Тенденции в производстве окон и фасадов

Энергосбережение и мехатроника как ключевые моменты в будущем

Согласно последнему отчету Министерства транспорта, Министерства строительства и Министерства городских дел Германии по уровню CO2 в зданиях, все строения в Германии, а это около 17,3 миллиона жилых строений и 1,5 миллиона нежилых строений, – выделяют около 40% CO2 всей страны. Энергоэффективность существующих зданий нуждается в улучшении путем инновационных технологий, а также они должны быть приспособлены к использованию в них возобновляемых источников энергии. Исследования Немецкого энергетического агентства показали, что количество потребляемой зданиями энергии можно сократить на 85%. Для этого всего лишь нужно заменить старые неэнергоэффективные окна и остекление на новые, более современные, что позволит сэкономить около 8,6 миллиарда литров нефти ежегодно по всей Германии (согласно «Исследованию по энергоэффективному улучшению устарелых окон»). Минимальные требования к коэффициенту теплопроводности в новом стандарте EnEV, который вступил в силу в 2009 году, также стали более строгими. Лимит коэффициента теплопроводности для окон, использованных при восстановлении зданий снизился с 1,7 до 1,30 W/(m2K). Новые европейские стандарты для окон, фасадов и остекления также облегчают архитекторам, производителям и потребителям внедрение в тендер различных инноваций. В заключение: нам нужны инновационные продукты.

Инновационные дизайны для окон и фасадов

Улучшение энергоэффективности окон и фасадов влечет за собой оптимизацию теплоизоляции, вентиляции, использование солнечного света, а также солнцезащитные системы в летнее время года, и нужно сделать все это более приспособленным к использованию солнечной энергии. Таким образом, в инновационных дизайнах окон и фасадов используют следующие технологии:
- оптимизированная геометрия профиля (число камер, улучшение тепловых стыков и т.д.) и улучшенный дизайн (плоскость под герметик, покрытие краев конструкции, двойные окна);
- уменьшение ширины профиля (большая пропорция для стеклопакета);
- улучшенные стыки стен (перекрытие частей рамы);
- развитие новых методов остекления и термально улучшенные крайние уплотнители;
- новые материалы и покрытия, обеспечивающие меньшую теплопроводность и меньшие потери тепла;
- использование вакуумных изоляционных панелей (VIP), обеспечивающих улучшенную термоизоля-цию (теплопроводность 0,004 W/(m2K);
- устранение потери тепла при вентиляции путем увеличения герметичности, при этом сохраняя необходимый минимум вентиляции для поддержания гигиенических условий внутри помещения;
- спаренные окна и двойные фасады, где пространство внутри используется для солнцезащитных систем, контроля над светом и его отклонением, устройства вентиляции и системы выработки энергии;
- меньшее использование искусственного света – большее использование солнечного света;
- использование фототермальных и фотогальванических устройств.

Оптимизация остекления

Производители стекла также предлагают инновационный дизайн стекла повышенной термостойкости. Было достигнуто существенное снижение потери тепла – коэффициент теплопередачи составляет 0,5 W/(m2K). Такой показатель достигается использованием конструкций с тремя стеклопакетами, наполненными внутри камер высококачественными инертными газами, такими, как криптон и ксенон. Наполнение аргоном более дорогостоящее, хотя и обеспечивает коэффициент теплопередачи 0,7 W/(m2K). Дальнейших улучшений можно достичь путем использования термально оптимизированных крайних уплотнителей и большей крайней накладкой. Краевая накладка толщиной 25 мм может улучшить коэффициент теплопроводности окна до ∆U = 0,05 W/(m2K). Позитивным побочным эффектом является увеличение температуры поверхности по краям стеклопакета, что снижает образование конденсата при низких температурах на улице. Вакуумное остекление пока еще находится в стадии разработки. На сегодняшний день показателя между 0,8 и 1,0 W/(m2K) можно легко достичь, но показателя в 0,5 W/(m2K) можно будет ожидать через несколько лет. Легкость и толщина (8–10 мм) таких конструкций дают много преимуществ: это позволит использовать вакуумное остекление как замену однокамерного стеклопакета. Использование этой технологии в двухкамерных и даже в трехкамерных системах позволит достигнуть еще больших преимуществ.

