Адаптивная к климату оболочка здания

Архитектура, которая адаптируется к окружающей среде

Подвижная крыша театра Бенгта Шёстрома в Рокфорде, штат Иллинойс, способна изменять условия внутренней среды, чтобы обеспечить максимальный комфорт для посетителей.

В строительной инженерии адаптивная к климату оболочка здания ( CABS ) представляет собой фасад или крышу, которая динамически взаимодействует с изменчивостью окружающей среды. Обычные конструкции имеют статичные оболочки здания и, следовательно, не могут реагировать на изменяющиеся погодные условия и требования жильцов. Хорошо спроектированные CABS выполняют две основные функции: они способствуют экономии энергии для отопления, охлаждения, вентиляции и освещения, а также оказывают положительное влияние на качество внутренней среды зданий.

Определение

В описании CABS, сделанном Лооненом и др. [1], говорится следующее:

Адаптивная к климату оболочка здания способна многократно и обратимо изменять некоторые свои функции, характеристики или поведение с течением времени в ответ на меняющиеся требования к эксплуатационным характеристикам и переменные граничные условия, и делает это с целью улучшения общих эксплуатационных характеристик здания.

В этом определении показаны несколько компонентов, соответствующих CABS, которые рассматриваются в данной статье.

Первая часть определения связана с его фундаментальной характеристикой: быть адаптивными оболочками или, другими словами, иметь кожу, которая может приспосабливаться к новым обстоятельствам. [ требуется цитата ] Это означает, что оболочки должны иметь возможность «слегка изменяться, чтобы достичь желаемого результата», «привыкать к новой ситуации», [ требуется цитата ] и даже возвращаться к своей исходной стадии, если это необходимо. Хотя желаемые условия для жильцов находятся в помещении, на них влияет внешняя среда. Хотя эти результаты можно определить в широком смысле, существует консенсус, что цель CABS — обеспечить убежище, защиту и комфортное качество внутренней среды за счет потребления минимально необходимого количества энергии. Таким образом, цель состоит в том, чтобы улучшить благополучие и производительность людей внутри здания, сделав его чувствительным к окружающей среде. [2] [1]

CABS должны удовлетворять различным требованиям, которые конкурируют или даже конфликтуют друг с другом. Например, они должны найти компромисс между дневным светом и бликами, свежим воздухом и сквозняком, вентиляцией и чрезмерной влажностью, ставнями и светильниками, теплопоступлениями и перегревом и другими среди них. [3] Динамичность оболочки, необходимая для управления этими компромиссами, может быть достигнута различными способами, например, путем перемещения компонентов, путем введения воздушных потоков или путем химического изменения материала. [2] Однако недостаточно просто добавить адаптивные функции в конструкцию или существующее здание, они должны быть интегрированы в него как целостная система. [4] [3] Таким образом, при использовании технологий CABS доступны различные возможности для преобразования из «изготовленных» в «опосредованные» внутренние пространства. [1]

CABS — это всего лишь одно обозначение для концепции оболочки, которая может быть описана рядом различных терминов. Можно использовать несколько вариаций термина «адаптивный», включая: активный, продвинутый, динамический, интерактивный, кинетический, отзывчивый, интеллектуальный и переключаемый. Кроме того, концепции отзывчивой архитектуры , кинетической архитектуры , интеллектуального здания тесно связаны. Главное отличие CABS заключается в том, что адаптация происходит на уровне оболочки здания, тогда как другие концепции рассматривают подход ко всему зданию.

Категоризация CABS

Как и любая другая система, CABS имеют несколько независимых характеристик, по которым их можно классифицировать. Поэтому один и тот же CABS может каким-то образом соответствовать всем этим категориям. Что может отличаться от одного CABS к другому, так это подкатегория, которая различает на основе атрибутов каждого из них. Ниже приведены некоторые из возможных категоризаций, которые можно найти в литературе.

