Динамические фасады экономят энергию.

Недавно проведенные исследования показали, что правильное распределение оконных проемов в помещении в сочетании с работой системы контроля освещением, а также отоплением, вентиляцией и кондиционирования воздуха могут существенно снизить пиковые нагрузки на систему кондиционирования. Также эта мера позволяет снижать расходы энергии, расходуемые на освещение и вентиляцию, сохраняя при этом внутри помещения комфортные условия, как в плане освещенности, так и качества внутреннего воздуха.

Технологии не стоят на месте и уже сегодня появляются прозрачные фасады – необходимый компонент экологически чистых зданий. Фасады таких зданий динамически перестраиваются системой затенения для обеспечения оптимального сочетания искусственного и естественного освещения. Концепция динамических фасадов (идея которых состоит в установке элементов затенения на поверхности здания) не нова. Но ее активная разработка началась лишь в последние годы. Инженеры и архитекторы лишь недавно начали ”доверять” подобным системам и использовать их в строительстве.

Динамические элементы затенения стали возможными благодаря прогрессу, произошедшему в области разработок оконных технологий. Итогом стало появление технологий динамического размещения оконных проемов за счет автоматизированного управления системой затенения. Все это характеризует новое поколение ”умных” зданий, визитной карточкой которых станет эффективная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Сама идея представляется прекрасной, но ее реализация не столь проста, как кажется на первый взгляд.

Каждое здание требует индивидуального подхода к проектированию в зависимости от назначения, условий наружного климата, ориентации в пространстве и степени прозрачности фасада. Уже на ранней стадии проектирования команда разработчиков встает перед выбором вариантов решения. Однако окончательно оценить достоинства вариантов может быть затруднительно, особенно если используются инновационные технологии. Как следствие, итоговый выбор часто бывает субъективен. Разобщенность этапов процесса строительства, при котором ни один из членов команды не берет на себя задачу полной оптимизации микроклимата, является главной проблемой ”доводки” проекта. Поэтому очень часто на последнем этапе строительства в качестве ”безопасной” альтернативы предлагаются традиционные ”пассивные” системы.

Несмотря на все возникающие сложности преимущества динамических элементов затенения очевидны. Например, вы можете эффективно снижать воздействие прямых лучей солнца. Для этого необходимо расположить автоматизированную систему затенения по внешнему периметру офисов. Размещаемые на роликах элементы затенения способны автоматически перемещаться, перекрывая прямой солнечный свет таким образом, чтобы в офис попадал рассеянный свет. Эта мера позволяет бороться с бликами и создавать комфортное световое ощущение в помещениях. Горизонтальные (”венецианские”) жалюзи перенаправляют естественное освещение внутрь комнатного пространства и позволяют создавать равномерную освещенность даже в открытых офисных пространствах. Автоматически управляемые окна позволяют реализовать естественную вентиляцию, способствуя притоку свежего воздуха и препятствуя его перегреву.

Не секрет, что динамический фасад, который бы охватывал весь периметр, сконструировать сложно, и не каждое здание может быть оборудовано подобной системой.

Эффективность систем затенения напрямую сказывается на различных аспектах эксплуатации здания (отопление, кондиционирование и освещение), а также создает комфорт (тепловой и зрительный), поэтому интегральный подход необходим уже на ранней стадии проектирования. Эта мера позволит достичь оптимальных результатов совместного труда архитекторов и инженеров-строителей. Также немаловажен вклад консультантов и специалистов по экономии энергии.

Исследования показали, что проект динамического фасада с автоматизированным управлением совместно с системами контроля освещения и компонентами системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха способен существенно снизить пиковую нагрузку на систему вентиляции и оптимизировать энергопотребление в целом. При этом условия освещения и вентиляции будут достаточными, чтобы поддерживать нужный микроклимат и комфорт по освещенности.

Если принять во внимание преимущества использования автоматизации зданий при управлении элементами затенения, то необходимо отметить следующее: при автоматизации офисных и государственных зданий разработчику необходимо, в первую очередь, предусмотреть защиту от яркого света. Это означает, что жалюзи должны располагаться так, чтобы не позволять прямым лучам солнца попадать на рабочие места. Эта мера также предотвращает перегрев внутреннего воздуха. Если автоматизации нет, то человек сам вынужден перемещать ”затенитель” (шторы, жалюзи), но в этом случае, это не внесло бы вклад в сокращение дневного потребления энергии на освещение и кондиционирование, ведь в процесс вмешивался бы субъективный фактор. Было замечено, что, как минимум, 30% людей предпочитают затенять окна в облачные дни (это снижает естественную освещенность и увеличивает расходы на освещение), а в ясные дни наоборот открывают (это увеличивает расход на кондиционирование). Что же говорить о часах/днях, когда в офисах никого не бывает (время обеда, выходные)?

Автоматизированная система способна решить эти проблемы, не ставя под угрозу комфорт (при наличии должного контроля). Также автоматика может учесть и индивидуальные потребности пользователя.

