Текущий выпуск
№3 2017
Главная|Журнал|1 2016|Здания будущего
      

Здания будущего

Бранислав Тодорович

У зданий будущего должны быть минимальные потребности в энергии. Они должны быть зданиями с нулевым потреблением энергии, когда речь идёт об использовании невозобновляемых источников энергии (ископаемого топлива).

Для этого необходимо объединить при проектировании архитектуру здания, его конструкции и инженерные системы. Предполагается функциональность и приспособляемость фасадов, позволяющих защитить здание от перегрева, регулируя затенение не только окон, но и других элементов конструкций, приближаясь к свойствам термической системы организма человека. В зимний период следует уменьшить необходимость в отоплении. Система будет саморегулируемой с помощью электросистемы с микродатчиками, установленными на характерных точках, аналогично многочисленным чувствительным местам на коже человека. И конечно, системы в здании будут оснащены извещателями обнаружения дефектов и определения вида отказа, а также способа устранения проблем.

Введение

Города в целом и их здания будут адаптироваться к климатическим условиям на данный момент времени, будут использовать только возобновляемые источники энергии и станут приспосабливаться к росту численности населения, к требованиям по охране окружающей среды. Необходимые решения ожидаются в результате общего прогресса науки и технологических инноваций.

Поздравляем с юбилеем Бранислава Тодоровича – профессора, выдающегося учёного,
почётного члена НП «АВОК»

В 1989 году Бранислав Тодорович, будучи президентом REHVA, поддержал идею создания российской профессиональной ассоциации в области отопления, вентиляции и кондиционирования – НП «АВОК» и способствовал её интеграции в международное сообщество специалистов, положив начало дружбе, длящейся уже 26 лет.

 Заслуги профессора Тодоровича в развитии инженерной школы и науки ОВК отмечены многочисленными наградами и званиями, среди которых греческая награда за вклад в ОВК (2000 год) и американская награда за заслуги и достижения в преподавании (2002 год). Он был удостоен высшей награды Сербского общества инженеров-механиков и электриков, в 2005 году – награждён высшей наградой REHVA, в 2008 году получил награду НП «АВОК» – медаль имени В. Н. Богословского.

 Бранислав Тодорович является иностранным членом Российской академии архитектуры и строительных наук, почётным членом Венгерской академии наук, Fellow REHVA, Fellow ASHRAE. Трижды избирался вице-президентом Исполнительного комитета Международного института холода IIR в Париже.

Он был президентом Всемирного конгресса CLIMA 2000. С 1989 года Бранислав Тодорович является президентом Сербского общества по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха KGH. Почётный член Сербского общества инженеров, президент ежегодных конгрессов в области отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха, организуемых в Белграде с 1970 года.

 Ведёт активную научную и преподавательскую деятельность, являясь профессором Университета Белграда. В качестве приглашённого профессора преподавал в университетах Австрии, Калифорнийском университете в Беркли и Канзасском университете в США. Включён в список выдающихся лекторов ASHRAE за международный вклад в развитие ОВК. Выступает с лекциями во Франции, Сингапуре, Гонконге, Пакистане, Китае.

 Профессор Тодорович имеет более 260 научных работ. Он также является автором 15 книг в области ОВК, редактором международного журнала Energy Building, одним из основателей и главным редактором сербского журнала по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха. ●

 

Долгих плодотворных лет жизни, крепкого здоровья и творческих успехов, новых начинаний, идей и возможностей!

Здания будущего будут не просто «статичной строительной массой», но будут обладать свойствами адаптации, их оболочка станет регулировать пропускание тепла через её конструкцию, т. е. понижать теплопотери и теплопоступления здания, а здание будет представлять собой полностью объединённую интеллектуальную структуру, не только по отношению к используемым материалам, но и по отношению к информационным технологиям и энергетическим системам в нём. Но следует подчеркнуть, что приспособляемость здания всё-таки ограничена физическими характеристиками использованного материала наружных ограждений: стен, крыши и особенно стеклянных элементов в фасадах.

