Текущий выпуск
№2 2019
Главная|Журнал|№ 4 2018|Кинетические фасадные системы
      

Кинетические фасадные системы

Мария Салех, Елена Ульянова, Николай Шилкин

Для поддержания комфортных условий внутри помещений современные здания должны уметь быстро реагировать на изменения наружного климата и индивидуальные требования пользователей. Этому способствует использование кинетической архитектуры. Рассмотрим некоторые инновационные системы, позволяющие адаптироваться к различным условиям и повышать энергоэффективность объекта.

О статичности и способности зданий к адаптации

Каждое здание, по сути, является фиксированным и статичным объектом. К числу неизменяемых характеристик зданий относятся конструктивные решения и расположение на определенном участке. Однако, если бы поведение здания было полностью статичным, оно вряд ли могло бы справляться с непредвиденными обстоятельствами, которые сопровождают повседневную жизнь: меняющиеся погодные условия, особенности поведения людей, – для этого требуется определенная степень гибкости и способность к адаптации. Поэтому здание является изменяемым телом, чья проницаемость, внешний вид и активность способны к быстрому реагированию на внезапные и непредсказуемые изменения окружающей среды и потребностей ее жителей.

Архитектура несет в себе статические и постоянные элементы: комфортное существование человека зависит от поддержания постоянной температуры тела, и наше выживание включает в себя строительство укрытий, которые поддерживают стабильную внутреннюю среду. Архитектура является статической, но большинство зданий включает в себя оборудование, которое позволяет в большей степени адаптироваться под изменяющиеся обстоятельства.

В современном мире многие формы автоматизации зданий уже являются обычным явлением. Например сетевые датчики широко используются в последние годы для мониторинга и контроля различных средовых аспектов здания. Датчики обычно используются для отслеживания изменений внутренних и наружных климатических параметров, таких как влажность, температура и интенсивность солнечной радиации, а также для выявления закономерности в поведении людей. Помимо данной прикладной функции элементы автоматизации зданий иногда играют важную эстетическую и культурную роль, привлекая людей посетить архитектурные пространства.

Ле Корбюзье использовал термин «оборудование для домохозяйства» для обозначения мебели, а также управляемые или подвижные элементы здания. Другими словами это любое оборудование, позволяющее приспособить интерьер здания и окружающую среду для удовлетворения потребностей повседневной жизни [1]. В этот список можно входят и механические части здания, которые позволяют адаптироваться интерьеру к изменяющимся условиям, связанным с окружающей средой и поведением человека: окна, двери, подвижные перегородки, действующие вентиляционные отверстия, жалюзи, экраны и т. д. Обслуживание постоянных условий – открытие или закрытие окон, поднятие или опускание штор, или навеса, контролируя вентиляторы, чиллеры и другие машины для кондиционирования воздуха, – это одна из самых элементарных функций так называемых быстро реагирующих (responsive) компонентов здания.

 

Реагирующие компоненты здания

Реагирующие компоненты определяются как элементы здания, которые адаптируются к потребностям людей и изменениям в окружающей среде [1]. Данные компоненты могут быть высокотехнологичными системами, использующими сетевые датчики и приводы для отслеживания параметров окружающей среды и автоматизации управления функциональных элементов здания. Кроме того реагирующие компоненты здания относятся к подвижным, динамичным, часто управляемым вручную элементам, которые позволяют регулировать общее состояние архитектурной среды для того, чтобы адаптироваться под повседневные потребности.

Автоматизированные мембраны института du Monde Arabe (1987 года, Франция) являются одним из примеров динамических элементов здания. Их установка была предусмотрена с самого начала проектирования и автоматизированные мембраны стали неотъемлемой и определяющей частью архитектуры. Систему механических мембран, которые открываются и закрываются, реагируя на дневной свет, разработал Жан Нувель.

Институт du Monde Arabe, Франция

 

Адаптивные кинетические фасады

Самым показательным воплощением реагирующих компонентов в современной архитектуре является применение адаптивных кинетических фасадов. Примером может служить здание офисного центра Al Bahr, построенное в столице Объединённых Арабских Эмиратов в 2012 году. Две круглые башни окутаны атмосферостойким стеклянным занавесом.

