CC BY
79
ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
© Комарова Н.Д.*
Северо-Кавказский филиал Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, г. Минеральные Воды
Современное строительство это симбиоз использования современных многофункциональных строительных материалов и инновационных технологий. Все чаще к современному строительство применяют термин «умного» строительства. В статье представлены и обоснованы некоторые нанотехнологии в энергоэффективном строительстве.
Ключевые слова: нанотехнологии, энергоэффективное строительство, инновации, рекуперация, долговечные материалы.
Современное строительство базируется на принципах внедрения имеющихся прогрессивных методов строительства, а также апробацию новейших разработок технологии строительства и применения современных многофункциональных строительных композиционных материалов. В процессе строительства объектов чаще всего применяют индивидуальные монолитные железобетонные конструкции, а также долговечные энергоэффективные материалы, обеспечивающие большую экономичность эксплуатации зданий за счет увеличения интервалов проведения текущих и капитальных ремонтов. В строительстве практикуется использование порядка трех десятков инновационных материалов и технологических решений [1].
Перечислим некоторые из них:
1. Система внешнего армирования предназначена для ремонта и усиления строительных конструкций путем устранения последствий разрушения бетона и коррозии методом газотермического напыления.
2. Энергоэффективные системы светодиодного освещения.
3. Литий-ионные аккумуляторы, накапливающие электроэнергию от альтернативных источников, служащие для бесперебойного снабжения зданий и обеспечения их энергобезопасности.
4. Системы очистки воздуха и воды. Воздушные фильтры не только очищают воздух внутри здания, но и обеззараживают его ультрафиолетом, а отдельные системы фильтрации воды доводят ее качество до питьевого, обогащая при этом минералами
В своей статье я хочу остановиться на некоторых инновационных технологиях, способных превратить строящийся объект в «умный дом» [2].
* Доцент кафедры Проектирования зданий, городского строительства и хозяйства, кандидат технических наук.
Светодиодное освещение
Светодиод - это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы.
Светодиодное освещение - одна из перспективных технологий искусственного освещения. Ее развитие непосредственно связано с достижениями в технологии белых светодиодов. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды, специально предназначенные для искусственного освещения.
Светодиодные световые приборы белого света находят применение в системах световых карнизов отраженного света, рабочего освещения и в потолочных светильниках, устанавливаемых в магазинах, музеях, офисах, школах, лабораториях, больницах и частных квартирах. По своей функциональности, эксплуатационным характеристикам и экономичности правильно сконструированные светодиодные световые приборы превосходят традиционные.
Основные преимущества:
- Создают яркое прямое освещение объектов, рабочих поверхностей и целевых зон как внутри помещений, так и на открытом воздухе.
- Пригодны для использования практически в любых системах о свещения.
- Обеспечивают получение полного спектра основных цветов, а также белого света с полным набором оттенков - от теплого до холодного.
- Воспроизводят полноспектральный настраиваемый белый свет для создания динамических световых эффектов с изменением цветов и для изготовления крупномасштабных светодиодных экранов, которые не могут быть реализованы с помощью традиционной светотехники.
- Обеспечивают высокий уровень энергоэффективности по сравнению с традиционными системами освещения.
- Долговечны - надежно излучают свет в течение многих тысяч часов, когда люминесцентные лампы и лампы накаливания уже отказывают.
- Легко устанавливаются и эксплуатируются с использованием традиционных инструментов и приемов.
- Стойки к воздействию вибрации.
- Эффективно работают при низких температурах.
Системы рекуперации и утилизации тепла
Рекуперация - это процесс нагрева холодного приточного воздуха теплым удаляемым воздухом за счет теплопередачи. Обмен энергией происходит в специальных теплообменниках-рекуператорах, конструкция которых предполагает разделение воздушных потоков для предотвращения их смешивания. При этом направление движения воздушных масс остается неизменным.
Значение коэффициента полезного действия (КПД) рекуператоров находится в широком диапазоне и зависит от вида используемого теплообменника, скорости движения воздушного потока и разницы температур отводимого и поступающего воздуха.
Известно пять основных видов рекуператоров воздуха, отличающихся конструктивно:
- пластинчатые;
- роторные;
- с промежуточным теплоносителем;
- камерные;
- тепловые трубки.
Пластинчатые рекуператоры - самые распространенные устройства, применяемые в системах приточно-вытяжной вентиляции. Принцип их действия основан на пересечении приточного и вытяжного воздушных потоков в специальном пластинчатом теплообменнике. Эти потоки пересекаются, но не перемешиваются. КПД таких устройств составляет в среднем 55-75 %.
Принцип действия роторного рекуператора заключается в прохождении приточного и вытяжного воздушных потоков через специальный вращающийся роторный теплообменник. Данное устройство характеризуется высоким уровнем КПД (70-85 %) и небольшим потреблением электроэнергии.
Рекуператоры с промежуточным теплоносителем - конструктивно наиболее гибкий вариант системы утилизации тепла. Один теплообменник «жидкость-воздух» устанавливается в приточной системе, второй - в вытяжной системе.
Приточная и вытяжная системы могут быть разнесены территориально и связаны между собой замкнутой системой теплоизолированных трубопроводов, по которым с помощью насоса циркулирует антифриз. Устройство характеризуется относительно невысоким КПД (40-55 %). Используется обычно в производственных помещениях большой площади.
