего значения. Минимальный габарит технического модуля, позволяющего вместить не только агрегаты приточновытяжной вентиляции, приборы отопления, охлаждения, но и короб для наружных солнцезащитных жалюзи, составляет 400 мм по высоте.
При этом происходит снижение строительной высоты типового этажа на 400–600 мм (так как коммуникации не устанавливаются за подвесным потолком), отпадает необходимость организации технических этажей – инвестор получает 10–20 % дополнительного объема при сохранении проектной высоты здания и значительном снижении затрат на строительство инженерных сетей. В сравнении с системами центральной вентиляции, требующими дополнительных энергоресурсов для транспортировки воздуха по шахтам и существенных эксплуатационных затрат по очистке воздухопроводящих каналов, компактное (и удобное для обслуживания) расположение основных инженерных систем в техническом модуле дает инвестору дополнительные аргументы в пользу выбора данной концепции.
2. Новые решения для встраиваемых элементов открывания
Творческий подход к проектированию фасадов является одним из важных аспектов при разработке новых решений, что прежде всего должно заинтересовать архитекторов: успешно реализуется идея остекления на всю высоту этажа без промежуточных ригелей, при этом габаритные элементы открывания гармонично вписываются в структуру фасада.
В системе термоизолированного фасада Schьco SFC 85, имеющего одну нитку изолирующего остекления, можно устанавливать открывающиеся наружу верхнеподвесные и параллельноотставные окна (SK и PAF), располагая их скрыто (структурально) в несущем стоечноригельном каркасе (рис. 6).
Новинкой в перечне вставляемых в фасад элементов со скрытой створкой являются горизонтально сдвижные окна (рис. 7), а также поворотные, открываемые наружу с помощью электромотора, который позволяет открывать створки весом до 250 кг. Вес неподвижных участков остекления – до 300 кг. Все электроприводы, проводка, коннекторы интегрируются в алюминиевые профили. Помимо индивидуального управления фрамугами (через выключатели и сенсорные панели) здания будут иметь центральное автоматическое управление открывающимися элементами, системами вентиляции, солнцезащиты в зависимости от погодных условий, температуры, качества внутреннего воздуха и времени суток.
3. Микропластины – новый тип наружной солнцезащиты
Для обеспечения комфортных условий необходимо, чтобы температура внутри помещения не превышала 26 оС. Кроме того, требуется защита рабочих мест от прямого попадания солнечных лучей. В европейской практике для этого используются наружные солнцезащитные жалюзи (ламели) как наиболее эффективный способ нормирования проникновения солнечной энергии и света внутрь помещений. Однако традиционные жалюзи не способны противостоять значительной ветровой нагрузке, имеют габаритные наружные короба, подвержены запылению и значительно ухудшают восприятие окружающей среды.
Для обеспечения комфортных условий необходимо, чтобы температура внутри помещения не превышала 26 С. Кроме того, требуется защита рабочих мест от прямого попадания солнечных лучей. В европейской практике для этого используются наружные солнцезащитные жалюзи (ламели) как наиболее эффективный способ нормирования проникновения солнечной энергии и света внутрь помещений. Однако традиционные жалюзи не способны противостоять значительной ветровой нагрузке, имеют габаритные наружные короба, подвержены запылению и значительно ухудшают восприятие окружающей среды.
В фасадах Е2, имеющих остекление от пола до потолка, функцию наружной солнцезащиты выполняют филигранные полнотелые микропластины. Их применение допускается при значительных ветровых нагрузках (до 30 м/с), что делает их пригодными для применения в высотных зданиях (традиционные рольшторы можно устанавливать только при ветровой нагрузке до 12 м/с).
Особая геометрия микропластин в сочетании с новым принципом их свертывания обеспечивает компактный размер бокса для их хранения, который встраивается в технический модуль в зоне межэтажного перекрытия. При помощи микропластин удается достичь полного затенения даже при падении лучей солнца под углом 26о относительно горизонта (при “низком солнце”). Благодаря форме пластин и малой частоте растра обеспечивается высокая просматриваемость изнутри и, что особенно важно, не нарушается выразительность фасада, так как новый тип солнцезащиты практически невидим снаружи.
4. Солнечные коллекторы в структуре фасада пропускают свет
Если раньше при проектировании фасада обсуждался вопрос об использовании солнечных коллекторов для выработки энергии, то их предлагалось устанавливать в непрозрачную зону фасада (парапет или простенок) для того, чтобы избежать потерь по светопропусканию. Новый фасад, напротив, имеет конструкцию “настоящего солярного фасада”, так как в нем применяются крупногабаритные интегрируемые элементы с новыми транслюцентными (просвечивающимися) коллекторами (рис. 8). Плоский коллектор состоит из перфорированного поглотителя (абсорбера), встроенного в фасад между ESGстеклом (снаружи) и стеклопакетом (изнутри). Перфорация поглотителя в сочетании со стеклами обеспечивает не только проникновение света, но и хороший обзор.
Так же, как и элементы открывания, обрамляющие профили для солнечных коллекторов интегрированы в несущую фасадную конструкцию заподлицо. Поскольку обеспечивается высокое соответствие между количеством принимаемого солнечного излучения и энергией, требующейся для охлаждения (климатизации) помещений, идея выработки энергии для охлаждения с помощью солнечных коллекторов особенно интересна при проектировании офисных зданий. Поэтому Schьco сегодня разрабатывает абсорбционный охлаждающий агрегат мощностью 15 кВт, работающий от энергии солнца.
Фотогальванический модуль Schьco ProSol (рис. 9), вырабатывающий электроэнергию, состоит из десятков раздельных минифотоэлементов, расположенных в структуре изолирующего стеклопакета или триплекса. Он также устанавливается на всю высоту этажа и обеспечивает как просматриваемость изнутри, так и светопропускание (рис. 10). Таким образом, здание с фасадами Е2 превращается в электростанцию, обеспечивая собственную потребность в электроэнергии.
Фасад Е2 станет реальностью в 2007 г.Надежное взаимодействие отдельных компонентов фасада Schьco Е2 было успешно протестировано, выполнено моделирование ожидаемых энергетических свойств и параметров потребления. Результаты исследований подтвердили существенные преимущества новых комплексных фасадов Е2 в сравнении с централизованными системами вентиляции по степени инвестиционных и эксплуатационных затрат, а также значительное улучшение теплового комфорта для пользователя.
Внедрение фасадов Schьco Е2 будет последовательным и гибким, и уже в 2007 г. с их использованием будут построены первые объекты.