CC BY
12
УДК 69.05
ёса: 10.55287/22275398_2022_1_47
ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ФАСАДОВ С УЧЕТОМ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЯ
Харун Махмуд* Тунджай Чорлак**
* Московский государственный строительный университет, г. Москва ** Российский университет дружбы народов, г. Москва
Аннотация
В статье рассмотрены особенности монтажа вентилируемых фасадов с учетом повышения энергоэффективности здания. Автор приходит к выводу, что существует множество доступных инструментов моделирования, которые можно использовать для выбора и оптимизации наиболее подходящего сочетания адаптивных функций навесных фасадных систем и управления ими. Адаптивные функции должны иметь эффективный алгоритм управления, управляемый как внешними, так и внутренними параметрами управления, связанными с другими системами в здании, при данном условии цели энергоэффективности будут достигнуты.
Ключевые слова
вентилируемые фасады, особенности монтажа, энергоэффективность здания
Дата поступления в редакцию
22.02.22
Дата принятия к печати
27.02.22
03
г
м О
-I
м
Э СО
Основной целью проектирования и эксплуатации зданий является поддержание комфорта жильцов без значительного энергопотребления. В частности, в зданиях с более узкой планиров-
ю
о
га
кой теплофизические свойства и поведение их фасадов часто являются важным фактором, опре- го
©
X
* 3 < 2
деляющим внутренние условия. Фасады зданий разрабатывались и разрабатываются таким образом, чтобы их тепло- и массообменные характеристики адаптировались к изменениям погодных условий, количества жильцов, требований и предпочтений жильцов [1]. Как стеновые, так ^ ® и оконные элементы фасада могут быть спроектированы таким образом, чтобы использовать сол- О 5
нечную энергию для выработки фотоэлектрической электроэнергии, отопления, принудительной 5
^ I™
вентиляции и дневного освещения, обеспечивать различные уровни теплоизоляции и сохранять ^ щ
* и
энергию. Поскольку адаптивному фасаду может потребоваться предоставление каждого атрибу- ^
I *
та в разной степени в определенное время. В этой связи распространение получают так называе- ц
мые адаптивные фасады зданий [4]. ^ X
чД о
Сочетая пассивные и активные функции, адаптивный фасад здания может передавать, улав- ^ 2
ливать, преобразовывать, распределять и хранить солнечную энергию для выработки электроэ- >< н
нергии, дневного освещения, отопления помещений, нагрева воды и вентиляции [2]. Пассивные 2 х
1° < о
X О
фасадные системы основаны на воздушных потоках, создаваемых плавучестью, при непосредственном накоплении явного тепла в стеновых и напольных материалах, непрерывной изоляции по всей оболочке здания, окнах и дверях с низкими потерями тепла и фиксированными устройствами затенения для уменьшения перегрева и бликов. Поскольку пассивные фасады в значительной степени реагируют на суточные изменения погодных условий, они, таким образом, обычно не реагируют ни на быстро меняющиеся погодные условия, ни на изменения занятости зданий. Достижения в области технологий материалов и систем управления позволяют элементам пассивного фасада стать неотъемлемыми элементами адаптивных фасадных систем. Активные адаптивные фасады включают в себя встроенные комбинации;
• вентиляторы и жалюзи для управления вентиляционными и нагретыми солнечными батареями воздушными потоками;
• рекуперация тепла из воздуха через теплообменники;
• контролируемое пропускание дневного света и солнечного тепла;
• создание интегрированных фотоэлектрических систем для производства электроэнергии;
• тепловое преобразование солнечной энергии;
• аккумуляторная батарея для хранения электроэнергии [5].
Адаптивные фасадные технологии классифицированы в таблице 1.
Таблица 1
Адаптивные фасадные технологии
Технология Описание
Технологии управления передачей дневного света
Термохромное остекление Изменяет коэффициент пропускания при определенной температуре
Электрохромное остекление Изменяет коэффициент пропускания при определенном приложенном напряжении
Фотогальваническое окно с регулируемой трансмиссией Использование жидкокристаллической панели с фотоэлектрическими панелями для выработки электроэнергии и управления светом, проходящим в здание
Инновационные жалюзи Реконфигурируемый переход, отдельно контролирующий дневной свет и приток тепла
Окно цветной жидкости Окрашенная жидкость, перекачиваемая между оконными стеклами, изменяет коэффициент пропускания для отражения или пропускания солнечного излучения по мере необходимости
Светоотражающие внешние панели Подвижные светоотражающие панели на фасаде здания
Покрытия, фильтрующие дневной свет Изменение пропускания дневного света путем фильтрации ближнего инфракрасного диапазона или рассеивания его, или блокировки УФ
Технологии производства электроэнергии
Комбинированное фотогальваническое термоэлектрическое окно (PV-TE) Модульная фотоэлектрическая термоэлектрическая система
Встроенная в окно фотогальваническая установка Фотоэлектрические элементы, установленные на фасаде, вырабатывают электроэнергию и модулируют солнечную энергию
Жалюзи на фотоэлектрических батареях Модуль состоит из жалюзи в средней части и ПВ в верхней и нижней частях
Фотоэлектрический тепловой солнечный коллектор Сочетает в себе фотоэлектрический поглотитель с отводом тепла потоком воздуха или воды
Технологии контроля теплопотерь через окна, стены и крышу
Переключаемый непрозрачный утеплитель стен Стены меняются между изоляционными и теплопроводными состояниями
Переключаемая полупрозрачная теплоизоляция стен Полупрозрачная изоляционная панель внутри застекленной закрытой полости. Изменяет теплоизоляцию, разрешая или подавляя конвекцию
Термодиод Двунаправленный термодиод позволяет передавать тепло с одного направления на другое. в зависимости от потребности
Прохладные крыши Покрытия с высоким коэффициентом отражения или с высоким коэффициентом излучения, размещаемые на плоских крышах
Зеленые крыши Зеленые крыши или живые крыши — это крыши, полностью или частично покрытые растительностью
Пруд на крыше Пруды на крыше сохраняют и отдают тепло
Аккумулирование явного тепла в воде в стенах Резервуары для воды крепятся к стенам.