Вентиляция окон

В то время как пассивная потеря тепла все снижается и снижается, потеря тепла при вентиляции становится даже больше и сводит все показатели теплопередачи на нет. Контролированная, запланированная вентиляция становится чрезвычайно важной, так как новые строительные дизайны намного герметичнее, чем раньше, но неправильная вентиляция пользователями здания меняет внутренний климат в здании. Если пользователи продолжают вентилировать здание после улучшения так же, как и до улучшения, очень часто уровень влаги в здании растет. В зависимости от поставленной задачи и типа здания очень важно определиться, какая система вентиляции более подходящая – централизованная или нецентрализованная. Исследования показали, что адаптация строительной концепции к нецентрализованной системе вентиляции ведет к высокому одобрению среди пользователей, а также выгодна в плане экономии пространства. Чтобы помочь в оценке качеств инновационных устройств нецентрализованной системы вентиляции, ift Rosenheim подготовил руководство «LU01engl/1 – Системы вентиляции для окон», в котором содержится множество практических советов по оценке и планированию.

Мехатроника повышает комфорт

Электронные и электротехнические компоненты являются ключевыми технологиями для оконной промышленности, так как обеспечивают соответствие требованиям энергоэффективности, комфорту в эксплуатации, безопасности и надежности, а также доступности. В современных офисных зданиях «умные» окна, фасады могут снизить использование кондиционеров и искусственного освещения, тем самым повышая благополучие пользователей. Интеграция таких коммуникаций здания, как солнцезащитные системы, устройства вентиляции, освещение фасадов зданий, может принести много выгод и преимуществ. Сенсоры измеряют такие переменные, как качество воздуха, интенсивность света, влажность и температуру, а триггер автоматически реагирует на то, чтобы отвечать нуждам пользователей. Остаются еще некоторые проблемы, связанные с использованием электронных компонентов, и проблема подключения их к коммуникациям здания, так как есть нехватка правил и спецификаций касательно расположения и, например, правильного использования электросети. Поэтому ift Rosenheim составил руководство EL-01/1 «Электронные системы в окнах, дверях и фасадах», в котором содержится множество практических советов по дизайну, планированию и использованию.

Стеклянные фасады нуждаются в солнцезащитных устройствах

Тенденция к использованию стекла в архитектуре некоторое время развивалась бесконтрольно. Однако теперь в Германии ведутся дискуссии по поводу комфортного показателя температуры летом, как результат таких дискуссий ученики в школе получили выходные из-за жары. При более детальном расследовании выяснилось, что много проблем возникло из-за того, что солнцезащитные устройства использовались неправильно, а стандарты EnEV, DIN V 18599 и DIN 4108-2 не соблюдались. Солнцезащитное стекло может быть эффективным, легковнедримым и относительно недорогим, но такое стекло часто не справляется с высокими температурами внутри помещения в летнее время года. Таким образом, дополнительная защита от солнца не просто важна, а жизненно необходима. Ранее внешние солнцезащитные устройства имели один недостаток – они были неустойчивыми к сильным порывам ветра, но современный дизайн может противостоять потоку ветра силой 11 пунктов по шкале Бофорта. Использование спаренных окон и двойных фасадных систем подразумевает использование солнцезащитных и вентиляционных устройств в зоне, где они защищены от непогоды, но такие оконные системы более требовательны к дизайну и конструкции. Как альтернатива – внедрение солнцезащитных устройств в пространство внутри окна (внутрирамные устройства), что можно использовать в стандартных оконных и фасадных конструкциях. Помимо защиты от солнца, еще важно обеспечить достаточное количество дневного света внутри помещения, а также обеспечить хорошую защиту от ослепительного солнечного блеска. Лучший способ достижения этого – использование солнцезащитных устройств, ориентированных на угол падения солнечных лучей. В основе таких устройств лежит использование таких законов физики, как преломление (призмы) и отображение (зеркальные отражатели).

