RODO baner1

 aby móc przekazywać Ci informacje o nowych wyrobach, technologiach i wydarzeniach

 

 

z branży szklarskiej, okiennej i fasadowej

 

 

zgodnie z nowymi przepisami o ochronie danych osobowych RODO - WIĘCEJ INFORMACJI

 

 

25575923 

 

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 2
Data dodania: 06.03.09

Świadomość ekologiczna w architekturze wsparta wysokim poziomem technologii materiałowej procentuje nowym podejściem w kształtowaniu budynku. Obiekt nie jest już strukturą skierowaną na ujarzmienie otoczenia, w którym się znajduje. Z założenia staje się jego integralną częścią. Na tym tle wydobywa się rola ścian zewnętrznych jako elementów pośredniczących pomiędzy wnętrzem a otoczeniem.

Pojmowanie ściany zewnętrznej, jako monofunkcyjnej przegrody budowlanej staje się coraz bardziej nieaktualne. W nowym pojęciu, ściana zewnętrzna jest przegrodą interaktywną o wielorakim spektrum zadań - przegrodą reagującą na zmienne warunki otoczenia i w kontrolowany sposób wykorzystującą jego energię. Jednym z bardziej interesujących przejawów tego podejścia jest kształtowanie wielofunkcyjnych ścian aktywnych słonecznie.

Wielofunkcyjna ściana z kolektorem i ogniwami PV
Interesujący prototyp ściany z absorberem i ogniwami PV przedstawiono na międzynarodowej konferencji EuroSun 2004 we Freiburgu (fot. 6).

Multifunkcyjny system ściany słonecznej składa się z trzech podstawowych elementów:
 przegrody szklanej o podwyższonych właściwościach termoizolacyjnych;
 ruchomych elementów żaluzjowych o funkcji refleksyjno-zacieniającej;
 kolektora (absorbera z rurą do przepływu czynnika grzewczego) oraz ogniw fotowoltaicznych.

Dzięki takiej budowie, ściana może pełnić jednocześnie zadania: pasywnego i aktywnego wykorzystania energii słonecznej, optymalizacji dostępu światła dziennego oraz jako element budowlany zintegrowany z architekturą.

Działanie ściany opiera się w głównej mierze na mobilności systemu żaluzjowego. Ściana występuje w dwóch pozycjach – otwartej i zamkniętej. W pozycji otwartej umożliwia dostęp światła słonecznego do wnętrza. Żaluzje spełniają rolę elementów refleksyjnych, odbijając promienie słońca w kierunku pomieszczeń.

W pozycji zamkniętej stanowią z kolei ochronę przed dostępem promieni słonecznych, zacieniając pomieszczenie. Jednocześnie w tej pozycji, żaluzje są optymalnie dostosowane do aktywnego wykorzystywania energii słonecznej w przemianie fototermicznej i fotowoltaicznej.

W tym położeniu kolektor oraz ogniwa PV są całkowicie wyeksponowane na oddziaływanie promieni słonecznych. Żaluzje mają kształt wycinka paraboli. Ich kształt jest wynikiem obliczeń matematycznych mających na celu wypracowanie optymalnego kształtu w aspekcie odbijania światła do środka lub na zewnątrz. Do ich budowy wykorzystano wysoko refleksyjną aluminiową powłokę.

Funkcją żaluzji, obok zadań refleksyjno-zacieniających jest: uatrakcyjnienie estetyczne wnętrza, ochrona termiczna szklanej ściany oraz koncentrowanie promieniowania słonecznego na absorberze. Dwa ostatnie zadania wiążą się ze wzrostem efektywności funkcjonowania kolektora. Im większa ochrona termiczna, tym mniejsze straty  ieplne. Koncentracja wiązki promieniowania słonecznego na powierzchni absorbera z kolei, zwiększa ładunek energetyczny ulegający konwersji w ciepło.

Budowa ściany jest też wynikiem respektowania potrzeb estetycznych. Zdaniem jej twórców ściana może być znakomicie zintegrowana z architekturą budynku. Wartymi podkreślenia walorami ściany są według nich mobilność i interesujący kształt żaluzji.

