Остекление и затенение как комплексная система. Научно-исследовательский проект «Прохладные окна»
Фото: Holzforschung Austria / TU Graz. Остекление и затенение должны рассматриваться как комплексная система
Еще одно отраслевое исследование на тему «как защитить помещение от перегрева летом, и от теплопотерь зимой в одной и той же конструкции» выпустили в 2024 году австрийский испытательный институт Holzforschung Austria (HFA) совместно с Технологическим университетом Граца (TU-Graz). Ученые смоделировали и оценили многочисленные варианты остекления таким образом, чтобы решение учитывало все, даже противоположные требования к окнам, возникающие в зависимости от смены сезонов.
Проект получил название «Прохладные окна», а сам термин – место в профессиональном языке. Что предложили понимать под «прохладными окнами» австрийские ученые – рассказываем в материале tybet.ru.
«Ни холодно, ни жарко»: о противоположных требованиях к окнам в разное время года
Из-за климатического кризиса, на котором настаивают в Европе, исследователи отмечают рост числа жарких дней в году, особенно ощутимых в густонаселенных городских районах. Самыми распространенными проблемами в этих условиях называются: высокое потребление энергоресурсов через кондиционеры и отопители; проблемы отработанных тепла и шума, и их влияние на качество жизни обитателей МКД.
Если еще недавно в оконных конструкциях основное внимание уделялось либо защите от перегрева летом, либо от теплопотерь зимой – а это в обоих случаях противоположные требования – то теперь, по мнению ученых, разделять эти задачи не верно. Наличие адаптивных технологий в отрасли достаточно велико, чтобы их не учитывать и не рассматривать как современный комплексный продукт.
В исследовательском проекте окно и его дополнительные компоненты, такие как системы солнцезащиты и пр., предложено понимать, как целостный элемент строительной технологии под условным названием «прохладное окно».
Для этого в ходе исследования были использованы различные типы окон в сочетании с различными опциями затенения и т. д. в жилых домах с разными потребностями. Ключевой задачей авторов проекта стало обеспечение идеального климата без использования активного охлаждения и обогрева.
Рекомендуем прочесть: Городской остров тепла стимулирует инновации в остеклении фасадов
Методология проекта «Прохладные окна»
Для реализации проекта был выбран следующий методологический подход. Чтобы подтвердить концепцию «прохладного окна», учеными была исследована эталонная квартира с использованием моделирования здания на основе набора данных о климате в центре города Вены в 2050 году.
Предметом оценки были выбраны четыре целевые переменные: дневное освещение, требования к отоплению, охлаждению, а также температурный комфорт. Однако, как известно, на климат-комфорт влияют такие многочисленные параметры, как: ориентация по сторонам света, тип конструкции, размер окна, виды затенения, свойства вентиляции, поведение пользователя, местоположение и т. д., которые даже при грубой градации приводят к большому числу возможных комбинаций. Поэтому на первом этапе параметры были сужены до необходимых с использованием упрощенной имитационной модели и её расчетов.
Фото: Holzforschung Austria / TU Graz. Эталонная квартира «худший вариант» с тенями 15 марта в 16:00.
Для точности эксперимента было принято, что результаты искомых вариантов следует сравнить с результатами двух базовых вариантов:
- неудовлетворительного с точки зрения требований к отоплению и охлаждению, но определенно присутствующего в данном помещении («худший вариант»);
- удовлетворительного, где применён обычный на сегодня метод строительства («стандартный вариант»).
Чтобы найти подходящие комбинации параметров и минимизировать конфликт целевых переменных, таких как: «количество некомфортных часов / потребность в энергии для освещения», «потребность в энергии на охлаждение / потребность в энергии для освещения», было проведено имитационное исследование в программе DesignBuilder по методу EnergyPlus, Здесь одновременно оценивалось влияние различных вариантов управления затенением и вентиляцией при ограничении допустимой потребности в тепловой энергии.
Фото: Holzforschung Austria / TU Graz. Облако точек смоделированных вариантов оптимизационного моделирования с представлениями оптимальных решений на фронте Парето (красный цвет).
