Mianowicie:
- Prognozowanie zmian temperatury i wilgotności w szklarni (Sławomir Grabarczyk);
- Zewnętrzna przegroda przeszklona jako nośnik detalu, ornamentu i znaczeń – wybrane problemy (Maria Jaworska-Michałowska);
- Udział okien w stratach ciepła (Anna Lis);
- Wpływ zestawów szyb o stałych i zmiennych charakterystykach radiacyjnych na bilans cieplny pomieszczenia (Łukasz Nowak i Henryk Nowak).
Ponieważ zasługują na to, omówmy je po kolei:.
1. Dla prognozowania zmian temperatury bardzo przydatne są sztuczne sieci neuronowe. Technologia ta może być zastosowana choćby dla przewidywania zużycia energii cieplnej w szklarniach.
S. Grabarczyk zagadnieniami tymi zajmuje się od ok. 10 lat. W omawianym tekście zaprezentował rezultaty osiągnięte dzięki wykorzystaniu programu Statistica Neural Networks. Obliczenie wykonano dla pełnego roku kalendarzowego (wrzesień 2000 – sierpień 2001). Autor zastosował metodę prognozowania przyczynowo-skutkowego.
W obliczeniach – jak pisze – testowano i uczono sieci neuronowe liniowe, sieci z radialnymi funkcjami bazowymi oraz receptory wielowarstwowe (MLP). Te ostatnie uczono metodą wstecznej propagacji błędu.
W konkluzji autor stwierdził, co następuje: Na przykładzie zmienności promieniowania słonecznego i wywołanej tym zmianie charakterystyki termicznej obiektu przedstawiono problem występowania różnic między wartościami obserwowanymi a prognozowanymi.
Nie oznacza to, że promieniowanie słoneczne czy też stan zamknięcia ekranu istotnie czy też niekorzystnie wpływają na proces uczenia sieci neuronowych. Główną przyczyną jest brak dostatecznie dużej ilości przypadków, odzwierciedlających funkcjonowanie obiektu szklarniowego z dynamicznie zmieniającymi się właściwościami przegrody zewnętrznej, zależnie od zmian zewnętrznych czynników klimatycznych.
Mając na uwadze powyższe wskazane jest uczenie sieci na podstawie co najmniej kilkuletnich pomiarów lub na zbiorach danych o mniejszym interwale, np. dziesięciominutowym. Oczekuje się, że jakość prognozowania parametrów mikroklimatu w szklarni powinny poprawić zbiory o większej ilości zaobserwowanych i analizowanych danych.
2. Stefan Żeromski pisał o szklanych domach, co było traktowane u nas jako nieszkodliwe maniactwo, jako przykład utopijnego myślenia. Tymczasem pierwsze zastosowanie szkła w charakterze dominującego materiału budowlanego przypada na rok 1865. Obiektem wtedy wznoszonym był londyński Crystal Palace wg projektu Josepha Paxtona.
Momentem przełomowym był triumf idei modernizmu. Ten architektoniczny prąd z przegrody zewnętrznej uczynił element osłonowy. Masywna ściana z otworami odeszła do lamusa. Pojawił się element przezroczysty, plaski, gładki. Inny.
Jak stwierdza M. Jaworska-Michałowska: Szklana powierzchnia fasady stała się diafragmą naciągniętą na krawędzi słupów i kondygnacji budynku.
Koncepcje współczesnych fasad, czerpiąc z doświadczeń ostatnich dziesięcioleci „wzbogacają je o nowe wartości”; możliwości technologiczne są wszak dziś nieporównywalnie większe.
Nic nie zastąpi fasady w wypełnianiu jej najważniejszej funkcji: musi ona chronić wnętrze budynku przed wpływami środowiska zewnętrznego. Warunki techniczne (dobra termoizolacyjność, wysoka przepuszczalność promieniowania słonecznego) produkowanych obecnie szyb sprawiają, że możliwa jest elewacja złożona z dużych powierzchni przeszklonych.