W tej chwili ściana testowana jest z myślą o wdrożeniu w domach jednorodzinnych. Powstał prototyp oraz zastosowanie w domu jednorodzinnym w Alvkarleby (Szwecja). W przyszłości podobne rozwiązania mają być testowane dla zastosowań w budynkach większych, w tym m.in. biurowych. Znaczne nadzieje wiąże się z ich zastosowaniem jako elementów podwójnych elewacji szklanych.

Wielofunkcyjne ściany ze ściennymi kolektorami słonecznymi
W budynku biurowym „WAT GmbH” w Karlsruhe (Niemcy – fot. 7) południowa elewacja stanowiąca fasadę obiektu jest zaprojektowana z myślą o maksymalnej utylizacji energii słonecznej zarówno w sposób pasywny i aktywny. Rozwiązanie aktywne reprezentuje tu 59 płaskich kolektorów powietrznych o łącznej powierzchni 59m2. Są to kolektory ścienne, które zostały wbudowane w pas podokienny i zintegrowane z kanałami cyrkulacyjnymi w stropie. Wykorzystuje się je bezpośrednio do ogrzewania i chłodzenia przylegających celkowych pomieszczeń biurowych (fot. 7a).

W okresie grzewczym (1), kolektory podgrzewają zimne powietrze zewnętrzne (Z), które za pośrednictwem kanałów cyrkulacyjnych, przedostaje się do wnętrza budynku. Przepływ powietrza umożliwiają wentylatory elektryczne. Wstępnie ogrzane powietrze (C) wydostaje się otworami cyrkulacyjnymi w podłodze pokoi biurowych oraz na korytarzu. W okresie letnim, po ustaniu operacji słonecznej (3), kanały cyrkulacyjne służą wietrzeniu nocnemu pomieszczeń.

Chłodne powietrze zewnętrze przedostaje się do pomieszczeń, jednocześnie schładzając masywne, żelbetowe stropy budynku, które pełnią rolę elementów magazynujących ciepło. W trakcie dnia (2), schłodzone stropy pochłaniają ciepło i stanowią element pasywnego chłodzenia budynku. Ponadto następuje odcięcie przepływu powietrza ogrzanego w kolektorze do kanałów cyrkulacyjnych.

Ciepłe powietrze z kolektora odprowadzane jest na zewnątrz, zapobiegając przegrzewaniu się wnętrza. Kontrola warunków termicznych odbywa się poprzez regulację prędkości obrotowej wentylatorów, które rozprowadzają powietrze w kanałach cyrkulacyjnych.

System kolektorowy nie jest jednak wystarczający do utrzymania komfortowych warunków termicznych i współpracuje z innymi rozwiązaniami słonecznymi: m.in. ścianą kominową (formą tzw. komina słonecznego). Za pasywne zyski słoneczne z kolei odpowiedzialne są okna słoneczne wyposażone w rozbudowany system półek przeciwsłonecznych i rolet. Półki wsparte są na samodzielnym stelażu konstrukcyjnym, który wysunięto przed lico ściany.

Niestety takie wysunięcie powoduje okresowe zacienienie powierzchni kolektorów słonecznych i tym samym spadek efektywności ich funkcjonowania. Z drugiej strony, dzięki zastosowaniu tak rozbudowanego systemu zacieniającego, sterowanie dopływem promieni słonecznych jest skuteczne i przekłada się na efektywną kontrolę oświetlenia naturalnego oraz zysków cieplnych z nasłonecznienia. Wpływa też na wykreowanie wizerunku obiektu zaawansowanego technologicznie o ekspresyjnej architekturze.

Kolektory, choć słabo widoczne, w sensie estetycznym są integralnym elementem budynku, niejako przedłużeniem przeszklonego pasa okiennego. Mimo odmiennej faktury i monotonnej czarnej kolorystyki nie wpływają negatywnie na estetykę fasady – przeciwnie, przyczyniają się do „ożywienia” elewacji, w pewnym stopniu podnosząc jej walory kompozycyjne i plastyczno-malarskie.

Należy jednak podkreślić, że jednym z większych problemów hamujących proces integracji kolektorów słonecznych z architekturą jest ich brak różnorodności kolorystycznej i adaptacyjności do konkretnych uwarunkowań formalno--przestrzennych. Problem ten jest szczególnie odczuwalny, gdy planowane jest zastosowanie tych elementów w obrębie fasady, czyli płaszczyźnie, która podlega silnej percepcji wzrokowej.

