Aktualne wydanie

ss 11 2018 okladka

Swiat-Szkla-V1B-BANNER-160x600-PL-BAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 konferencja 2018 banner

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

 

konferencja 2018 banner

 

 lisec SS FastLAne

 

 windoor tech550x120

 

 

Wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie w architekturze. Część 1
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 zaznacza 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.



Rozmiar: 31631 bajtów

Rozmiar: 45575 bajtów 

Ściany aktywne słonecznie to takie przegrody, które w sposób kontrolowany pozwalają na wykorzystanie energii słonecznej. Są to, rzecz jasna, ściany zewnętrzne, podlegające bezpośredniej insolacji. Ściany te mogą być dostosowane do tzw. pasywnego1 i aktywnego wykorzystania energii słonecznej. O wielofunkcyjnych ścianach będziemy mówić wówczas, gdy oba te sposoby zostają wprzęgnięte w koncepcję projektową ściany lub też gdy w ramach jednego sposobu zakłada się kilka koncepcji utylizacji energii słonecznej. Ponadto ściany te muszą spełniać warunek w pełni zintegrowanego elementu architektonicznego dostosowanego do potrzeb użytkowych wnętrza. Muszą też uwzględniać aspekty estetyczne, co stanowi istotę integracji architektonicznej.
Na przestrzeni ostatnich lat powstało wiele interesujących pomysłów stworzenia wielozadaniowej ściany aktywnej słonecznie. Łączono w nich elementy rozwiązań aktywnych - kolektorów słonecznych do produkcji ciepła, czy modułów PV do produkcji energii elektrycznej z elementami rozwiązań pasywnych - zaawansowanymi technologicznie osłonami szklanymi, systemami zacieniającymi itd.
Niektóre pozostały w fazie prototypowej, inne znalazły zastosowanie w architekturze, jeszcze inne są testowane i ich wdrożenie do przemysłu zapewne wkrótce nastąpi.

Poniżej zaprezentowane zostaną wybrane, najbardziej interesujące zdaniem autora wielofunkcyjne ściany aktywne słonecznie, które oddają zróżnicowanie w podejściu do kształtowania wielozadaniowych nowoczesnych przegród helioaktywnych.

Jednowarstwowa ściana wielofunkcyjna z modułami PV

Na targach Swissbau'93 zaprezentowano jeden z pierwszych prototypów wielofunkcyjnej ściany słonecznej z zastosowaniem modułów fotowoltaicznych (fot. 1).

Jednowarstwowa ściana łączy w sobie koncepcję pasywnego wykorzystania energii słonecznej ze sposobem aktywnym, który reprezentują tu moduły PV.

Jest elementem systemu dostosowanego do pasywnej utylizacji energii słonecznej i należy ją rozpatrywać wraz z pomieszczeniem wewnętrznym, którą jest tu typowa jednostka biurowa.

Ściana złożona jest z przegrody szklanej i z usytuowanych poniżej ściennych modułów PV oraz modułów PV zacieniających.

Ścienne moduły PV mogą zmieniać kąt nachylenia, dostosowując położenie do kierunku padania promieni słonecznych. Są elementem okładzinowym wypełniającym powierzchnię pod-okienną. Ich rola jest zatem dwojaka: jako elementu estetycznego i generatora elektryczności.

Moduły zacieniające są uzupełnieniem pasywnego systemu wykorzystania energii słonecznej. Również zostały zaprojektowane jako układ mobilny. Pozwala to nie tylko na optymalne ich ustawienie względem słońca, ale dzięki zmiennej geometrii, także na skuteczne zacienianie pomieszczenia biurowego w ciepłe słoneczne dni i jego odsłonięcie w okresach, kiedy dostęp promieni słonecznych do wnętrza jest pożądany. Ich położenie w żadnym wypadku nie zakłóca osobie siedzącej kontaktu wzrokowego z otoczeniem. System zacieniający znajduje się mniej więcej w połowie wysokości okna, tworząc podział okna na część dolną, której głównym zadaniem jest zapewnienie kontaktu wzrokowego z otoczeniem i część górną odpowiedzialną za efektywne pozyskiwanie światła i ciepła słonecznego (część górną wyposażono dodatkowo w zespół drobnych żaluzji poziomych).

Mobilność i zmienna geometria systemu daje znaczny potencjał uzyskiwania ekspresyjnych efektów zmienności budynku w czasie.

Dla równomiernego rozprowadzania światła naturalnego we wnętrzu, zaprojektowano stropy o łukowym profilu. Profil ten jest skuteczniejszy też w aspekcie akumulowania ciepła z nasłonecznienia. Strop wraz z przegrodą szklaną i systemem zacieniającym tworzą pasywny system słoneczny.

Choć w oryginalnej formie prototyp ściany nie znalazł zastosowania, posłużył jako pierwowzór dla wielu realizacji architektonicznych, w których zastosowany fotowoltaiczny system zacieniający tzw. „shadowvoltaic system" został wprzęgnięty w koncepcję pasywnego wykorzystania energii słonecznej. Znakomity przykład stanowi tu budynek laboratoryjny „ECN 31" w Petten (Holandia) - zob. „Świat Szkła" 11/04, s. 21-2.
Dwuwarstwowe ściany wielofunkcyjne z modułami PV

Dwuwarstwową ścianę wielofunkcyjną z zastosowaniem modułów PV zastosowano w budynku biblioteki w Ma-taro (Hiszpania - fot. 2).