Навесная стена состоит из унифицированных панелей с высотой этажа равным 4 200 мм и переменной шириной 900–120 мм. Навесная стена отделена от кинетической системы затенения через основание с помощью перемещающихся соединений [2]. Закрепление основания перемещающихся соединений (консольные распорки) расположены на цокольном и первом этажах, что позволяет им реагировать независимо от основания данной конструкции.

 

Динамическая система затенения представляет собой экран, состоящий из триангуляционных блоков, похожих на зонтики оригами. Треугольные единицы работают как индивидуальные устройства для затенения, которые разворачиваются под различными углами в ответ на движение солнца, для того чтобы препятствовать попаданию (куда?) прямого солнечного излучения.

Детальная трехмерная модель отдельного затеняющего устройства с исполнительным механизмов, гильзами, плечами и тканевой сеткой 

Система затенения состоит из элементов, выполненных из нержавеющей стали, несущей рамы, алюминиевых динамических рам и заполнения стекловолоконной сеткой. Складчатая система превращает сплошную пелену, образуемую затеняющим экраном, в решетчатый узор, позволяя обеспечивать то тень, то свет. Каждое затеняющее устройство содержит ряд вытянутых панелей из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Стоит отметить, что даже когда заслоняющее устройство закрыто, обитатели все равно могут видеть сквозь него все, что происходит снаружи.

В общей сложности каждая башня имеет 1 049 затеняющих устройств, каждое весом около 1,5 тонн. Форма здания в плане и высоте привели к 22 различным вариациям геометрии адаптивных фасадных элементов. Такое многообразие создало проблему – необходимость контроля за их производством и сборкой.

Затеняющий экран управляется посредством компьютера, что позволяет быстро реагировать на солнечные и световые условия и получать оптимальный результат. Затеняющие устройства сгруппированы по секторам и управляются с помощью программного обеспечения: отслеживается положение солнца и в зависимости от угла наклона автоматически меняется последовательность и степень открытия и закрытия устройств. Каждый затеняющий элемент содержит ряд панелей и приводится в движение линейным приводом, который отвечает за открытие и закрытие один раз в день на основе предварительно запрограммированной последовательности для предотвращения попадания прямого солнечного излучения.

В условиях пасмурного дня или сильного ветра датчики, интегрированные во внешнюю часть фасада, отправляют зарегистрированные сигналы в блок управления, чтобы раскрыть все элементы.

Контролируются все устройства затенения через центральную систему управления зданием (BMS), которая может следить за каждым устройством индивидуально или по группам. Система работает с технологией Siemens, используя автоматическое управление, следуя траектории солнца в течение года [2]. Обновление данных в системе происходит каждые 15 минут, на основании показаний светометра и анемометра, установленных на крыше. В случае изменения погоды автоматизированная программа моментально переопределяется. Питание и передача данных осуществляются через распорные муфты.

Отметим, что башни Al Bahr были спроектированы таким образом, чтобы снизить внутренний перегрев помещений на 50 % по сравнению с похожими зданиями Средней Азии. Кроме того предварительные исследования показали возможность достижения экономии средств и последующее уменьшение размеров охлаждающих установок.

На основе проведенного исследования систем адаптивной и реагирующей архитектуры можно сказать об эффективности такого подхода при экономии природных ресурсов. Применение кинетических фасадов способствует моментальной адаптации здания к условиям окружающей среды, что безусловно благоприятно повлияет на организацию комфортной среды внутри здания и внесет вклад в устойчивое развитие.

 

Литература

1. Beesley, Philip, Sachiko Hirosue, and Jim Ruxton. “Toward Responsive Architectures.” Responsive Architectures: Subtle Technologies. Eds. Philip Beesley, Sachiko Hirosue, Jim Ruxton, M. Trankle and C. Turner. Toronto: Riverside Architectural Press, 2006. Print. 3-11.

2. Russell Fortmeyer & Charles Linn. Kinetic Architecture: Designs for Active Envelopes [Электронный ресурс] URL: https://www.archdaily.com/537359/kinetic-architecture-designs-for-active-envelopes (дата обращения 20.11.18)


уникальное строительствоадаптивный фасадкинетический фасад