Badania ankietowe wykazują, że prawie 80% architektów uważa ten fakt za poważny problem. Ponadto kolektory słoneczne są często uważane za elementy o niskim poziomie estetycznym, które mogą wręcz obniżać walory architektoniczne budynku. Problemem są tu na ogół widoczne przez szybę kolektora: niedoskonałości powierzchni czarnego absorbera oraz widoczne  ukty nośników ciepła. Architekci wykazują potrzebę zmiany tego stanu, nawet kosztem zmniejszenia wydajności kolektorów.

Powstał austriacki program prowadzony przez ALE INTEC, który zmierza do zwiększenia atrakcyjności kolektorów słonecznych jako elementów budowlano-architektonicznych.

Jednym z przedmiotów badań są płaskie kolektory ścienne z zewnętrzną, różnobarwną warstwą szklenia (fot. 8). Różnobarwność kolektorów uzyskuje się poprzez nałożenie na zewnętrzną taflę szklenia kolorowej powłoki antyrefleksyjnej. Powłoka ta odbija jedynie niewielką część pasma widzialnego, pozwalając większości energii słonecznej na przechodnie przez nią.

Częściowo zakrywa niekorzystne cechy estetyczne kolektora, m.in. nierówności powierzchni absorbera, rury rozprowadzające ciepło. Różnobarwność i zmniejszenie przejrzystości są w aspekcie estetycznym głównymi zaletami, przyczyniając się do „ożywienia” i podniesienia walorów plastyczno-malarskich elewacji.

W ramach projektu badawczego prowadzonego przez Laboratory of Solar Energy w Bazylei we współpracy z tamtejszym Uniwersytetem, prowadzone są badania nad modyfikacją przeźroczystości szklenia bez ponoszenia kosztu w postaci spadku efektywności.

Ostatnio opracowano cienkie powłoki (błony), które w niewielkim stopniu zmniejszają dostęp energii promieniowania słonecznego na powierzchnię absorbera. Można dość swobodnie dobierać stopień refleksyjności (=przejrzystości) oraz kolor tych powłok.

Wydaje się, że kolektory te stanowią przyszłościowe rozwiązanie dla kształtowania szklanych fasad budynku zintegrowanych z technologią kolektorów słonecznych. Przez zestawienie okien i półprzejrzystych paneli szklanych stanowiących kolektor, można uzyskać jednolitą estetycznie, szklaną fasadę.

Możliwe jest też ich stosowanie w podwójnych elewacjach szklanych. W tym ostatnim przypadku, kwestią otwartą będzie pozostawać pytanie, jak optymalnie dobrać przeźroczystość szklenia, aby ukryć wady estetyczne absorbera, jednocześnie zachowując efekt przestrzenności elewacji.

Innym ciekawym rozwiązaniem jest zestawienie kolorowej warstwy szklenia kolektora z technologią szklenia typu „frosted” (szkło „zamarznięte”). Otrzymuje się półprzeźroczysty, kolorowy materiał o interesujących cechach fakturowych. Wreszcie badania prowadzone są pod kątem możliwości w zakresie sposobu montowania kolektorów ściennych. Jednym z celów jest znalezienie optymalnego rozwiązania dla bezramowego łączenia kolektorów w obrębie szklanej elewacji.

Powyższe przykłady potwierdzają zróżnicowanie podejścia w kształtowaniu ścian aktywnych słonecznie. Można wskazać jednak pewne tendencje przeważające. Wydaje się, że jedną z istotniejszych ról odgrywa stosowanie systemów zacieniających bądź zacieniająco-refleksyjnych.

Mogą to być elementy tradycyjne (np. żaluzje), ale dla uzyskania multifunkcyjności ściany, coraz częściej projektowane są w postaci modułów PV, a ostatnio także elementów zintegrowanych z kolektorami cieplnymi. Łączenie elementów żaluzjowych z modułami PV i kolektorami ciepła należy uznać za jedno z bardziej uzasadnionych i obiecujących rozwiązań w aspekcie zintegrowania wielofunkcyjnych ścian aktywnych słonecznie z architekturą.

