Двухслойный фасад – борьба с жарой

Особенности двухслойного фасада

Во время этапа проектирования и строительства одного из офисных центров расположенного в Абу-Даби, для решения проблемы уменьшения затрат энергии на содержание здания, а также улучшения его климатических характеристик, проектной организацией UNStudio, наряду с Buro Happold, и специалистами по фасадному инжинирингу, была разработана полная стратегия для установки двухслойного фасада офисных центров. Простота и новизна концепции а также некоторые интересные моменты и инженерные инновации приведены в данной статье.

ЦЕЛИ

На этапе конкурсного отбора было принято решение, что двухслойный фасад (ДСФ) станет отличительной особенностью дизайна. Он представлял возможность достижения 3-х основных целей: использование исключительно стеклянной поверхности, высокие экологические качества и реализации светодиодного освещения. Все эти факторы имели ключевое значение для проекта строящегося офисного центра в Абу-Даби, и всего мира в целом.

ДСФ является герметическим внешним затемняющим устройством, которое вентилируется с помощью воздуха из систем ОВК (отопление вентиляция и кондиционирование). Данная система выполняет значительную функцию по обеспечению комфорта, качества и количества света, предлагая здоровое и продуктивное рабочее место. Она потребляет на 13-16% меньше энергии, чем высокопроизводительная системы с одним слоем. Легче обслуживается, чем солнцезащитные устройства, состоящие из разных элементов, и эта защита будет служить в два раза дольше. Регулярное техническое обслуживание и замена наружного слоя фасада может быть сделана без нарушения деятельности остальных систем. Интеграция и установка средств светодиодного освещения является более удобной и гибкой, чем в однослойном фасаде, и баланс между отражением и прозрачностью внешней оболочки способствует достижению желаемого уровня для комфортной деятельности.

В офисном центре с двуслойным фасадом достигается такой уровень производительности, который редко встречается в проектах такого масштаба на Ближнем Востоке. Разница в стоимости капитала между двумя системами может быть компенсированы на протяжении 30 лет, но дополнительным позитивным качеством двойного фасада является то, что дизайн может стать визитной карточкой для офисного центра.

Таким образом. Существует подавляющее большинство преимуществ для ДСФ, но есть также несколько существенных особенностей, которые дают возможность говорить о серьезном скачке в развитии технологий. И это является лишь началом истории ДСФ.

МОНТАЖ ФАСАДА

Основной возможностью, которой должен обладать двухслойный фасад любого типа, является то, что он обеспечивает большую прозрачность и создает тепловой буфер для комфорта работающих внутри. ДСФ, безусловно, обеспечивает это в более инновационный и элегантный способ.

Внешний слой оболочки выступает в качестве внешнего стекла с затемняющим эффектом. То есть можно сказать, что это не основной световой барьер обеспечивающий затемнение пространства внутри. Так как это не основной световой или тепловой барьер, удалось сократить совместные размеры и использовать многослойное стекло. Это дает нам возможность создать экранный эффект, чего мы и добивались. Покрытия и фритты на стекле дают начальный уровень защиты от солнечного излучения (примерно 3 КТСР – коэффициент теплопритока от солнечной радиации).

Крепление внешнего многослойного стекла позволяет поддерживать этот эффект. Использование болтовых соединений и ограниченная структура стекла способствует почти полному отсутствию отражения экстерьера на поверхности. Стеклянные ребра между слоями — пористые, что делает их вторым барьером защиты от солнечного излучения.

Установленные на обратной стороне стекла ребра из алюминия являются также держателями для светодиодного освещения.

Средний слой крепления находится в пределах пола с кондиционером статического давления, в пространстве между двумя слоями стекла. Фитинги из нержавеющей стали, стеклянные пластины и светодиодное освещение, находятся внутри этого пространства. На самом деле, из-за клиентов желают использовать светодиодное освещения, одним из главных аргументов в пользу полости является то, что светодиоды требуют температуры максимум 60°С, что практически невозможно на территории где расположен Абу-Даби.

Именно в этом слое собраны наиболее сложные компоненты ДСФ. Стеклянные пластины соединены между собой при помощи нержавеющей стали, которые в свою очередь на кронштейнах шарнирно соединены с главной опорой наружной стены. Шарнирное соединение позволяет менять углы отражения поверхности стекол в зависимости от необходимости. Крепления кронштейна также поддерживают стальные решетки. Решетки необходимы для доступа при техническом обслуживании, и служат в качестве дополнительных навесов для офисов внутри. Они призваны обеспечить дополнительный слой защиты слой от солнечной радиации, а также обеспечить постоянное давление воздуха, изменяющееся на разных этажах.

