|
Об авторе: Юрген Бенитц-Вильденбург — руководитель отдела PR и коммуникаций Института оконных технологий, (ift) Розенхайм (Германия). Он — инженер-строитель в области деревянных сооружений, эксперт по маркетингу и уже мною лет занят в сфере деревообработки и оконного конструирования.
Всемирно известный Институт оконных технологий, ift Розенхайм (Германия), был основан в 1966 году. Как независимое учреждение, он сопровождает сферу окно- и фасадостроения по следующим направлениям: исследования, нормирование, сертификация, допуск к эксплуатации. Директивы ift Розенхайм являются техническими регуляторами, дополняющими нормы и облегчающими их практическое применение. В основе директив— знания и опыт из различных отраслей промышленности, науки, исследований, тестов и экспертиз, www.ift-roseribeim.de.
Сегодня вопросы энергосбережения актуальны как для обычных граждан, так и для застройщиков, проектировщиков и архитекторов. Энергоэффективность — лучший рецепт борьбы с изменением микроклимата помещений. Инвесторы и строительные компании, следуя предписаниям федерального правительства об энергосбережении EnEV**, возводят энергоэффективные и долговечные здания.
Окна и фасады оказывают большое влияние на энергопотребление, поэтому проектирование фасадов с компонентами мехатроники является комплексным заданием
Энергоэффективность — лучший рецепт противостояния изменению климата Здания в Германии потребляют 40% энергии, и сокращение ее расходов в этом секторе является высшим приоритетом. Окна и фасады стали интеллектуальными элементами зданий с автоматической адаптацией к воздействиям климата, требованиям бытовой техники.
Оболочка здания будущего обеспечивает комфорт обитания при минимальных энергозатратах. Большое значение придается экономичности, которую теперь оценивают в сокращении расходов. Поэтому именно в нежилом строительстве востребованы компетентные архитекторы и квалифицированные проектировщики.
Краткие тезисы:
Энергоэффективность и мехатроника как задачи будущего: Жилищный фонд должен включать энергоэффективные инновации и ориентироваться на альтернативные виды энергии.
Новаторские оконные и фасадные конструкции: Различные аспекты энергоэффективности можно оптимизировать посредством окон и фасадов.
Оптимизация остекления: Сегодня различные производители стекла поставляют теплотехнические новинки, сокращающие теплопотери. Избыток влаги в помещении возникает чаще всего из-за неправильного пользования вентиляцией.
Мехатроника создает комфорт: Возрастающим требованиям легче удовлетворить, используя электронные и электромеханические строительные элементы.
Стеклянным фасадам необходима защита от солнечного света: Подвергается критике ухудшение условий работы из-за высоких летних температур и слишком сильного ослепления солнечными лучами.
Окна и фасады как генераторы энергии: Коэффициент теплопередачи стеклопакетов непрерывно снижается благодаря использованию новых видов покрытий.
Строительные элементы противостоят природным катастрофам: Защита от паводков и бурь приобретает все большее значение.
Строить и жить, сокращая расходы: Потребление энергоресурсов в значительной степени определяется состоянием зданий.