Системы, реагирующие на изменение климата

Как следует из названия, они классифицируются на основе климатических факторов, с которыми они сталкиваются. Их поведение основано на создании изменений в тепле, свете, воздухе, воде и/или других типах энергии. [5] Таким образом, они подразделяются на три типа: системы, реагирующие на солнце, системы, реагирующие на поток воздуха, и системы, реагирующие на другие природные источники.

Новые технологии климатически адаптивных навесных стен

Адаптивная к климату навесная стена здания обладает способностью многократно и обратимо изменять свои характеристики теплопередачи (U-Value и SHGC) в ответ на меняющиеся требования к производительности и изменяющиеся условия окружающей среды. Эта адаптация направлена ​​на повышение общей эффективности здания.

Эта возможность подразумевает непрерывную автономную регулировку параметров оболочки, не полагаясь на внешние источники питания. Основная цель — повысить комфорт и производительность людей внутри здания, позволяя конструкции чутко реагировать на окружающую среду. Кроме того, адаптивная оболочка предлагает энергосберегающие преимущества, технология демонстрирует потенциал снижения общего потребления энергии на 30%.

Однако недостаточно просто усовершенствовать технологию; не менее важно, чтобы новая технология плавно интегрировалась в существующую инфраструктуру. Чтобы достичь этого, система постоянно изменяет теплопередающие свойства оболочки здания посредством циркуляции воздуха внутри герметично закрытой навесной стеновой панели, достигая желаемых эффектов. Следовательно, эта новаторская технология значительно уменьшит углеродный след высотных зданий, одновременно улучшая благосостояние их жильцов. [6]

Системы, чувствительные к солнечной энергии

Подвижный солнцезащитный экран Куггена , который отслеживает движение солнца, затеняя два верхних этажа здания.

Они основаны на управлении солнечной энергией в разных форматах. Обычно они используют один из следующих пяти типов устройств управления солнцем: внешние, интегрированные, внутренние, с двойной оболочкой и вентилируемой полостью. [ требуется ссылка ] Первый тип солнечной энергии — это солнечное тепло . CABS, относящиеся к этому типу энергии, предназначены для максимизации солнечного тепла зимой и минимизации летом. Некоторые примеры этой технологии — стена из солнечной бочки (масляные бочки, заполненные водой), водяные мешки на крыше, динамическая изоляция и термохромные (меняющие цвет из-за температуры) материалы на стенах для получения соответствующего цвета и отражательной способности в зависимости от наружной температуры. [4]

Другим типом солнечной энергии является солнечный свет . CABS, связанные с этим источником энергии, основаны на контроле уровней освещенности в помещении, распределении, видах из окон и бликах. Для выполнения этих задач есть три основных способа: с традиционными механическими системами (широкий спектр вариантов от жалюзи до сложной моторизованной системы), инновационными механическими системами (вращающимися, выдвижными, раздвижными, активными схемами дневного освещения и саморегулирующимися оконными проемами), а также интеллектуальным стеклом или полупрозрачными материалами (термохромными, фотохромными , электрохромными материалами). Последний используется в окнах и может достигать своей цели четырьмя способами: изменением оптических свойств, направления освещения, внешнего вида и теплофизических свойств. Среди этих интеллектуальных материалов электрически активированное остекление фасадов зданий приобрело коммерческую жизнеспособность и остается наиболее заметным индикатором интеллектуальных материалов в здании. [4] Третий вид солнечной энергии — это солнечное электричество , которое в основном зависит от установки интегрированных фотоэлектрических систем. Чтобы считаться CABS, они должны иметь возможность быть кинетическими, а не индивидуально подвижными панелями. Обычно это достигается за счет использования гелиотропных систем слежения за солнцем для максимального захвата солнечной энергии. [4]

Системы, реагирующие на поток воздуха

Компьютеризированная система перемещения солнца регулирует вентиляцию и регулировку солнцезащитных жалюзи, движение воздуха, свет, тень и тепло в библиотеке и общественном центре Surry Hills в Сиднее, Австралия.