Внутренний слой ДСФ используется в качестве полости поверхности стены. Остекление внутреннего слоя имеет очень низкий уровень защиты от солнечной радиации. Для удовлетворения потребностей пользователей это покрытие не требуется, но оно дает некоторый дополнительный комфорт и снижает отражательную способность стекла.

Небольшая, но ключевая инновация ДСФ заключается в том, что внутренний слой наружной стены используется в основном для регулирования теплопередачи а не для затемнения. В принципе, внутренний слой предназначен только для того чтобы держать постоянную температуру в пространстве между слоями стекол.

Используемый механизм циркуляции воздуха в системе ОВК является особенностью ДСФ. Это еще одна инновация примененная при проектировании. Внутренняя полость обеспечивает достаточно пространства для охлаждения, что снижает нагрузку на внутренний слой и позволить светодиодам нормально функционировать. В течение года, в течение 90% времени, воздух который нагревается и поднимается достаточно, чтобы поддерживать поток воздуха для вентиляции пространства ДСФ. Для поддержки потока воздуха потребуется всего лишь на 10% времени задействовать вентиляторы. Хотя это немного неудобно для людей находящихся в здании, тем не менее приводит к экономии энергии на 13% от значения общей экономии за счет применения технологии ДСФ.

Этот причудливый вытяжной камеры требует тщательного рассмотрения на его базе и головы. Три темы были важны при рассмотрении этих деталей: поверхностное непрерывность кадров извне, 50% открытой площади против силы для обслуживания, и сохранение их от пыли.

Появление ностной непрерывности означает, что мы не должны использовать типичные следующее: у основания и головки фасада. GRC (материал внешний вид) было сочтено слишком хрупким, когда так высоко перфорированная, поэтому мы пошли с перфорированного алюминия, с покрытием, чтобы соответствовать внешней отделки. 50% перфорированного алюминия тоже не так надежные, так отделка состоит из съемных панелей для выходом на пленуме разлива воздуха ниже и полости вентиляции выше.

В целях технического обслуживания панели во главе фасада только эстетическое. Основной фильтр для проблемной Абу-Даби пыли в вертикальном положении механической погоды жалюзи установлены в нескольких метрах на крыше.

СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

В качестве одного из основных требований клиентов проекта было установка светодиодного освещения, что также стало особенностью системы двуслойного фасада и аргументом в его выборе. По большей части светодиодное освещение используется при наступлении сумерек. Это позволяет добиться проекционного эффекта. Светодиодные полосы установлены на конструкции экструдированного алюминиевого корпуса, и направлены на плоскость многослойного внешнего стекла. Отражение, что в течении дня обеспечивает затенение, ночью достигается за счет использование светодиодов, и фасад выполняет функцию отражающего экрана. В конце концов, светодиоды легко обслуживать в полости ДСФ.

СТОИМОСТЬ

Кроме всего прочего можно выделить эстетические и экологические аргументы в пользу ДСФ, а также были проанализированы затрат и выгоды от реализации проекта. Учитывая, что использование двуслойного стеклянного фасада было одним из главных желаний клиента, за основу для сравнения системы ДСФ взята технология с однослойным фасадом, которая также отвечает минимальным стандартам освещенности КТСР. Первоначально сравнивались капитальные затраты на монтаж системы.

В капитальные затраты были включены затраты на разработку и монтаж, сервисное обслуживание (в том числе плановый ремонт) а также затраты на электроэнергию.

Кроме капитальных затрат, важной статьей являются ежегодные расходы клиента. Обслуживание ДСФ получается дороже чем при использовании обычной однослойной системы, но выгода приходит в долгосрочной перспективе, когда оказывается, что при регулярном сервисном обслуживании внутренней навесной стены и поддержании ее в работоспособном состоянии, можно увеличить срок службы до 3 раз (до 60 лет), тогда как обычная наружная стена потребует замены после 20 лет. Этот факт нашел свое отражение в прыжке в нижней строке на графике стоимости обслуживания.

Наиболее спорной частью оценки выгод была выгода, вытекающая из рабочего комфорта и производительности. Поддержка оптимальной температуры приводит к повышению комфортности рабочего места сотрудника. Так как снижение комфорта приводит к снижению производительности труда и как следствие повышения недовольных сотрудников, мы решили проанализировать на какой процент снижается количество сотрудников недовольных условиями труда. Использование системы двуслойного фасада позволило на 45% уменьшить количество потерянных рабочих часов по сравнению с обычной наружной стеной.

Эти два фактора стали наиболее весомыми при расчете долгосрочных сбережений для клиента.

При использовании двуслойного фасада рассчитывается съэкономить до 13% от общего количества потребляемой энергии. Этот показатель был бы намного более значительным если бы не невероятно низкая стоимость энергоносителей на ближнем востоке (где строился офисный центр. К примеру ставки в Европе как минимум в 3 раза выше. Тем не менее, даже при таких условиях мы можем сохранить около $ 45 000 в год за счет уменьшения энергозатрат.