Последний отчет Министерства строительства Германии о содержании С02 показывает, что жилищный фонд, состоящий из 17,3 млн. жилых зданий, 39 млн. квартир и 1,5 млн. нежилых сооружений служит источником около 40% эмиссии углекислого газа Речь идет о повышении энергоэффективности зданий с помощью технических новшеств и переориентации на возобновляемые виды энергии. По результатам исследований немецкого энергетического агентства (dena), потребление энергии зданиями можно уменьшить почти на 85%. Только вследствие замены энергетически устаревших окон и остекления в Германии ежегодно возможно экономить до 8,6 млрд. литров условного топлива („Исследования энергетической модернизации старых окон", промышленные союзы VFF (Союз производителей окон и фасадов) и BF (Промышленный союз торговцев и производителей стекла) 12/2007). Поэтому минимальные требования к значениям коэффициента теплопередачи U в новом Постановлении об энергосбережении, вступившем в силу в октябре 2009 г., существенно ужесточены. При санации зданий требования к значению коэффициента теплопередачи окон снижаются с 1,7 до 1,30 Вт/(м2К). С появлением новых европейских норм для окон, фасадов и остекления проектировщикам, производителям и пользователям стало проще составлять тендерные предложения, ориентированные на функциональность и не привязанные к определенным материалам (см также помощь Института оконных технологий при проведении тендеров www.ausschreibungshilfe.de). Итог: инновационная продукция пользуется спросом
| Инновационные оконные и фасадные конструкции |
Для улучшения энергоэффективности окон и фасадов необходимо оптимизировать теплоизоляцию, вентиляцию, интенсивно использовать дневной свет и тепловую защиту в летний период, а также солнечную энергию. Поэтому инновационные оконные и фасадные конструкции используют следующие технологии:
- Оптимизация геометрии профиля (количество камер, улучшенные зоны теплоизоляции и тд.) и совершенствование его конструкции (уровни расположения уплотнителей, место установки стеклопакета, окна с двойным переплетом).
- Уменьшение ширины профиля (более высокая доля стекла).
- Улучшенные узлы примыкания к строительной конструкции (перекрывание рамы стеной).
- Разработка новых материалов для изготовления стеклопакетов и систем «теплого края».
- Новые материалы и покрытия с меньшей теплопроводностью и потерями тепла за счет эмиссии.
- Вакуумно-изоляционные панели (VIP) с лучшей изоляцией (теплопроводность 0,004 Вт/(м2К)).
- Предотвращение теплопотерь при вентиляции, благодаря высокой герметичности здания при соблюдении минимального воздухообмена, в соответствии с гигиеническими нормами.
- Промежуточные пространства спаренных оконных переплетов и вентилируемых фасадов для систем солнцезащиты, отражения света, вентиляционных устройств и энергогенерирующих систем
- Сокращение применения искусственного света посредством более интенсивного использования дневного.
- Взаимодействие оболочки здания с бытовой техникой.
- Применение фототермии и фотогальваники.
Рис. 1. Значения коэффициента теплопередачи U для эталонного здания, согласно предписаниям EnEV 2009
Рис. 2 Оптимизация ПВХ окон
Дополнительные требования для отдельно стоящего жилого здания: НТ-мах= 0,40-0,65 Вт/(м2К), в зависимости от типа нежилого здания: Омах (непрозрачн.) — 0,35 Вт/(м2К), в зависимости от группы конструктивных элементов Омах (прозрачн.) = 1,90 Вт/(м2К)
Рис. 3. Оптимизация деревянных окон
Рис. 4. Оптимизация металлических окон
Теплоизоляционные новшества предлагают также производители стеклопакетов. Уже сегодня, благодаря двухкамерному стеклопакету с высококачественными инертными газами криптоном и ксеноном, теплопотери через окна сокрашаются до 0,5W/(m2K). Однако наиболее экономически обоснованными являются стеклопа-кеты, заполненные аргоном и имеющие коэффициент теплопередачи Ug = 0,7Вт/(м2К). Улучшают показатели также теплоизолирующие дистанционные рамки и более глубокое перекрытие краевой зоны стеклопакета профилем Коэффициент теплопередачи UW окна при перекрывании края стеклопакета на глубину 25 мм снижается на U = 0,05Вт/(м2К). Таким образом, достигается «побочный эффект»: повышение температуры краевой зоны стеклопакета и снижение вероятности выпадения конденсата при низких температурах. Пока в фазе развития находится вакуумное остекление. До сих пор оно достигло „всего лишь" значения коэффициента теплопередачи Ug 0,8—1,0 Вт/(м2К), однако предполагается, что через несколько лет он достигнет значения 0,5Вт/(м2К). Преимуществом вакуумных стеклопакетов являются малый вес и толщина 8—10 мм Поэтому вакуумное остекление может служить заменой простому, например, при реставрации исторических зданий. Использование вакуума в одно- и двухкамерных стекло-пакетах открывает новые перспективы.