Они связаны с естественной вентиляцией и ветровым электричеством . Цель первых — удаление избытка углекислого газа, водяного пара, запахов и загрязняющих веществ, которые имеют тенденцию накапливаться в помещении. В то же время они должны заменять его новым и свежим воздухом, обычно поступающим снаружи. [7] Некоторые примеры этого типа технологий — кинетическая конструкция крыши и двухслойные фасады. Другие менее распространенные типы CABS — это те, которые генерируют ветровое электричество . Таким образом, они преобразуют энергию ветра в электрическую энергию с помощью небольших ветряных турбин, встроенных в здания. Это может быть, например, ветряные турбины, установленные горизонтально между каждым этажом. Другие примеры можно найти в таких зданиях, как Dynamic Tower, COR Building в Майами и Greenway Self-park Garage в Чикаго. [4]

Другие системы природных источников

Они могут учитывать использование дождя, снега и дополнительных природных запасов. К сожалению, никакой дополнительной информации по этому вопросу не найдено.

На основе шкалы временных рамок

«Burke Brise Soleil» Калатравы в Художественном музее Милуоки открывается каждый день, обеспечивая тень для здания, и закрывается каждый вечер или когда того требуют погодные условия.

Как динамические технологии, CABS могут демонстрировать различные конфигурации с течением времени, от секунд до изменений, заметных в течение срока службы здания. Таким образом, четыре типа адаптации, основанные на масштабах временных рамок, это секунды, минуты, часы и сезоны [5] [1]

Изменения, которые происходят всего за несколько секунд , в природе происходят случайным образом. Примерами могут служить краткосрочные изменения скорости и направления ветра, которые могут вызывать сдвиги в ветровых оболочках. Примером сдвига, который происходит в течение нескольких минут , является облачный покров, который влияет на доступность дневного света. Поэтому CABS, которые используют этот вид энергии, также могут попадать в эту категорию. Некоторые изменения, которые корректируются в порядке часов , — это колебания температуры воздуха и траектория движения солнца по небу (хотя движение солнца по небу является непрерывным процессом, его траектория выполняется в этом временном масштабе). Наконец, некоторые CABS могут адаптироваться к разным сезонам , и поэтому, как ожидается, будут обеспечивать значительные преимущества в производительности. [1]

На основе масштаба изменений

Адаптивное поведение CABS связано с тем, как работают его механизмы. Поэтому они основаны либо на изменении поведения (макромасштаб), либо на изменении свойств (микромасштаб).

Изменения в макромасштабе

Интеллектуальный фасад с интегрированными в здание фотоэлектрическими системами на автоматизированных деревянных жалюзи для «Солнечного десятиборья» Технического университета Дармштадта в 2007 году

Часто его также называют «кинетическими оболочками», что подразумевает наличие определенного вида наблюдаемого движения, обычно приводящего к изменениям энергии в конфигурации оболочки здания. Обычно это достигается с помощью движущихся частей, которые могут выполнять по крайней мере одно из следующих действий: складывание, скольжение, расширение, сгибание, шарнирное соединение, прокатка, раздувание, раздувание, веер, вращение, скручивание и т. д. [3] [8] [9]

На основе их адаптивного уровня макромасштабные механизмы можно разделить на два типа систем: интеллектуальные оболочки зданий и адаптивные фасадные системы . Первые используют централизованную систему зданий и сенсорное оборудование для адаптации к погодным условиям. Они должны быть способны учиться на реакциях жильцов и учитывать будущие погодные колебания, чтобы реагировать соответствующим образом. Некоторые примеры такого рода функций — автоматизация зданий и физически адаптивные компоненты, такие как жалюзи, солнцезащитные навесы, управляемые окна или интеллектуальные материальные сборки. [2]

Система адаптивного фасада имеет те же функции и эксплуатационные характеристики, что и интеллектуальная оболочка здания, но идет еще дальше, имея интерактивный аспект. Это означает, что она включает в себя такие компоненты, как вычислительные алгоритмы, которые позволяют системе здания регулировать себя и обучаться со временем. Таким образом, адаптивная оболочка здания не только включает в себя механизмы для удовлетворения желаний жильцов и обучения на основе их отзывов, но и поощряет двойной образовательный путь, где и здание, и его жильцы находятся в постоянном и растущем диалоге. [2]

Микромасштабные изменения

Трехслойные диафрагмы ETFE в здании Media ICT (Барселона, Испания), причем второй и третий слои способны изменять прозрачность фасада в зависимости от количества воздуха внутри них.