Двухслойный фасад – борьба с жарой

Экологические особенности местности при проектировании наружных стен, являются ключевыми элементами в дизайне современных, энергоэффективных офисных зданий. Это особенно верно при разработке для регионов, подверженных экстремальных условиям, таких как Объединенные Арабские Эмираты, где дневная температура летом может достигать свыше 50ºС. Здесь фасады зданий должны не только смягчить на 25ºС внутренний/внешний перепад температур, но также должны быть в состоянии защитить себя от интенсивных песчаных бурь и постоянных агрессивных туманов с побережья Персидского залива.

В Абу-Даби для одного из строящихся офисных центров на 1 млн. м2, была разработана уникальная система в ответ на эти климатические условия. Используя сочетание механической вентиляцией пространства и системы двухслойного фасада на большой площади поверхности здания, было предоставлено решение, которое позволило создать буфер между разными температурами внешнего и внутреннего пространства и защитить более тонкие компоненты фасада.

Особенности конструкции

Конструкция двухслойного фасада для пустынного климата имеет принципиальные отличия от той, что реализуется в более прохладных, северных регионах. В то время как обе системы основаны на создании воздушной полости – подушки между внутренним и внешним пространством, система для холодного климата предназначена для минимизации потери тепла из внутреннего помещения и основана на повышении температуры внешнего воздуха. В ОАЭ, однако, принцип работы противоположный, и воздушная полость призвана свести к минимуму попадание лучистого тепла от из внешнего пространство во внутрь.

Это важно не только для снижения энергопотребления здания, но и для повышения комфорта людей находящихся внутри. Способность поддерживать соответствующую температуру воздуха, это только часть функций по обеспечению комфорта. Другая часть теплового комфорта человека может быть связано с температурой близлежащей поверхности, ограждающей конструкции стеклянного фасада например. Это легко понять, если представить себя стоящим перед окном в холодную зимнюю ночь, чувствуя холод за стеклом. Несмотря на температуру воздуха вокруг вас, температура ограждающей поверхности создает эффект того, что ваше тело как-бы «видит» погоду снаружи, что приводит к некоторому состоянию теплового дискомфорта.

Механизмы

В одном из офисных центров была установлена система двухслойного фасада, непрерывно по всей высоте 37 этажного здания, начиная с четвертого этажа и заканчивающаяся на пентхаусе последнего этажа. В этом пространстве, постоянно отслеживались и корректировались углы попадания солнечного света в целях обеспечения оптимального освещения интерьера здания. В то время как сами стекла достаточно прочные, чтобы выдерживать внешние неблагоприятные условия, механизмы которые обеспечивают работу системы – нет. Как это бывает с большинством механизмов, мелкие песчаные частицы являются вредными для их долгосрочной эксплуатации и могут стать причиной заклинивания и блокировка стекла в фиксированном положении. Было важно, чтобы средний слой двухслойного фасада был изолирован от внешней среды, ограждая механизмы от мелких частиц пыли в воздухе, таких как песок и морская соль, которые несли угрозу для функционирования системы.

Чтобы достичь необходимой температуры воздуха в герметичной полости и предотвратить нагрев полости внутри, как в теплице, необходимо было снизить количество поступающей извне солнечной энергии. Первым шагом для достижения данной цели, было использование особого типа стекол для внешнего слоя фасада. Использование стекол с очень высоким коэффициентом затемнения для системы двухслойного фасада, позволило на начальном этапе блокировать 76 процентов солнечной энергии что попадала извне в пространстве между слоями. Поступление остальной энергии регулировалось активными системами затемнения, в зависимости от необходимости, а сама температура воздуха в дальнейшем регулировалась системой ОВК, тесно интегрированной в структуру двухслойного фасада.

Для облегчить изменение температуры и достичь необходимого значения в буфере, теплую внешнюю поверхность необходимо «промыть» воздухом холоднее, чем тот что снаружи. Решением этого было внедрение системы сбора отработанного воздуха из пространства офиса и вместо того, чтобы позволить ему уйти наружу, перенаправление обратно в полость двухслойного фасада. Датчики внутри полостей будет регулировать распределяющие клапаны в верхней части здания, направляя воздух в оптимальные зоны полости в зависимости от времени суток и температуры наружного воздуха. Дополнительные фильтры позволят регулировать поступление внешнего воздуха, чтобы достичь оптимальной температуры в период, когда можно не использовать систему ОВК, например ночью и зимой, когда на улице воздухе ниже температуры, чем внутри помещения.

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 177; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!