Окна и фасады как источники энергии

Количество солнечной энергии, доступной для использования, превышает энергетические потребности планеты в 3000 раз. Это говорит о том, что есть смысл использовать эту энергию с помощью окон, фасадов и остекления. Для того чтобы оценить энергоэффективность (солнечную эффективность) остекления и окон, важно учитывать не только коэффициент теплопроводности, но и также общий коэффициент пропускания энергии остекления (g). По этой причине коэффициент пропускания энергии остекления постоянно улучшается путем использования новых покрытий, и на сегодняшний день достигнут показатель в 0,6 для двухкамерного стеклопакета, при этом коэффициент теплопроводности составляет 0,7 W/(m2K). «Солнечные», «энергосберегающие» и «энергонакапливающие» дома используют солнечную лучистость, применяя такие технологии, как контролируемое затенение и теплохранение, тем самым, являясь красноречивым примером полностью автономного дома. Солнечная радиация также может использоваться фототермальными и фотогальваническими устройствами, внедренными внутрь каркаса здания. Таким образом, речь идет о компонентах, которые просто «добавляются» в здание. Но имеет больший смысл спроектировать их на двойные функции, например, фотогальванические элементы могут использоваться непосредственно как кровля для крыши и фасадов. Ожидается, что тонкие пленочные фотогальванические элементы произведут революцию в строительстве, когда станут широкодоступными на рынке. Такие устройства будут лишь немного дороже, чем стандартная кровля фасадов, и они будут производить большое количество энергии даже при слабом солнечном свете и тогда, когда солнце находится с другой стороны здания.

Строительные компоненты как защита от природных катастроф

Помимо сбережения энергии и снижения выбросов CO2, защита от наводнения и штормов – это еще одна необычайно важная тема. К 2050 году ожидается повышение средней летней температуры в Германии на 2–5°C, что приведет к более частым тепловым волнам, грозовым бурям, штормам и штормовым волнам. Вследствие чего собственники зданий и жители ищут подходящие способы защиты своих домов. Реакцией страховых компаний на такую ситуацию стало повышение платы в зонах риска. Окна и двери с защитой от наводнения, протестированные согласно руководству ift Guideline FE-07/1 (Окна и двери с защитой от наводнения), защищают дома от наводнения – факт, который признан страховыми компаниями и как результат – уменьшение платы за страховку.

Заключение: стройте рентабельно!

Оживленные дискуссии по поводу окружающей рентабельности в целом привлекли внимание к тому, что здания используют слишком большой объем энергии и ресурсов. Инновационные технологии широко используются в строительстве нежилых и промышленных объектов. Исследовательский проект EnOB (энергооптимизированное строительство), проведенный в 2008 году, анализировал практическое применение инновационных строительных концепций для нежилых зданий и пришел к следующим интересным выводам:
- разница между задекларированным и реальным потреблением энергии часто слишком большая;
- потребление электричества составляет до 70% от общего потребления энергии. Эффективные системы осветления могут существенно снизить потребление электричества;
- охлаждение составляет больше чем 10% от первичного потребления энергии;
- системы вентиляции эффективно спроектированы, но используются неэффективно.
Таким образом, наибольших улучшений можно достигнуть путем целостного анализа и постоянной оптимизации фасадной и строительной технологий, а также снижения использования искусственного освещения. Инновационные окна и фасады могут сделать существенный вклад в решение этого вопроса.

Юрген Бениц-Вильденбург, директор департамента PR & Kommunikation, ift Rosenheim, Германия