Эти виды изменений напрямую влияют на внутреннюю структуру материала либо через теплофизические или непрозрачные оптические свойства, либо через обмен энергией из одной формы в другую. [8] [9] При рассмотрении адаптивного уровня они обычно попадают в категорию умных материалов. Они характеризуются тем, что изменяются под воздействием внешних стимулов, таких как температура, тепло, влажность, свет, электрические или магнитные поля. Важным соображением при использовании этого типа материалов является то, являются ли их изменения обратимыми или необратимыми. [2]

Наиболее привлекательным свойством, которое привлекает внимание дизайнеров, является его немедленность или реакция в реальном времени, что в свою очередь улучшает его функциональность и производительность, и в то же время снижает его энергопотребление. Вот некоторые примеры: аэрогель (синтетическое полупрозрачное вещество низкой плотности, применяемое в оконном остеклении), материал с изменяющейся фазой (например, микрокапсулированный воск), гидраты солей, термохромные полимерные пленки, сплавы с эффектом памяти формы, полимеры, реагирующие на температуру, структурно-интегрированные фотоэлектрические элементы и интеллектуальные термобиметаллические самовентилирующиеся оболочки. [2] [8] [9]

В зависимости от типа управления

Существует два различных типа контроля: внутренние и внешние регуляторы.

Гелиотроп (здание) во Фрайбурге, Германия, представляет собой конструкцию, которая вращается, чтобы повернуть свои окна к солнцу зимой и к пустой белой стене летом. Отдельно фотоэлектрические панели также вращаются, чтобы максимизировать сбор солнечного излучения.

Внутренние элементы управления

Они характеризуются тем, что являются саморегулирующимися системами, что означает, что их адаптивная способность является неотъемлемой чертой. Они стимулируются такими условиями окружающей среды, как: температура, относительная влажность, осадки, скорость и направление ветра и т. д. Этот самодостаточный контроль иногда называют «прямым контролем», поскольку основными движущими силами являются воздействия окружающей среды, без необходимости во внешних устройствах принятия решений. Поэтому потребность в меньшем количестве компонентов может рассматриваться как преимущество, так же как и тот факт, что он может иметь немедленное изменение без необходимости в топливе или электричестве. Однако недостатком является то, что он может работать только в условиях окружающей среды и изменениях, для которых он был разработан. [5] [1]

Внешний контроль

Этот тип управления может использовать обратную связь, изменяя свое поведение на основе сравнения текущего состояния с желаемым. Их структура состоит из трех основных компонентов: датчиков, процессоров и исполнительных механизмов. Обертывание их логическим контроллером дает им возможность вносить изменения на двух уровнях: распределенном (регулируемом локальными процессорами) или централизованном (через вышестоящий блок управления). Как преимущество, они имеют высокие уровни управления, позволяющие вручную вмешиваться для удовлетворения и благополучия. Недостатком является необходимость в различных компонентах. [3] [5] [1]

На основе пространственного масштаба

Пространственный масштаб CABS относится к физическому размеру системы. Поэтому адаптация может происходить как оболочка, фасад, компонент фасада и подкомпонент фасада. [5]

На основе вдохновляющей шкалы

Кинетический фасад тематического павильона на выставке Expo 2012 (Йосу, Южная Корея) имеет навесные жалюзи, имитирующие движение волны.