Люди всегда стремились защититься от воздействия климатических условий, ветра, дождя, снега, высоких или низких температур, сильной солнечной радиации. С середины прошлого века, с наступлением энергетического кризиса, началось более рациональное использование энергии, связанное с внедрением новых технологий в строительстве. Началось проектирование и строительство так называемых умных домов, которое объединило различных специалистов, в том числе архитекторов, строителей, инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию, теплотехников, энергетиков, инженеров-электриков, специалистов по освещению, акустике, автоматизации и вертикальному транспорту.

Оболочки здания – фасады

Люди могут надевать на себя дополнительную одежду в качестве теплоизоляции или одеваться легко, когда температура воздуха высокая. Здания пока не имеют такой возможности. Однако существуют инженерно-строительные решения, такие как двойной фасад или озеленение крыш, для защиты здания от низких или высоких температур и солнечной радиации.

У домов с двойным фасадом второй фасад является неотъемлемой частью конструкции и обладает существенным значением в период низкой наружной температуры. В период летних высоких температур он защищает от прямой солнечной радиации. Дополнительный фасад может быть сплошным, покрывающим всю высоту здания или прерывистым по этажам. Промежуточное пространство между двумя фасадами летом должно быть открытым и сверху и снизу для циркуляции наружного воздуха в промежуточном пространстве. Таким образом предотвращается значительный рост температуры между двумя фасадами, температура внутри фасадов становится близка к наружной температуре и как следствие уменьшаются возможные теплопоступления во внутреннее пространство. Зимой же отверстия закрыты, и в промежуточном пространстве температура выше наружной, а теплопотери меньше по сравнению с домом с одним фасадом.

A если на крыше здания установить динамическую защиту от солнца, изменяющую угол наклона в соответствии с положением солнца, и совместить её с фотоэлектрическими панелями, то такая защита дополнительно позволит превращать солнечную энергию в электрическую.

Увлажнение фасада

В период высоких летних температур человеческое тело снижает температуру путём испарения пота, который выделяется потовыми железами. Данный процесс запускается и контролируется центральной нервной системой. По аналогии с эти процессом имеются примеры слива воды по фасаду, в том числе это решение было применено в здании павильона Великобритании в шестидесятые годы прошлого века на Всемирной выставке, состоявшейся в Испании. Однако для такого охлаждения необходимо большое количество воды, и получаемый эффект в первую очередь эстетический, значительного снижения теплопоступлений не происходит. Совсем тонкий слой воды можно получить, если фасад облицован диоксидом титана (TiO2), обладающим гидрофильностью (высокой смачиваемостью) (рис.1). Данный метод был применён в Японии и опубликован в статье авторов Jiang He и Akira Hoyano, в журнале Energy@ Buildings /7/. Вода распыляется (рис. 2) у верхней части стены или окна и сливается вниз, затем собирается в резервуар вместе с дождевой водой и повторно используется. Такая технология создаёт очень тонкий слой воды.

Рис. 1. Система трубопроводов на фасаде с покрытием TiO2

Окна с хроматическим эффектом

Новые технологии нашли применение на окнах с термохромными и электрохромными стёклами. Такие стёкла обладают свойством автоматического обратимого изменения цвета при определённых воздействиях. Подобное остекление автоматически регулирует светопропускание и таким образом защищает внутренние пространства в здании от теплопоступлений от солнечной радиации.

В термохромном стекле используется пассивное управление светопропусканием. Под воздействием температуры стекло изменяет свои оптические свойства: при повышении температуры оно меняет цвет, а при дальнейшем повышении полностью утрачивает прозрачность. Их можно использовать там, где оптическая прозрачность не так важна, – в стеклянных крышах, мансардных окнах. Электрохроматическая технология разрабатывается с 80-х годов ХХ века, преимущественно в Университете Беркли, штат Калифорния Berkeley California I u DOE ce trail, Вашингтон.