При непрерывном снижении теплопотерь вследствие теплопередачи доля потерь тепла при вентиляции постоянно увеличивается — прежде всего, когда не происходит рекуперация тепла. Контролируемая и планируемая вентиляция приобретает все большее значение, т.к. новые строительные конструкции существенно герметичней. Однако отношение обитателей здания к использованию вентиляции, как правило, не изменяется — обычный способ проветривания после модернизации здания часто приводит к повышенному влагосодержанию в его внутренних помещениях и образованию плесневых грибов. Необходимо принципиально решить, какой вид вентиляции — централизированный или децентрализированный — больше подходит для данного строительного проекта. Исследования показывают, что концепция здания с децентрализованной вентиляционной техникой лучше воспринимается обитателем и позволяет эффективнее ее использовать. Для оценки инновационных децентрализованных оконных вентиляционных устройств ift Розенхайм разработал директиву „LU-ОІ/1 Fensterlufter" ("LU-01/1 оконные вентиляционные устройства"), где собраны практические указания для оценки и планирования.
Рис. 5. Технические данные двухкамерного стеклопакета
Рис. 6. Большой потенциал экономии посредством современной оконной вентиляции
Ключевая технология при производстве окон, дверей и фасадов — использование электронных и электромеханических узлов. Таким образом, удовлетворяются растущие требования к энергоэффективности, комфорту, безопасности, надежности и устранению барьеров между жилищем и окружающей средой. В современных офисных зданиях «интеллектуальные» окна и фасады могут сократить использование кондиционеров и искусственного освещения, одновременно улучшая самочувствие обитателей. Интеграция технического оборудования (систем солнцезащиты, вентиляции, освещения) в фасады приносит ряд преимуществ. Специальное сенсорное оборудование измеряет качество воздуха, силу света, влажность воздуха, температуру в помещении и автоматически регулирует их. Но при использовании электронных элементов и их применении в технике здания в настоящее время имеются некоторые проблемы, например недостаточная нормативная база для построения и выполнения электрических цепей. Интерфейс для связи с другими механизмами здания также недостаточно определен и усложняет проектирование и ввод в эксплуатацию. Поэтому ift Розенхайм разработал директиву EL-01/1 „Электроника в окнах, дверях и фасадах", которая содержит практические указания для правильного проектирования и исполнения.
Рис. 7. Помощь при проектировании для мехатронных элементов из директивы EL-01/1
Стеклянным фасадам необходима зашита от солнца Тенденция строительства фасадов с большой площадью остекления подвергается сомнениям — постоянно проводятся дискуссии о комфортной температуре летом, воздействии высокой температуры и чрезмерной освещенности на производительность труда и здоровье, о пропущенных из-за жары учебных днях в школах, звучит и критика со стороны Федеральной счетной палаты.
Однако при более глубоком рассмотрении этой темы оказывается, что многие проблемы вызваны неквалифицированным использованием солнцезащиты и несоблюдением Основ планирования EnEV, а именно стандартов DIN V 18599 и DIN 4108-2. Солнцезащитное остекление эффективно и относительно выгодно в экономическом отношении, легко интегрируется в конструкции, однако зачастую недостаточно ограничивает нагревание внутренних помещений летом, что вызывает необходимость дополнительного затенения. До сих пор слабым местом внешнего затенения была чувствительность к сильному ветру. Однако современные конструкции выдерживают силу ветра до 11 балов по шкале Бофорта. Спаренные оконные переплеты и вентилируемые фасады делают возможной интеграцию затенения и вентиляции в защищенное от погодных условий пространство, но при этом обуславливают дополнительные расходы. Альтернативой являются солнцезащитные устройства в межстекольном пространстве, которые могут интегрироваться в привычные оконные и фасадные конструкции. Однако наряду с затенением необходимо также обеспечивать достаточное освещение дневным светом и защиту от чрезмерной освещенности. С этой задачей идеально справляются селективные солнцезащитные элементы, в основу работы которых положены такие физические законы, как преломление света (призмы) или отражение света (зеркальный рефлектор).