Одной из фундаментальных характеристик человека является способность создавать новые вещи. В качестве отправной точки необходимо вдохновение, которое может исходить из природы или других источников, таких как собственные идеи. Поэтому использование морфологических или физиологических свойств организмов или естественного поведения в небиологических науках известно как биомиметика и обычно используется в строительных науках. CABS, которые получают этот источник вдохновения, известны как биомиметические адаптивные строительные оболочки (Bio-ABS). Таким образом, вариации свойств и поведения переносятся из биологических представлений, которые обеспечивают экологически, механически, структурно или материально эффективные стратегии для зданий. [5]

В биомиметических адаптивных строительных оболочках есть два способа категоризации. Первый основан на биомиметическом подходе. Он различает в соответствии с порядком, в котором решается проблема. Есть две возможности: инициированные путем идентификации технической проблемы, которая должна быть решена биологическим решением (сверху вниз), или с изучением биологического решения для решения технической проблемы (снизу вверх). Вторая категория Bio-ABS основана на уровне адаптации, который предлагает три типа: морфологический (основанный на форме, структуре и текстуре), физиологический или поведенческий. [5]

На основе стадии разработки

Эта категоризация охватывает любой анализ, который измеряет производительность данного проекта CABS. Стадии разработки можно обозначить как предварительную модель (PM), имитационную модель (SM), пилотный прототип (PSP) и полномасштабное приложение (FSA). [5]

По количеству функций

Эта классификация относится к числу факторов окружающей среды, к которым данный CABS приспосабливается при активации независимыми стимулами. Некоторые из них: вентиляция, отопление/охлаждение, улучшение качества воздуха, регулирование уровня влажности, изменение цвета и регулирование потребности в энергии. Таким образом, они могут быть монофункциональными или многофункциональными. [5]

На основе задания на производительность

Эта последняя дифференциация учитывает цель и оценку того, насколько эффективно достигается адаптация, поэтому делится на две подкатегории. Первая — это целевая производительность , которая относится к оцениваемому аспекту здания. Вот некоторые примеры: качество воздуха в помещении, тепловой комфорт, визуальный комфорт и потребность в энергии. Вторая категория — это меры и метрические улучшения . Вот некоторые обычно измеряемые параметры: смещение, поступление дневного света, увлажнение/осушение, рассеивание тепла, воздушный поток, проницаемость и охлаждение. [5]

Мотивы внедрения CABS

Здания подвергаются воздействию самых разных изменяющихся условий в течение своего жизненного цикла. Погодные условия меняются не только в течение года, но и в течение дня. Кроме того, нагрузка, деятельность и предпочтения жильцов постоянно меняются. Отвечая на этот динамизм с точки зрения энергии и комфорта, CABS предлагает возможность активно смягчать обмен энергией через оболочку здания с течением времени. Делая это, в ответ на преобладающие метеорологические условия и потребности в комфорте, он вводит хорошие возможности для экономии энергии. [10]

В то время как само по себе строительство любого здания создает изменения в окружающей среде (например, солнечные модели и изменения ветра), имея возможность максимально использовать внешние ресурсы, оно смягчает свои экологические последствия. Таким образом, CABS использует «существующие природные энергии для освещения, обогрева и вентиляции помещений», [2] получая максимальные условия теплового комфорта. Например, путем включения фотоэлектрических принципов в стекло, предназначенное для использования на фасадах, новые оболочки будут генерировать местное и экологически чистое электричество для обеспечения энергетических потребностей зданий. [2] Кроме того, оно способствует использованию дневного света, который, когда он исходит из окна с видом на улицу, «приводит к повышению производительности, умственной функции и памяти». [7]

Ограждающая конструкция здания является одним из важнейших параметров дизайна, определяющих внутреннюю физическую среду, связанную с тепловым комфортом, визуальным комфортом и даже эффективностью работы. [4] Для содействия созданию более здоровых и продуктивных пространств необходимо учитывать не только дневной свет, но и естественную вентиляцию и другие внешние ресурсы. Это текущие задачи, выполняемые CABS как экологическими технологиями. Таким образом, CABS не только имеют лучшую производительность, чем статические оболочки, но и «обеспечивают захватывающую эстетику, эстетику изменений». [7]