Charakterystyczna tendencją jest proces estetycznego łączenia technologii kolektorów cieplnych z fasadą obiektu. To, co w latach 90-tych zaistniało w technologii fotowoltaicznej i zyskało miano fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem (BIPV – ang. Building Integrated Photovoltaics), w tej chwili pojawia się na gruncie technologii kolektorów słonecznych.

Godne uwagi jest również łączenie ścian kolektorowych – a więc nietransparentnych ścian słonecznych z technologią fotowoltaiczną.

Należy spodziewać się dalszych interesujących rozwiązań. Postęp w zakresie kształtowania ścian helioaktywnych będzie szedł głównie w kierunku udoskonaleń: adaptacyjno-estetycznych, funkcjonalno-użytkowych, ekonomicznych i rzecz jasna, technologiczno-energetycznych. Optymalne rozwiązania znajdą szersze zastosowanie w nowoczesnej architekturze proekologicznej.

Dr inż. arch. Janusz Marchwiński

patrz też:

- Szkło termotropowe i fotochromatyczne w budownictwie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2007 ,

 

- Szklenie gazochromatyczne w architekturze , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2007 
 
- Arkada słoneczna budynku „Solar Fabrik” we Freiburgu , Janusz Marchwiński,  Świat Szkła 5/2007


- Interaktywne, adaptacyjne, multimedialne – elewacje przyszłości , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 4/2007

 

- Szklenie elektrochromatyczne w budownictwie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 3/2007 

 

- i-modul Fassade – przełom w regulacji mikroklimatu budynku , Marcin Brzeziński, Świat Szkła 2/2007

 

- Możliwości technologiczne szkła a poszukiwanie rozwiązań proekologicznych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 2/2007

 

- Wielowarstwowe elewacje przeszklone a koncepcja przegrody interaktywnej ,  Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 1/2007 

 

- Budynki wielkoskalarne jako struktury szklarniowe Część 2, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 1/2007

 

- Fasady. Rozwój i nowoczesność , Tadeusz Tarczoń, Świat Szkła 1/2007

 

- Kierunki rozwoju w projektowaniu elewacji przeszklonych , Katarzyna Zielonko-Jung, Świat Szkła 12/2006 

 

- Budynki wielkoskalarne jako struktury szklarniowe cz. 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2006

 

- Problem kształtowania okien słonecznych cz. 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 11/2006

 

- Problem kształtowania okien słonecznych cz. 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 10/2006

 

- Budynek Centrum Olimpijskiego w Warszawie , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 9/2006

 

- Technologia fotowoltaiczna na dachach budynków - spojrzenie architektoniczne , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2006

 

- Kompleks biurowy RONDO-1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 5/2006

 

- Energetyczna rola szklenia w zewnętrznych przegrodach budowlanych, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 12/2005

 

- Fasadowość architektury słonecznej - na przykładach budynków biurowych , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 11/2005 

 

- Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 10/2005

 

- Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 9/2005

 

- Przestrzeń wewnętrzna atriów przeszklonych , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 8-8/2005

 

- Funkcja estetyczna struktur szklarniowych w architekturze. Część 2 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2005 

 

- Funkcja estetyczna struktur szklarniowych w architekturze. Część 1 , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 4/2005

- Aspekt użytkowy przestrzeni szklarniowych w budynkach biurowych i przemysłowych Część 2, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 3/2005

- Aspekt użytkowy przestrzeni szklarniowych w budynkach biurowych i przemysłowych Część 1, Janusz Marchwiński, Świat Szkła 2/2005 

więcej informacji: Świat Szkla 10/2005

Fot. 6. Koncepcja wielofunkcyjnej ściany słonecznej z ogniwami PV i kolektorami cieplnymi w
obrębie systemu zacieniająco-refleksyjnego

Fot. 7. Ściana aktywna słonecznie z rozbudowanym systemem zacieniającym i ściennymi
kolektorami słonecznymi – budynek biurowy „WAT” w Karlsruhe

Fot. 8. Słoneczne kolektory cieplne zintegrowane ze szklanym systemem osłonowym. Koncepcja
zróżnicowania kolorystycznego kolektorów

 

 

 

01 chik
01 chik