Получите свет и сохраните тепло

Дата: 14 июня 2023 г.

Авторы: Михал Ганобьяк, Вим Дж. Малфейт, Янис Джаст, Марсель Кеппели, Франсиско Мансебо, Сэмюэл Бруннер и Яннис Вернери

Источник: Журнал строительной инженерии, том 64, 2023, 105600, ISSN 2352-7102 | https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.105600.(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710222016060)

Аэрогели кремнезема представляют собой тепловые суперизоляционные материалы, которые за последние десять-пятнадцать лет нашли все более широкое применение в строительном секторе. Хотя наиболее распространенными типами материалов являются непрозрачные изоляционные покрытия и штукатурки, в монолитной форме кремнеземный аэрогель может быть почти прозрачным, что позволяет создавать композитные полупрозрачные изоляционные системы зданий.

Здесь мы разработали и охарактеризовали новый модульный, полупрозрачный и теплоизоляционный строительный компонент на основе гранул кремнеземного аэрогеля — аэрогелевого стеклянного кирпича. Были протестированы как термические, так и механические свойства, а первые сравнивались с трехмерным моделированием теплопередачи через кирпич. Стеклянный кирпич имеет измеренную теплопроводность 53 мВт/(м·К), что хорошо соответствует результатам моделирования 51 мВт/(м·К), и прочность на сжатие почти 45 МПа. Это делает стеклянный кирпич изоляционным кирпичом с самыми высокими изоляционными характеристиками, указанными в литературе или доступными на рынке, и в то же время добавляет свойство пропускания света.

Стеклянный кирпич из аэрогеля подходит, когда требования сочетают в себе дневное освещение, защиту от бликов и необходимость защиты конфиденциальности, например, в офисах, библиотеках, музеях; анализ стоимости материалов показывает, что изоляционный стеклянный кирпич может быть конкурентоспособным в таких применениях. Стеклянный кирпич предоставляет архитектуре новые дизайнерские возможности для увеличения дневного света внутри зданий.

Ограждающие конструкции существующих зданий представляют собой прекрасную возможность повысить энергоэффективность и тепловой комфорт наших городов и сельской местности. Помимо усовершенствований строительных технологий, энергопотребление систем отопления, вентиляции и кондиционирования обычно снижается за счет увеличения толщины изоляционного слоя. Однако это решение не работает для прозрачных фасадных элементов, поскольку толстые слои изоляции увеличивают затенение вокруг окон. Таким образом, новая система строительства ограждающих конструкций, которая может одновременно снизить потребление энергии для освещения и отопления, вентиляции и кондиционирования, будет очень привлекательным решением. Здесь мы представляем стеклянный кирпич из аэрогеля, который обладает высокими теплоизоляционными характеристиками при своей ограниченной толщине и одновременно увеличивает приток солнечной энергии, уменьшает использование искусственного света и улучшает визуальный комфорт.

Растущие стандарты благополучия, внутреннего микроклимата и энергоэффективности зданий ставят перед существующими зданиями новую дилемму. Здания потребляют примерно 40% энергии в мире [1], с. 174], а 20–60% всей энергии, потребляемой зданиями, зависит от конструкции ограждающих конструкций [2], с. 20]. По прогнозам, «более 50% нынешнего мирового фонда зданий все еще будет стоять в 2050 году, а в странах-членах ОЭСР эта цифра приближается к 75% и выше» [2, с. 21].

Около 55% людей живут в городах, и в будущем это число будет увеличиваться [3]. Города приносят больше возможностей и более высокий уровень жизни – например, меньше ручного труда, абстрактной специализированной работы, возможности трудоустройства, более высокие зарплаты, досуг, более легкий доступ к товарам и услугам и т. д. Такая высокая плотность населения связана с неблагоприятным воздействием шума. , плохое качество воздуха, эффект острова тепла, меньший доступ к природе и меньший доступ дневного света. В странах с высоким уровнем дохода доля населения, проживающего в городах, в 2050 г. составит 70–88% [3]. В то же время известно, что люди проводят более 90% времени в помещении [4], с. 2]. С переездом из сельской местности в города, урбанизацией и изменением характера работы время, проводимое в помещении, увеличивается. Естественный дневной свет влияет на наши циркадные ритмы, выработку гормонов, цикл сна-бодрствования, настроение и нашу когнитивную деятельность [5,6]. Отстраненность от природы из-за внутреннего образа жизни, искусственного дневного света и вездесущего экранного света может отрицательно повлиять на благополучие человека [7,8]. Мы предполагаем, что полупрозрачные фасады могут стать хорошей возможностью компенсировать недостаток естественного дневного света, приблизить людей к естественному дневному свету, не вытесняя их из интерьера. Это будет сделано за счет использования полупрозрачных стен вместо непрозрачных уже на стадии проектирования здания. Хотя основная рекомендация — проводить больше активного времени на свежем воздухе [9] на свежем воздухе и свете [10], полупрозрачные фасады могут привнести естественный дневной свет в интерьер и, таким образом, приблизить людей к их естественному биоритму.