Тот факт, что CABS гибко реагирует на изменяющиеся условия, дает им возможность поддерживать высокий уровень производительности во время изменений в реальном времени. Это достигается за счет предвосхищения и реагирования. Таким образом, системы могут справляться с неопределенностью окружающей среды, что очень ценится. Эта гибкость реализуется в CABS тремя способами: адаптивность (климатические посредники между внутренним и внешним миром), многофункциональность (множественные и новые роли с течением времени) и развиваемость (способность справляться с изменениями в течение более длительного периода времени). [1]

Использование динамических и устойчивых технологий дает возможность улучшить экологические и экономические показатели ограждающих конструкций зданий. Например, при наличии функций предотвращения нагрева и пассивного охлаждения здания могут быть менее дорогими из-за меньших потребностей в энергии для охлаждения и, следовательно, меньшего количества необходимого механического оборудования. [7] Несмотря на то, что спрос на удовлетворение рабочей среды и экономические показатели возрос, CABS имеют потенциал для достижения этой цели. [3]

Недостатки внедрения CABS

Как утверждают Молс и др. [3] , CABS — это незрелая концепция, требующая дополнительных исследований из-за отсутствия успешных применений на практике. Аналогичным образом, как следствие неизученности концепции, «истинная ценность создания адаптивных оболочек зданий пока неизвестна, и мы можем только догадываться, какая часть этого потенциала доступна с существующими концепциями и технологиями». [10] На своем нынешнем этапе концепция пока больше теоретическая, чем практическая, подкрепленная технологиями моделирования вместо реализованных проектов. Куру и др. [5] добавляют к этому моменту, говоря, что, согласно их исследованиям, академические проекты встречаются чаще, чем реальные промышленные.

Поскольку концепция CABS ретранслируется на изменения, она иногда связана с устройствами и технологиями, которые требуют более высокой активности эксплуатации и обслуживания, чем статические оболочки. Это имеет несколько последствий, таких как большее внимание к возможным отказам, необходимость ремонта и в некоторых случаях более высокие затраты на эксплуатацию и обслуживание. [ необходима цитата ] Кроме того, иногда потребность в централизованном центре управления может повлиять на эту проблему. Поэтому выбор типа технологии является вопросом, к которому следует отнестись с осторожностью.

Однако Лехнер [7] утверждает, что текущая надежность автомобилей показывает, что можно создавать подвижные системы, которые требуют небольшого количества ремонтов или вообще не требуют их в течение длительного времени. Он завершает эту мысль, говоря, что «при хорошем дизайне и материалах открытые строительные системы стали чрезвычайно надежными даже при воздействии соленой воды и льда зимой». [7] Поэтому, хотя и существует обеспокоенность по поводу эксплуатации и обслуживания этих типов технологий, похоже, что есть решение в принятии решений о типе, материалах и конструкции таких устройств.

Как динамические механизмы, CABS могут зависеть от доступности энергии. Напротив, пассивные технологии не представляют этой проблемы, поскольку они не действуют активно, представляя более высокую устойчивость системы к изменениям. Ее независимость от любого внешнего ввода (электричество, тепловая энергия или данные) обеспечивает ее непрерывную функциональность даже в случае отключения питания. [ необходима цитата ] Поэтому для обеспечения непрерывной работы, вероятно, будет предложено использование резервных альтернатив, таких как вторичный источник энергии для некоторых CABS.