Materiały o zmiennej przepuszczalności promieniowania słonecznego posiadają możliwości regulacji funkcji w sposób samoczynny lub sterowany. Rozwiązania owe wykorzystują warstwy, które mogą działać interaktywnie.
Szklenie np. elektrochromowe uważane jest za najbardziej nowatorskie spośród technologii szklenia o zmiennych właściwościach. Cechą charakterystyczną materiałów elektrochromowych jest to, że zmiana ich bilansu jonowego pociąga za sobą zmiany w przejrzystości samego materiału lub jego kolorystyki. Pozyskiwanie i oddawanie jonów przez materiał elektrochromowy następuje dzięki oddziaływaniu prądu elektrycznego. Upraszczając – podłączenie prądu do szyby elektrochromowej powoduje zmianę jej przejrzystości lub barwy. Uruchamianie systemu może być ręczne lub automatyczne. Interesującą metodą kontroli dostępu promieniowania słonecznego są systemy holograficzno-dyfrakcyjne tzw. HDS (ang. Holographic Diffractive Structures).
Rozwiązanie to polega na naniesieniu trójwymiarowych obrazów za pomocą lasera na błonę fotograficzną, która jest wklejona między dwie warstwy szkła. Graficzny motyw (logo, rysunek, wzór, faktura) jest „zapamiętany” w folii. Jest to rodzaj hologramu powodującego zmianę kierunku promieniowania słonecznego padającego na jego powierzchnię. Technologia ta wykorzystuje zjawisko fizyczne, zwane dyfrakcją.
Nader interesująco – zdaniem krakowskiej uczonej – przedstawia się budynek Solar Fabrik we Freiburgu (1998), będący przykładem udanej integracji aktywnych i pasywnych systemów słonecznych. Ten pierwszy tworzy instalacja fotowoltaiczna o łącznej powierzchni 450 m2.
Głównym elementem strategii pasywnej jest przeszklone atrium w formie arkady. Dzięki „efektowi szklarniowemu” dochodzi do przemiany energii w ciepło. Akumulowane jest ono później w ścianach wewnętrznych. Moduły fotowoltaiczne użyte zostały na trzy sposoby. Część tworzy elewacyjny system osłonowy. Te o cechach półprzezroczystych wymieszane zostały z tradycyjnymi panelami szklanymi. I wreszcie, zgrupowane w trzech rzędach, wprowadzają na fasadzie obiektu wyraźne podziały.
Solar Fabrik jest przykładem udanego połączenia ciekawej, „poprawnej politycznie” architektury, a także cywilizacyjnie sensownej, dbałości o ochronę środowiska naturalnego, któremu sprzyja wszystko, co potrafi zaoszczędzić energię.
3. Na ile znaczący jest udział okien w stratach ciepła? Zagadnieniem tym zajęła się Anna Lis, analizując budynki oświatowe, czyli takie, gdzie występują duże powierzchnie przeszklone.
Mniejsza ilość okien to, naturalnie, mniejsze zużycie ciepła. Ale ponieważ uczniowie muszą coś widzieć i nie wolno dopuszczać do sytuacji, w której pogarsza się ich wzrok, koniecznie trzeba wtedy posiłkować się światłem sztucznym. Światło elektryczne to również są koszty.
Z drugiej strony przeszklenia nadmiernych rozmiarów także nie są dobre: latem pomieszczenia klasowe przegrzewają się, obniżając percepcję uczniów, a zimą ucieka ciepło i „dogonić” je po prostu się nie da. Anna Lis badała szkoły na terenie woj. śląskiego, budynki wolnostojące, zrealizowane w tradycyjnej technologii.
Jakie w nich zamontowano okna? W większości drewniane – z szybami zespolonymi. Średnia wartość powierzchni okien w szkołach to 220 m2. Analizowane obiekty odznaczały się znacznym przeszkleniem elewacji – od 60 do 70% w salach przeznaczonych dla uczniów.