Камерные рекуператоры, известные также как смесительные, представляют собой камеру, разделенную заслонкой на две части. Принцип их работы заключается в следующем: попадая в одну часть камеры, вытяжной воздух нагревает ее; после этого заслонка меняет направление движения потоков, и поступающий в камеру приточный воздух нагревается от уже нагретых стен камеры. Рекуператоры этого типа достаточно эффективны (КПД 70-80 %).
Тепловые трубки. Данный теплообменник представляет собой закрытую трубку из теплопроводящего металла (например, меди) с запаянной внутри легковоспламеняющейся (легкокипящей) жидкостью, обычно фреоном. Рабочее положение такого рекуператора - вертикальное или близкое к нему. Принцип действия: теплый воздух на выходе из помещения омывает нижний конец трубки, заставляя фреон кипеть и выпариваться в верхнюю ее
часть, забирая с собой тепловую энергию. Верхний конец трубки омывается приточным холодным воздухом. Пары фреона отдают тепло приточному потоку и конденсируются в верхней части теплообменной трубки. Приточный воздух, забрав тепловую энергию, подается внутрь помещения. Жидкий фреон (конденсат) под воздействием гравитационной силы возвращается в нижнюю часть теплообменника. Процесс циклично повторяется. Эффективность использования - 50-70 %.
Другой системой рекуперации и утилизации тепла могут служить низкоэмиссионные покрытия, нанесенные на светопрозрачные конструкции, повышающие энергоэффективность остекления. Композитные опоры освещения не требуют дополнительного ухода и окраски, устойчивы к ультрафиолетовому излучению, экологически безопасны. Стеклопластик не является электропроводником (поэтому служит естественным изолятором), выдерживает сильные ветровые нагрузки, низкие температуры, не разрушается под воздействием осадков и высокой кислотности почвы [3].
Энергосберегающие стекла
Нанесение тонкого металлического напыления превращает обычные стекла в инфракрасные зеркала, отражающие только тепловые лучи, практически не оказывая сопротивления видимому свету. Такие стекла называют селективными (отражающими только определенную часть диапазона электромагнитных волн), низкоэмиссионными (имеющими низкую излучатель-ную способность), тепло- или энергосберегающими.
Наносимое на стекло покрытие состоит из оксидов металлов или цветных металлов и содержит свободные электроны. За счет явлений электропроводности и интерференции такие стекла получают возможность отражать только тепловое (инфракрасное) излучение. Их энергосберегающие свойства характеризуются излучательной способностью (эмисситентом поверхности Е). Этот показатель для обычного оконного стекла равен 0,835, а для энергосберегающего - 0,04-0,2. Для человеческого глаза, нечувствительного к инфракрасному излучению, низкоэмиссионные стекла внешне ничем не отличаются от обычных оконных, при этом существенно улучшают теплоизоляционные характеристики окна в целом.
В холодное время года энергосберегающее стекло в стеклопакете отражает излучение нагревательных приборов обратно в помещение, что позволяет сохранять тепло. Это особенно ценно для жилья с индивидуальным отоплением.
В жаркое время года энергосберегающее стекло отражает тепловое излучение Солнца, сохраняя комфортную температуру в помещении и экономя электроэнергию, расходуемую на кондиционирование.
В настоящее время промышленностью выпускаются два вида низкоэмиссионных энергосберегающих стекол: К-стекло и 1-стекло, различаю-
щихся технологией производства и значением коэффициента излучательной способности.
К-стекло - стекло Low-E (твердое покрытие). Название «твердое покрытие» оно получило по причине того, что металлический слой наносится в процессе производства на еще горячее стекло и спекается с ним при охлаждении, образуя высокопрочное покрытие. Коэффициент излучательной способности К-стекла составляет 0,2. В последнее время область применения таких стекол значительно ограничилась в связи с появлением 1-стекла, обладающего лучшим показателем излучательной способности и существенно меньшей ценой.
1-стекло - стекло Double Low-E (мягкое покрытие). Производится способом вакуумного напыления на поверхность стекла тонкой металлической отражающей пленки толщиной в несколько десятков нанометров. Такое покрытие отлично пропускает видимый человеческим глазом свет, в то же время, отражая длинноволновое невидимое тепловое излучение (Е = 0,04). За счет упрощения процесса производства стоимость такого стекла значительно ниже, чем К-стекла. У 1-стекла есть один недостаток: напыленное покрытие обладает пониженной абразивной стойкостью. Однако этому его свойству не следует придавать особого значения, поскольку 1 -стекло всегда устанавливается отражающим слоем внутрь стеклопакета, снаружи его можно мыть и протирать как обычно, не боясь поцарапать.
Применение современных материалов и технологий позволяет значительно повысить комфортность проживания и снизить финансовые затраты на содержание и эксплуатацию жилого и общественного фонда.
Список литературы:
1. Курбатов В.Л., Комарова Н.Д. Жилье нового столетья. Нетрадиционные источники энергии [Текст] // Строительные материалы XXI века: материалы, оборудование, технологии. - 2004. - № 6.
2. Комарова Н.Д., Литвинова Ю.В. Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения [Текст] // Материалы международных академических чтений / Редкол.: С.И. Меркулов (отв. ред.) [и др.]. - Курск: Курск. гос. ун-т, 2012. - 161 с.
3. Комарова Н.Д Аспекты использования материалов из стекломагнези-та в строительной индустрии [Текст] // Наукоемкие технологии и инновации: сб. докладов Юбилейной Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород: Изд-во БГТУ 2014. - Ч. 1. -320 с.