Рис. 2. Электрохромные окна

Электрохромные стёкла под воздействием электрического поля определённой силы изменяют светопропускную способность в видимом и инфракрасном диапазонах. Максимальный эффект – остекление от чистого и прозрачного переходит в голубовато-серый цвет без снижения видимости подобно фотохромному стеклу. Для этого требуется низкое напряжение (постоянный ток 0–10 В).

Фазопереходные материалы

Уменьшение теплопоступлений может достигаться не только теплоизоляцией стен или увлажнением фасадов, но и применением фазопереходных материалов (рис.3), аккумулирующих теплоту или холод. Для этих целей фазопереходные материалы используются уже около 30 лет. Эти материалы могут быть органическими, неорганическими или эвтектическими и должны обладать большой скрытой теплотой на единицу массы, диапазоном температур плавления и отвердевания 15–30 °C или даже больше, в соответствии с диапазоном значений наружной температуры в летний период.

Рис. 3. Фазопереходный материал, установленный в стене

Применение фазопереходных материалов для аккумуляции холода или теплоты заключается в использовании данных материалов непосредственно в наружных ограждениях здания либо в виде аккумулятора, интегрированного в систему ОВК. Это позволяет снизить энергопотребление в период пиковой нагрузки.

Новые системы контроля и выявления отказов в работе сетей

Можно провести аналогию между центральными контрольными системами с получением информации при помощи электросистемы с микродатчиками, установленными на характерных точках в здании, и нервной системой человека (рис.4): получая сигнал от кожи, нервная система направляет информацию в центр, расположенный в головном мозге, в гипоталамусе.

Рис. 4. «Датчики» в коже человека

Выводы

Здания будущего будут обладать свойствами, аналогичными тем, которыми обладает организм человека. Они будут обладать «интеллектом» в области максимально рационального потребления энергии, возможности быстро среагировать на изменение требований к степени комфорта, адаптации к количеству людей, находящихся в здании. В строительной индустрии станут использоваться фазопереходные материалы. Фасады будут облицованы покрытиями, которые смогут снижать температуру оболочки здания. Здания не будут формировать так называемые тепловые острова в городах и повышать летом ночные наружные температуры, так что ночью необходимость в охлаждении будет меньше, чем сегодня.


 

Энергоэффективные здания (книга в мягком переплёте)

Авторы: Ю. А. Табунщиков / М. М. Бродач / Н. В. Шилкин

В книге «Энергоэффективные здания» приведены описания наиболее известных энергоэффективных зданий, построенных в различных странах мира в период с 1972 по 2003 годы: жилых, общественных, высотных, спортивных, учебных, больничных, а также поселка городского типа. Рассматриваются архитектурные, инженерные и технологические энергоэффективные решения. Приведены научные основы проектирования энергоэффективных зданий.

 


 Преобладающей энергией станет энергия от возобновляемых источников, в первую очередь от солнечной радиации. Трудно предугадать, принесут ли данные технологии уменьшение расходов, связанных со строительством, улучшится ли экология внутри и снаружи зданий, когда население на земле увеличится в несколько раз – это будет зависеть также от других факторов. Но если ситуация будет зависеть только от науки, новых технологий и человеческой изобретательности, я уверен, что принесёт.

Литература

  1. He Jiamg, Hoyano Akira. A numerical simulation for analysing thermal improvements.
  2. Khazah J. Buildings of the future // ASHRAE Journal. 2014. December. the thermal imrovements... Energy and buildings // 2008. Vol. 40.
  3. He Jiang, Hoyano Akira. Energy&Buildings // 2008. Vol. 40.
  4. HVAC Application. ASHRAE Handbook. Chapter 61. 2015.
  5. Todorovic Marija, Kim Jeong. Tuning control of buiding glassing // Energy&Buildings. 2013. Vol. 63.

ОБ АВТОРЕ

Бранислав Тодорович – профессор Университета в г. Белграде, иностранный член Российской академии архитектуры и строительных наук, член Академии инженерных наук Сербии.


 

 


Зелёные технологииЗелёные здания