W konkluzji autorka stwierdziła: Właściwie we wszystkich budynkach powierzchnia przeszklenia elewacji utrzymywała się na poziomie powyżej 20%. Nie pozostawało to bez wpływu na wartość generowanych strat ciepła przez te przegrody. Straty ciepła przez przegrody przezroczyste dla rozpatrywanej struktury budynków stanowiły około 20% wszystkich strat. Uzyskano wyraźną zależność pomiędzy wielkością strat ciepła a wielkością okien.
Pewien bezpośredni wpływ na zwiększanie start ciepła przez okna może mieć również sam ich kształt. Typowe okna zblokowane są na jednej powierzchni przeszklenia z dużą ilością skrzydeł. Pojedyncze skrzydła, zwykle otwieralne, mają znaczne rozmiary, przez co przy częstym otwieraniu nierzadko ulegają uszkodzeniu. W efekcie prowadzi to do ich wypaczenia i nieszczelności, a co za tym idzie do wzrostu strat ciepła.
4. W ostatnim omawianym referacie autorzy przyjęli – w ramach symulacji – cztery stopnie przeszklenia, od 30 do 90% oraz 10 zestawów szyb zwykłych i 5 zestawów szyb elektrochromowych. Charakterystyki radiacyjne szyb zwykłych opisano za pomocą 4 współczynników: zysków słonecznych, wspomnianej przepuszczalności bezpośredniego promieniowania słonecznego, oraz wspomnianej przepuszczalności światła dziennego i przenikania ciepła dla zestawu szyb. Dla szyb elektrochromowych przedstawia dwie wartości: dla stanu rozjaśnionego i stanu przyciemnionego. W ten drugi stan szyby przechodzą przy
temperaturze powyżej 22°C.
Autorzy referatu doszli do takiej oto konkluzji: Przeprowadzona analiza symulacyjna pozwala na wyciągnięcie kilku istotnych wniosków wynikających z zastosowania zestawów szyb o stałych lub zmiennych charakterystykach radiacyjnych. Zastosowanie szyb elektrochromowych istotnie moduluje rozkład i wartości uzyskiwanych strat i zysków ciepła przez okna w okresie roku. Skutkuje to istotnym zmniejszeniem średniej temperatury powietrza w okresie letnim, przez co znacznie lepiej zabezpiecza pomieszczenia przed przegrzaniem, nawet przy dużych stopniach przeszklenia, co pozwoli na dłuższe korzystanie ze światła dziennego w czasie dnia.
Ze względu na możliwość sterowania efektem elektrochromowym i znaczne zmniejszenie ilości przepuszczonego światła dziennego (współczynnik LT), można również zabezpieczyć użytkowników, w razie potrzeby, przed oślepieniem. Odpowiednio dobrane szyby o stałych charakterystykach radiacyjnych również mogą być dobrym rozwiązaniem, głównie ze względu na znacznie mniejszy koszt oraz brak konieczności montowania oraz zintegrowania systemu sterującego charakterystyką okna, która jest konieczna w przypadku szyb EC.
Zmiana rozkładu strat i zysków ciepła przez okna, powoduje jednak niepożądane zwiększenie zużycia energii na cele grzewcze. Prowadzi to do większych kosztów eksploatacyjnych. Efekt ten można wyeliminować poprzez bardziej zaawansowane systemy sterujące włączaniem i wyłączaniem szyb elektrochromowych.
W budynkach wyposażonych w systemy grzewcze i klimatyzacyjne może się zmniejszyć nawet o połowę. W związku z tym, wykorzystanie takich szyb jest najbardziej efektywne w budynku wyposażonym w oba systemy: grzewczy oraz klimatyzacyjny, zsynchronizowane z systemem sterującym efektem elektrochromowym w zestawach szyb znajdujących się na elewacji budynku. Najpoważniejszym zarzutem, jaki można postawić szybom elektrochromowym, jest ich wysoki koszt, dlatego trwają poszukiwania technik, które pozwolą obniżyć ich cenę.
Jerzy Grundkowski
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
więcej informacj: Świat Szkła 2/2011