Рис. 8. Защита от солнца в межстекольном пространстве
Рис. 9. Добыча энергии посредством окон
| Окна и фасады как генераторы энергии |
Количество поступающей солнечной энергии в 3000 раз выше всемирной потребности в энергии. Есть основания использовать ее посредством окон, фасадов и остекления. Чтобы оценить энергетическую производительность остекления (коэффициент использования солнечной энергии), необходимо наряду с коэффициентом теплопередачи U рассматривать также коэффициент пропускания общей энергии g. Поэтому, благодаря новым покрытиям, значение стеклопакетов g непрерывно улучшается и сегодня достигает в двухкамерных стеклопакетах 0,6 при коэффициенте теплопередачи U = 0,7 Вт/(м2К). „Энергодобывающие», или «энергоумножающие» дома используют солнечную инсоляцию посредством управляемого затенения или термического аккумуляттора, являясь логичным продолжением развития «пассивного» дома Энергия излучения солнца может использоваться в ограждающих конструкциях здания наряду с фототермией и фотогальваникой.
Рис. 10. Логичная конструктивная интеграция фотогальванических элементов во внешнюю обшивку здания
До сих пор такие конструктивные элементы применяются еще как дополнительные". Логичнее конструировать их с двойными функциями, например использовать фотогальванические элементы в качестве крыши или фасада Революционные изменения ожидаются с широким введением на рынок тонкопленочных фотогальванических элементов, которые будут лишь незначительно дороже обычной облицовки фасадов и смогут вырабатывать достаточное количество энергии даже при рассеянном свете на „теневой стороне" здания.
| Строительные элементы противостоят природным катастрофам |
Наряду с мерами по энергосбережению и уменьшению выбросов СО2 предпринимаются меры для защиты от наводнений и бурь. До 2050 года летняя температура в Германии должна повыситься на 2—5 °С, вследствие чего участятся суховеи, грозы, бури и штормовые приливы. Поэтому жильцы и владельцы зданий ищут соответствующие меры предосторожности. Даже страховые компании реагируют на эту тенденцию более высокими премиями для подверженных опасности областей. Стойкие к наводнению окна и двери, прошедшие испытания, согласно директиве „FE-07/І Водоупорные окна и двери", защищают здания от паводков, за что страховые компании снижают страховые взносы.
| Итог — строить и жить, сокращая расходы |
Интенсивная дискуссия о сокращении расходов привлекает внимание к потреблению зданиями энергии и других ресурсов. Инновационные технологии часто используются в нежилом и промышленном строительстве. Поэтому в исследовательском проекте "Энергетически оптимизированное строительство — ЕпОВ" (2008 г.) было проанализировано практическое применение новаторских концепций строительства фасадов и зданий нежилого сектора и установлены следующие интересные результаты:
- Разница между заданным и фактическим потреблением энергии иногда очень высока.
- Потребление электроэнергии достигает 70% общего потребления энергии. Эффективные системы освещения могут успешно применяться с целью сокращения расхода электроэнергии.
- Доля энергии на кондиционирование составляет менее 10% первичного потребления энергии.
- Вентиляционные устройства эффективно спроектированы, но неэффективно эксплуатируются.
Это значит, что целостный анализ и постоянная оптимизация технологии строительства фасадов и зданий, а также сокращение использования искусственного света приносят наибольший эффект. Инновационные окна и фасады могут внести сюда свою лепту.
ЮргенБенитц, дипломированный инженер, руководшпель (Институт оконных, технологий, Розенхайм (Германия)
*) Мехатроника — синергетическая интеграция механики, электроники и ком-пьютерных технологий.
**) EnEV – Нем. die Energieeinsparverordnung (предписания по экономии энергии) – раздел немецкого строительного законодательства,
устанавливающий строительно-технические требования в части энергопотребления для зданий и строительных проектов. Распространяется
на жилые здания, офисные и часть производственных помещений.
|