Наконец, отсутствие контроля над несколькими CABS может рассматриваться как недостаток. Есть некоторые CABS, например, те, которые полагаются на умные материалы, которые не могут контролироваться жильцом. В этих случаях, если они не удовлетворяют желания жильцов, они генерируют неудачный результат. Таким образом, возможность контролировать данную технологию может рассматриваться как сила или слабость в зависимости от устройства, намерения и задачи, которую необходимо выполнить. [2]

Текущее состояние и использование этих технологий

Исторически фасад был основным несущим конструктивным элементом зданий, что ограничивало его функциональность и материальность. В современный период фасад часто освобождается от своей структурной задачи, что позволяет ему быть более гибким, чтобы соответствовать различным контекстам, таким как экономия/генерация энергии, обеспечение тепловых свойств для комфорта и адаптивность к изменяющимся условиям. [5] Современные методы строительства, разработки в области материаловедения, снижение цен на электронные устройства и доступность управляемых кинетических компонентов фасада теперь предлагают богатые возможности для инновационных решений оболочки здания, которые лучше реагируют на экологический контекст, тем самым позволяя фасаду «вести себя» как живой организм. [1]

Однако большая часть текущего состояния CABS сосредоточена на попытках лучше понять концепции, лежащие в основе этих технологий, которые будут переданы и внедрены на практике в зданиях. Куру и др. [5] выделяют три основных ограничения в биомиметических адаптивных строительных оболочках (Bio-ABS). Предложенные ограничения: уровень разработки, регулирование различных факторов окружающей среды и оценка производительности.

Они предполагают, что, как и в случае с любой незрелой концепцией, большинство предполагаемых проектов являются концептуальными. Одной из главных причин является сложность объединения нескольких дисциплин, таких как архитектура, биомиметика и инженерия, для окончательной разработки, анализа и измерения производительности. Более того, процедуры для идентификации и переноса биологических решений в архитектурные системы ограничены. Текущее программное обеспечение имеет ограничения с точки зрения наличия определенных инструментов и методов, которые могут имитировать производительность Bio-ABS. В дополнение к этой проблеме, переход от цифровых моделей к физическому приложению требует командной работы экспертов из разных областей, что иногда может быть труднодостижимо. [5]

Другим текущим недостатком является фокусировка на монофункциональных CABS, что оказывается пустой тратой возможностей для улучшения. Идея CABS заключается в том, чтобы иметь оболочки, которые могли бы реагировать на различные внутренние и внешние факторы, а не только одну на оболочку здания. Более того, скорость поддержки и разработки задач CABS неравномерна. Например, из исследования Куру и др. [5] результаты показывают, что CABS управления освещением наиболее всесторонне разработаны, в то время как энергетические нормы изучены меньше всего. Таким образом, хотя, вероятно, будет наблюдаться рост внедрения CABS управления освещением, те, которые связаны с регулированием энергии, могут показаться отстающими. Аналогичным образом, исследования, проводимые в настоящее время, характеризуются фрагментарными разработками. Некоторые из них идут в направлении материаловедения (например, переключаемое остекление, адаптивная тепловая масса и переменная изоляция), а другие — в творческих процессах. [10]

Вследствие недостатков, представленных выше, в настоящее время наиболее распространенным способом использования энергоэффективности в зданиях является подход ко всему зданию (не только к оболочке). Существует несколько примеров фасадов, которые включают пассивные или интеллектуальные технологии для создания комфортного внутреннего пространства, за исключением технологий затенения, таких как жалюзи или жалюзи и управляемых окон для вентиляции. [ необходима цитата ] Поэтому для преодоления этих проблем могут потребоваться будущие усовершенствования в этой области.

Будущие улучшения CABS

Необходимо решить несколько задач для улучшения роста CABS. Первая из них — создание специального программного обеспечения, которое может анализировать динамические системы на основе климатического шаблона. Более того, если программное обеспечение может предвидеть и изучать будущие последствия действий, происходящих в настоящем, можно получить более точные результаты. Это можно улучшить, внедрив логические элементы управления в программное обеспечение CABS. Наконец, создание более удобных для пользователя интерфейсов может облегчить использование этих инструментов. [5] [10]

Следуя этой идее, не только программное обеспечение, но и объем тем, которые в настоящее время собирает CABS, могут быть расширены. Поэтому необходимо изучить создание новых способов управления и контроля энергии, воды и тепла. Один из способов сделать это — разработать, как имитировать биологические методы, чтобы перевести их в практический способ для зданий. Вдохновение в природе, похоже, имеет большой потенциал. [5]