Тогда естественным образом возникает вопрос: ”Каковы должны быть параметры затенения?”. Ведь мы любим естественное освещение (а также смотреть на улицу), но не любим, когда солнце слишком яркое. Именно поэтому автоматические жалюзи должны рассеивать солнечный свет, не позволяя прямым лучам попадать в помещение. Главное установить равновесие между позитивным и негативным воздействием солнечного света. Известно, что при очень ясном небе коэффициент пропускания должен быть выше 5%, поэтому в рекомендациях часто озвучена цифра в 5%, как пороговая.

Важен и цветовой оттенок затенителя, который влияет на внешний вид за окном и степень поглощения энергии солнечных лучей. Темные оттенки жалюзи улучшают вид кабинета, но такие затенители увеличивают температуру воздуха в комнате. Учтите, что цветовой выбор оттенка штор или жалюзи может улучшить эстетическое воздействие, но в вашей комнате будет более жарко. У этой проблемы есть решение: существует специальная ткань, которая с внутренней стороны темная, а с внешней стороны – светлая (так она лучше отражает лучи).

Конечно же, возможности горизонтальных жалюзи, автоматически поворачивающихся в зависимости от высоты солнца, могут обеспечить эффективную защиту, однако подобная система требует тщательной разработки.

Также важно учитывать и расположение затеняющих экранов. Внешние затенители всегда выигрывают перед внутренними, однако экраны предпочитают все же размещать внутри по эстетическим соображениям и ради удобства обслуживания.

Когда задача управления системой затенения была решена (по крайней мере, отчасти на ранней стадии разработки), осталась проблема, пожалуй, большего масштаба: реализовать проект.
Существующие в настоящее время системы контроля освещения позволяют автоматически с малыми затратами средств регулировать освещенность. Лампы выключаются (или приглушаются до минимума), когда дневное освещение становится достаточно ярким. Когда потребуется искусственное освещение, лампы, соответственно, включатся. Датчики присутствия на рабочем месте будут гарантировать, что в отсутствие работника свет в комнате не горит. Фотоэлектрические датчики в настоящее время управляются ”умными” алгоритмами, поэтому на фасаде здания потребуется не более двух-трех датчиков (на одну сторону). Освещение может регулироваться в зависимости от поставленной задачи и предпочтений владельца помещения.

Все чаще становится актуальным вопрос интеграции систем управления освещением с системами автоматического затенения. Целью подобной интеграции станет достижение наилучшей экономии энергии. Как же ее достичь? Давайте рассматривать системы затенения и освещения как ”единую систему освещения”. Эта система станет неотъемлемой частью офисных помещений (особенно внешнего периметра) и будет разрабатываться уже на ранней стадии проектирования. Расположение затенителей будет непрерывно регулироваться в зависимости от условий внешнего освещения, а свет будет включаться, только когда это необходимо. В применении раздельных систем нет необходимости. Сама идея звучит просто и понятно, но ее реализация может потребовать взаимодействия между двумя системами, и технологически мы готовы к решению этой проблемы.

Последний момент интеграции динамических фасадов в систему автоматизации зданий состоит в необходимости взаимодействия с системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Влияние со стороны объединенной системы освещения на систему кондиционирования воздуха направлено на две цели:
• снижение мощности охлаждения вследствие использования затенения (это снижает капитальные расходы на менее мощную систему),
• снижение потребления энергии на охлаждение, что снижает потребность в ”отопительном” эффекте освещения (как солнечного, так и искусственного).

Эти два пункта должны быть продуманы на ранней стадии проектирования, когда принимаются принципиальные решения. Помимо снижения мощности, требуемой от системы кондиционирования, динамический контроль температуры по периметру офисного здания существенно снизит общее потребление энергии.

Другие варианты автоматизации периметра (например, автоматическое открытие окон для естественной вентиляции), также важны и должны быть приняты во внимание при проектировании фасада здания.

Опыт разработки динамических фасадов показал, что, для среднего здания высотой 10-15 этажей и площадью 4500 кв. м. с остекленными фасадами, экономия энергии за счет автоматической системы затенения составляет 40%. Энергопотребление может быть снижено более чем на 60% (по сравнению с пассивными климатическими системами). Пиковая нагрузка системы кондиционирования может быть снижена на 20-40%. Эти факты делают технологию очень привлекательной, обещая снижение потребления энергии, выбросов парниковых газов и создание более здорового микроклимата.

Об авторе
Танос Тземпеликос – магистр гуманитарных наук, доктор философии. Является независимым консультантом и работает в рамках проекта ”Солнечная энергетика в гражданском строительстве”. В течение 5 лет ведет исследования, посвященные вопросам оптимизации микроклимата офисных помещений (динамические фасады, естественное освещение, разработка и контроль экранов-затенителей). Также занимается их интеграцией с системами искусственного освещения и кондиционирования воздуха.

по материалам сайта AutomatedBuildings