Включенный в стену материал с фазовым переходом Материал с фазовым переходом, интегрированный в ткань стены
Материал с фазовым переходом окна Материал фазового перехода в многопанельном окне
Технологии, которые нагревают воздух
Вентилируемое двойное окно Двустворчатое окно с воздушным проходом между ними
Солнечный коллектор воздушного отопления Солнечные воздухонагреватели с застекленной абсорбирующей пластиной, монтируемые в стены или крышу
Усовершенствованная стена Тромба-Мишеля Встроенный накопитель явного тепла в кирпичной кладке с вентиляцией или охлаждением
Чтобы адаптивная фасадная система могла обеспечить комфорт, система управления вмешивается в потоки энергии между зданием, его обитателями и внешней средой [3].
03
г
м О
-I
м
Э СО
и
о
га и
га ■&
х
* 3 < 2
? ! 1 И
2- и
га
И
г I
I г < °
< о X О
Методы адаптивного управления фасадом могут быть следующими:
• внешнее управление или управление с обратной связью использует обратную связь для непрерывной и активной настройки системы. Внешнее управление может реагировать на различные условия, даже если эти условия не ожидались на этапе проектирования и ком-муницировать с различными системами в здании и в других зданиях;
• внутренний, прямой или разомкнутый контур управления принимает решения непосредственно из условий окружающей среды без внешних входных данных для принятия решений, поэтому может действовать немедленно с меньшей движущей силой и требует меньше компонентов поскольку нет необходимости в аппаратном обеспечении управления.
Вычислительные инструменты могут исследовать эффективность стратегий управления в различных пространственных масштабах и временных разрешениях. Для этого наиболее подходящие инструменты моделирования характеристик здания должны быть в состоянии:
• моделировать открытый набор адаптивных фасадных технологий;
• интегрироваться с другими инструментами;
• учитывать влияние помещения;
• включать полный спектр возможные стратегии управления [4].
Есть два типа классических методов контроля; методы на основе правил и пропорциональная интегральная производная (PID). Оба они просты в реализации, но могут быть неэффективными с точки зрения энергии по сравнению с другими методами управления, поскольку они не включают непрерывную адаптацию.
Методы, основанные на правилах, используют верхние и нижние заданные значения для управления процессами в заданных границах. Методы, основанные на правилах, используются в основном для контроля температуры. Использование методов, основанных на правилах, может привести к энергонеэффективной работе адаптивного фасада, потому что они:
• не обучаются, поэтому сложная система требует сложных правил;
• не обрабатывают неполные данные;
• не решают задачи управления, которые не учитывались на первом этапе проектирования;
• могут не справиться с переменными с бесконечным числом возможностей.
Пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы используют «ошибки» обратной связи от датчиков на адаптивном фасаде. ПИД состоит из трех регуляторов:
• пропорциональный регулятор, который создает выходной сигнал, пропорциональный ошибке, путем сравнения сигнала обратной связи с заданным значением;
• интегральный регулятор, который устраняет ошибку, интегрируя ошибку во времени до значения ошибки достигает нуля;
• контроллер производной, который увеличивает реакцию системы и минимизирует перерегулирование за счет замедления поправочного коэффициента. ПИД-регулятор должен быть настроен перед его использованием в здании [5].
Управление без моделей использует прогноз погоды на основе исторических данных о погоде, чтобы изменить настройки исполнительных механизмов на адаптивном фасаде. Безмодельное управление не использует ни данные имитационной модели здания, ни данные предыдущих измерений здания. Безмодельное управление можно использовать для управле-
ния ценообразованием в сети путем постоянного обновления модели с использованием знаний о взаимосвязях между входом и выходом. Если для контроля температуры используется немодальное управление, рекомендуется предварительно определить установки температуры для зоны.