Общей характеристикой развивающихся идей является то, что для роста и процветания необходимо идти на риск. Таким образом, открывая возможность неудачи. CABS не являются исключением, и чтобы быть успешными, застройщики должны идти на риски, например, те, которые связаны с длительными периодами окупаемости и высокими эксплуатационными расходами. Молс и др. [3] упоминают, что «если застройщик решает пойти на риск, результаты, как утверждается, выгодны». Некоторые из этих рисков связаны с неопределенностью, стоящей за CABS. Способом их смягчения является мониторинг эксплуатационных показателей и проведение оценок после заселения, увеличивая данные о фактической производительности текущих CABS, которые сейчас отсутствуют в литературе. [1] В заключение следует сказать, что идея CABS нуждается в поддержке и приверженности всех заинтересованных сторон в зданиях, чтобы иметь возможность выйти за рамки.

Известные примеры

Двойная оболочка Центра клеточных и биомолекулярных исследований Терренса Доннелли , которая уменьшает количество тепла, проникающего в здание, а также обеспечивает естественную вентиляцию

Хотя концепция CABS все еще относительно нова, [1] несколько сотен концепций можно найти в зданиях по всему миру. [11] В следующем списке представлен обзор примечательных примеров.

Примеры построек

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Loonen, R; Tracka, M; Costola, D; Hensen, J (2013). «Климатически адаптивные строительные оболочки: современное состояние и будущие проблемы». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 25 : 25, 483– 493. doi : 10.1016/j.rser.2013.04.016. S2CID  3867576.
  2. ^ abcdefghi Shahin, HSM (2019). «Адаптивные оболочки многоэтажных зданий как пример высокопроизводительных оболочек зданий». Alexandria Engineering Journal . 58 : 345–352 . doi : 10.1016/j.aej.2018.11.013 . S2CID  108307193.
  3. ^ abcdefg Молс, Т; Блумберга, А; Карклина, И (2017). «Оценка климатически адаптивных строительных оболочек: многокритериальный анализ». Energy Procedia . 128 : 292–296 . doi : 10.1016/j.egypro.2017.09.077 .
  4. ^ abcdef Ван, Дж.; Бельтран, ЛО; Ким, Дж. «От статики к кинетике: обзор акклиматизированных кинетических ограждающих конструкций зданий». Кафедра архитектуры, Техасский университет A&M .
  5. ^ abcdefghijklmnopq Куру, А; Олдфилд, П; Бонсер, С; Фиорито, Ф (2019). «Биомиметические адаптивные оболочки зданий: энергетическое и экологическое регулирование в зданиях». Энергия и здания . 205 : 109544. doi : 10.1016/j.enbuild.2019.109544. hdl : 1959.4/unsworks_72228 . S2CID  208829200.
  6. ^ Аарон, Орен (2023). "scraping the skies". Photonics Views . 20 : 21. doi :10.1002/phvs.202370305.
  7. ^ abcdef Лехнер, Н (2015). Отопление, охлаждение, освещение (4-е изд.). Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc.
  8. ^ abc Риттер, А. (2006). Умные материалы в архитектуре, интерьерной архитектуре и дизайне . Архитектура Биркхаузера. ISBN 978-3764373276.
  9. ^ abc Addington, M.; Schodek, M (2004). Умные материалы и технологии: для профессий архитектуры и дизайна . Routledge. ISBN 978-0750662253.
  10. ^ abcd Loonen, R; Trcka, M; Hensen, J (2011). «Изучение потенциала оболочек зданий, адаптивных к климату». 12-я конференция Международной ассоциации моделирования эксплуатационных характеристик зданий .
  11. ^ Loonen, RCGM "Pinterest – Climate Adaptive Building Shells" . Получено 15 ноября 2014 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Оболочка_здания,_адаптивная_к_климату&oldid=1266398420"