В конечном итоге, по результатам анализа более 12 тыс. проведенных вариантов моделирования зданий были созданы регрессионные модели и матрицы влияния, с помощью которых можно было оценить взаимосвязи между переменными параметрами и зависимыми от них целевыми переменными. На основе этого детального анализа было получено фундаментальное представление о влиянии свойств окна и его затенения на соответствующую жилую единицу.
Рекомендуем прочесть: Летом окна превращаются в радиаторы – какие солнцезащитные системы могут это предотвратить?
Сколько энергии можно сэкономить с помощью «прохладных окон»
Предварительное исследование показало, что по сравнению с обычными версиями строительных стандартов и правильного выбора оконных компонентов и систем, можно сэкономить примерно до 50% энергии на охлаждение и до 30% на отопление. Если техническое охлаждение не используется, в жаркие дни температуру в помещении можно снизить примерно на 6 С, просто установив «прохладные окна».
Обобщенные выводы в рамках проекта «прохладное окно» учеными приводятся в виде рекомендаций для производителей, проектировщиков и потребителей в брошюре Holzforschung Austria «10 золотых правил». В них говорится, что:
1. Внешнее затенение работает намного лучше внутреннего, внутреннее (светлое) затенение лучше, чем полное отсутствие систем затенения.
2. Затенение необходимо в общих помещениях во всех направлениях, в том числе и на севере.
3. Оптимальное значение коэффициента теплопередачи для стеклопакета Ug ≤ 1,0 Вт/(м² K).
4. Рекомендуемый коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор) для стекла g ≥ 0,5.
5. При планировке не менее 50% площади окон должно быть спроектировано открывающимися, в идеале – с возможностью поперечной вентиляции.
6. Для охлаждающей вентиляции окна следует открывать только тогда, когда снаружи прохладнее, чем внутри помещения.
7. Должна быть обеспечена возможность охлаждающего эффективного ночного проветривания с максимально возможным воздухообменом (при необходимости через систему вентиляции).
8. Даже при наличии структурного затенения (навесов или козырьков) почти всегда необходимо дополнительное подвижное затенение (наружные жалюзи или роллеты).
9. Широкоформатное остекление положительно влияет на доступность дневного света, но требует хорошо спланированной и правильно используемой внешней солнцезащиты, адаптированной для летних условий.
10. При выборе внешних систем затенения необходимо учитывать подходящий для данного места класс ветроустойчивости.
Фото: Holzforschung Austria / TU Graz. Смоделированная кривая температуры в помещении без технического охлаждения в течение пяти дней во время аномальной жары. Синий: Ug = 1,1 Вт/(м²К) без затенения, красный: Ug = 0,5 Вт/(м²К) с оптимизированным внешним затенением
Рекомендуем прочесть: Профессиональная тонировка стёкол. Что могут солнцезащитные пленки?
Оценка результатов моделирования также показала, что общие положения об изоляционных свойствах окон и систем солнцезащиты могут быть справедливы лишь в ограниченной степени из-за сложного взаимодействия различных параметров влияния. Поэтому для достижения оптимальных результатов остекления необходим точный выбор параметров для комплексного продукта, адаптированных к условиям конкретного помещения.
Чтобы это стало возможным, в ходе проекта была заложена основа для создания инструмента прогнозирования. С его помощью ученые планируют оптимизировать продукт «прохладное окно» для снижения потребностей в энергии на отопление и охлаждение, принимая во внимание хорошую доступность дневного света.
Как утверждается в выводах, оптимизация возможна за счёт включения более сложного и интеллектуального управления устройствами затенения. Существует необходимость дальнейших исследований в этом направлении.
Рекомендуем прочесть: Студенческий взгляд на остекление и солнцезащиту фасадов
Подготовлено редакцией tybet.ru по материалам glaswelt.de.
Размещение и использование (полностью или частично) данного материала допускается только при наличии активной гиперссылки на tybet.ru