Stanowi ona południową fasadę obiektu. Górną część fasady tworzą tradycyjne panele szklane. Dolną - moduły fotowoltaiczne - nieprzeźroczyste i przeźroczyste częściowo. Efekt częściowej przeźroczystości uzyskano poprzez rozsunięcie krzemowych, polikrystalicznych ogniw PV w obrębie modułu.

Moduły PV stanowią komponent elewacji dwupowłokowej (ang. double skin elevation), tworząc wraz z górnymi panelami szklanymi jej zewnętrzną powłokę. Powłoka ta odsunięta jest od wewnętrznej płaszczyzny szklenia o 15 cm. Przestrzeń międzypowłokowa służy cyrkulacji powietrza i jego wymianie pomiędzy wnętrzem budynku a otoczeniem. W wyniku emisji ciepła, będącej efektem ubocznym konwersji fotowoltaicznej, powietrze w przestrzeni międzypowłokowej zostaje ogrzane. Uzyskiwana w ten sposób energia termiczna wykorzystywana jest do pasywnego ogrzewania pomieszczeń w okresie grzewczym, przedostając się przez uchylne otwory cyrkula-cyjne do wnętrza. W lecie system działa odwrotnie. Ogrzana przestrzeń między-powłokowa funkcjonuje jako komin wywiewny, wzmagając naturalną wentylację wyporową (poprzez efekt kominowy), analogicznie jak w tradycyjnych podwójnych elewacjach szklanych. Rozwiązanie to stanowi tym samym kolejny krok w rozwoju tego typu elewacji, a elewacyjne moduły PV pełnią tu nie tylko rolę generatora prądu elektrycznego oraz przegrody zewnętrznej, ale także składnika pasywnego systemu ogrzewania słonecznego oraz naturalnej wentylacji pomieszczeń.

Dwuwarstwowy, lecz odmienny system z zastosowaniem technologii PV pokazano także na targach Constru-ctec w 1996 roku w Hanowerze (fot. 3).

Koncepcja opiera się na stworzeniu podwójnej elewacji szklanej, w której zewnętrzną powłokę stanowią 3 rzędy paneli uchylnych. Dwa z nich, dolny i środkowy, są elementami wyłącznie szklanymi, trzeci został uzupełniony ogniwami fotowoltaicznymi. W przestrzeni międzypowłokowej zastosowano system refleksyjno-zacieniający, zaś wewnętrzną przegrodę stanowi przegroda szklana z uchylnym górnym otworem cyrkulacyjnym i przesuwnymi drzwiami balkonowymi.

Technologia PV służy produkcji elektryczności oraz pasywnemu wykorzystaniu energii słonecznej i naturalnej wentylacji. W dni letnie, zewnętrzne panele są uchylane, aby zwiększyć skuteczność wentylacji. Uchylenie paneli i otwarcie drzwi balkonowych oraz elementów cyrkulacyjnych w ścianie wewnętrznej sprzyja nocnemu chłodzeniu i wentylacji poprzecznej. Elementy zacieniająco-refleksyjne chronią przed przegrzewaniem się wnętrza i kontrolują poziom oświetlenia naturalnego.

W pozycji otwartej, nachylenie górnego panelu z ogniwami PV tworzy z wysoko operującym letnim słońcem kąt zbliżony do prostego, a więc optymalny w aspekcie generowania prądu.

W dni zimowe, zamknięcie paneli pozwala na uzyskiwanie efektu szklarniowego. Ciepłe powietrze w przestrzeni międzypowłokowej przedostaje się do wnętrza. Ogrzanie następuje również dzięki metalowym elementom zacieniającym, które absorbują, a następnie wypromieniowują ciepło słoneczne do otoczenia. Elementy żaluzjowe w sposób kontrolowany odbijają promienie słoneczne do wnętrza, potęgując zyski cieplne z nasłonecznienia oraz zwiększając dopływ światła naturalnego do wnętrza. Pionowe położenie górnego panelu z ogniwami PV jest również korzystne w aspekcie generowania elektryczności, gdyż uwzględnia niższe położenie zimowego słońca na horyzoncie, a zatem sprzyja uzyskiwaniu optymalnego kąta prostego pomiędzy promieniami słonecznymi a ich płaszczyzną. Prąd z ogniw PV służy napędzaniu elektrycznie sterowanych paneli.
Masywne stropy i podłogi są wyposażone w dukty przepływu czynnika grzewczego lub chłodzącego. Podobnie jak w prototypie z targów Swissbau, elementy te stanowią wraz ze ścianą pasywny system słoneczny.

Przeszklona ściana z systemem żaluzjowym „HDS" i technologią PV

Interesującym rozwiązaniem wielofunkcyjnej ściany aktywnej słonecznie jest połączenie technologii szklenia holograficzno-dyfrakcyjnego (HDS) z technologią fotowoltaiczną w obrębie struktury szklarniowej (fot. 4).