Ассортимент и разнообразие адаптивных фасадных технологий растет. Тем не менее, многие адаптивные фасадные технологии по-прежнему предназначены и используются в отдельных проектах. Широкой коммерциализации технологий адаптивного фасада ни для новых, ни для существующих зданий не произошло. Поскольку большая часть фонда зданий не является энергоэффективной и должна быть отремонтирована после «волны реконструкции» зданий, разработка адаптивных фасадов для модернизации зданий приведет к более быстрому и значительному сокращению энергопотребления и выбросов парниковых газов, чем просто сосредоточиться на новостройках.
Было проведено ограниченное количество исследований адаптивных технологий фасадов промышленных зданий и их контроля, вероятно, потому, что промышленные здания обычно отделяют использование фасада от производственного процесса, а не используют фасад для процесса, или потому, что комфорт жильцов вторичен по отношению к дизайну такого здания [4].
Особенно многообещающими являются адаптивные фасадные технологии:
• динамическое затенение;
• хромогенное остекление;
• солнечные активные фасады;
• активные вентиляционные фасады [4].
Будущие жилые адаптивные фасады должны:
• легко интегрироваться в широкий спектр существующих типов зданий;
• быть созданными с учетом ориентированного на человека дизайна;
• использовать умные или интеллектуальные и масштабируемые методы управления, которые целостно интегрируют характеристики фасадных технологий или систем с общими характеристиками здания;
• применяться в типах зданий, в которых они до настоящего времени использовались недостаточно, например, в промышленных зданиях [4].
Существует множество доступных инструментов моделирования, которые можно использовать для выбора и оптимизации наиболее подходящего сочетания адаптивных функций навесных фасадных систем и управления ими. Адаптивные функции должны иметь эффективный алгоритм управления, управляемый как внешними, так и внутренними параметрами управления, связанными с другими системами в здании, при данном условии цели энергоэффективности будут достигнуты.
Выводы
Таким образом, на сегодняшний день существует широкий выбор фасадных технологий, которые могут быть подобраны в соответствии с климатическими, строительными и другими требованиями. Соответственно, применяя ту или иную технологию, специалистам необходимо оценить ее эффективность в процессе будущей эксплуатации, а также учесть оптимальные затраты на ее монтаж и обслуживание.
03
г
м О
-I
м
Э СО
и
о
га и
га ■&
х
* 3 < 2
? !
1 Е
£ ш 2- и
И
г I
I г < °
< о X О
Библиографический список
1. Пилипенко Е. А., Чередниченко Т. Ф. Устройство фасадных систем. Инновационные технологии и материалы // ИВД. 2021. №2 (74).
2. Рукобратский Н. И., Федоров О. П., Шитухина Н. Ю. Концепция Eq энергогенерирующей фасадной системы // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2017. №10.
3. J. Boke, U. Knaack, M. Hemmerling. State-of-the-art of intelligent building envelopes in the context of intelligent technical systems Intell. Build. Int., 11 (2019), pp. 27 - 45
4. S. He, C. Chen, T. Li, J. Song, X. Zhao, Y. Kuang, Y. Liu, Y. Pei, E. Hitz, W. Kong, W. Gan, B. Yang, R. Yang, L. Hu. An Energy-Efficient, Wood-Derived Structural Material Enabled by Pore Structure Engineering towards Building Efficiency, Small Methods., 4 (2020), p. 1900747
5. R.C.G.M. Loonen, M. Trcka, D. Costola, J. L. M. Hensen. Climate adap tive building shells: State-of-the-art and future challenges Renew. Sustain. Energy Rev., 25 (2013), pp. 483 - 493
FEATURES OF INSTALLATION OF VENTILATED FACADES TAKING
INTO ACCOUNT THE INCREASE IN ENERGY EFFICIENCY OF THE BUILDING
Kharun Makhmud* Tunjay Chorlak**
* Peoples' Friendship University of Russia, Moscow ** Moscow State University of Civil Engineering, Moscow
Abstract
The article discusses the features of the installation of ventilated facades, taking into account the increase in energy efficiency of the building. The author comes to the conclusion that there are many modeling tools available that can be used to select and optimize the most appropriate combination of adaptive functions of hinged facade systems and their management. Adaptive functions must have an effective control algorithm controlled by both external and internal control parameters associated with other systems in the building, under this condition, energy efficiency goals will be achieved.
The Keywords
ventilated facades, installation features, energy efficiency of the building
Date of receipt in edition
22.02.22
Date of acceptance for printing
27.02.22
Ссылка для цитирования:
Харун Махмуд, Тунджай Чорлак. Особенности монтажа вентилируемых фасадов с учетом повышения энергоэффективности здания. — Системные технологии. — 2022. — № 42. — С. 47 - 53.
г
ни О
-I ни
Э
со
ю
о
ГО и
ГО ■&
X
2 >
а ^
н х
ю
(С *
ГО
н
^ Р
^ 1 £ *
< и X О
<
с; а О
У <
с!
X
>
н