Struktury holograficzno-dyfrakcyjne w postaci zewnętrznych żaluzji pionowych zastosowano w zadaszeniach ogrodów zimowych, nachylonych pod kątem 40o do podłoża i zorientowanych

na południe. Cała przeszklona ściana, podobnie jak poprzednio omówione przykłady, łączy w sobie pasywne i aktywne sposoby wykorzystania energii słonecznej. Służy dwóm podstawowym celom:

• zapewnieniu ochrony przeciwsłonecznej w zależności od natężenia światła dziennego (warunków pogodowych);

• wykorzystaniu energii słonecznej do oświetlenia, ogrzewania wnętrza oraz produkcji prądu elektrycznego.

Dla zwiększenia efektywności działania żaluzji, elementy zostały wyposażone w heliostaty - system komputerowego sterowania położeniem żaluzji w zależności od kierunku padania promieni słonecznych. Budowa żaluzji ze szkła holograficzno-dyfrakcyjnego pozwala na skupianie lub rozpraszanie

strumienia światła słonecznego. W ciepłe słoneczne dni promienie słoneczne, przechodząc przez elementy żaluzjowe zostają zogniskowane na półprzeźroczystych elementach szklanej ściany ogrodu zimowego. Elementami tymi są: szkło zadrukowane oraz szkło laminowane z zastosowaniem ogniw fotowoltaicznych. Po przejściu przez półprzeźroczystą przegrodę, światło słoneczne ulega rozproszeniu. Jednocześnie, padając w skupionej formie na powierzchnię ogniw PV, sprzyja efektywności generowania prądu elektrycznego.

W chłodniejsze dni promienie słoneczne przedostają się przez żaluzje w postaci rozproszonej po linii prostej, zaś w okresach grzewczych uchylenie żaluzji pozwala na bezpośredni dostęp promieni słonecznych do środka.

Należy podkreślić tu również walory estetyczne: zmienność obrazu elewacji w zależności od nachylenia żaluzji.

Ściana kolektorowa z modułami PV

W budynku biurowo-produkcyj-nym „WAG Factory" w Oberentfelden (Szwajcaria) wprowadzono rzadko spotykane rozwiązanie polegające na połączeniu ściany kolektorowej z technologią fotowoltaiczną (fot. 5).

Elementy te tworzą w całości południową elewację budynku. Zewnętrzną warstwę ściany kolektorowej stanowi czarna blacha falista. Materiał ten o wysokich właściwościach termoabsorpcyj-nych sprzyja efektywnemu pozyskiwaniu ciepła z nasłonecznienia. Energia termiczna przekazywana jest to zbiorników cieplnych umieszczonych w górnej, wewnętrznej partii ściany i za pośrednictwem wymiennika ciepła oraz duktów cieplnych jest przekazywana w głąb przestrzeni wewnętrznej budynku.

Na zewnętrzną warstwę ściany nałożono system bezramowych modułów fotowoltaicznych ze stelażem jako konstrukcją wsporczą. Moduły PV mają postać poziomych żaluzji.

Elewacja południowa budynku staje się w ten sposób generatorem zarówno ciepła, jak i energii elektrycznej. W dni letnie, przy wysokim położeniu słońca na horyzoncie, elementy PV korzystnie

zacieniają powierzchnię ściany kolektorowej, same generując maksimum elektryczności. Zimą z kolei, ich nachylenie nie powoduje zacienienia ściany, co umożliwia efektywne pozyskiwanie ciepła słonecznego w tym okresie.

Zastosowanie modułów PV korzystnie ożywiło dość monotonną czarną powierzchnię ściany budynku. Elementy te kreują poziome rytmy i dobrze współgrają z rytmiką pionowych podziałów, jakie wprowadzają ich elementy konstrukcyjne oraz wyżłobienia blachy falistej. Ściana nabiera cech plastycznych - istnieje pierwszy plan elewacji w postaci systemu modułów fotowoltai-czych i jego konstrukcji oraz drugi plan, niejako tło, które stanowią elementy z blachy falistej.

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 9/2005

Pasywność jest tu rozumiana jako sposób polegający na wykorzystaniu naturalnych zjawisk fizycznych, bez potrzeby wspomagania systemu dodatkową energią spoza układu. Nie pozostaje natomiast w sprzeczności z określeniem „ściany aktywnej słonecznie" jako ściany przystosowanej do wykorzystania energii słonecznej, zarówno w sposób pasywny jak i aktywny.

Fot. 1. Prototyp biura z wielofunkcyjną ścianą PV

Fot. 2. Dwupowlokowa fasada PV budynku Biblioteki Publicznej w Mataro

Fot. 3. Koncepcja dwupowlokowej, uchylnej ściany PV

Fot. 4. Ściana z zastosowaniem technologii PV i HDS

Fot. 5. Ściana kolektorowa z systemem modułów PV - elewacja południowa budynku „WAG Factory" w Oberentfelden


 

 

 

01 chik
01 chik