Строительные аспекты гибридной воды

Дата: 13 февраля 2023 г.

Авторы: Матьяс Гутай, Шву-Тинг Ли, Бумпей Магори, Ю Моришита, Абольфазл Ганджи Хейбари и Джошуа Спенсер

Источник:Журнал фасадного дизайна и проектирования, 8 (2), 127–152.

ДОИ:https://doi.org/10.7480/jfde.2020.2.4784

Водонаполненные ограждающие конструкции зданий представляют собой гибридные конструкции с твердым и жидким компонентом, обычно это стеклянная или стальная оболочка, заполненная водой. В статье представлены проблемы разработки водонаполненной фасадной конструкции и оценена возможность ее использования в качестве жизнеспособной строительной системы в масштабе здания. Водонаполненное стекло (WFG) исследовалось в прошлом и было представлено как независимый оконный элемент обычного здания, в котором экономия энергии достигается за счет использования поглощения слоя воды для управления энергией ограждающей конструкции здания. Результаты показывают, что эффективность WFG может быть повышена еще больше, если система будет собрана как единая оболочка здания, в которой жидкость может течь между панелями и частями здания. В статье представлены два экспериментальных здания «водного дома» с указанными проектными параметрами, спроектированные и построенные автором. Важность этих зданий состоит в том, что впервые построена соединенная водонаполненная оболочка. В дискуссии представлены два метода строительства водонаполненных фасадов, оценена их жизнеспособность для разных климатических условий, представлены проектно-строительные аспекты технологии, а также предложено сравнение с существующими методами строительства.

Жидко-твердая оболочка здания обеспечивает значительную экономию как эксплуатационной, так и встроенной энергии за счет снижения нагрузки на охлаждение, повторного использования поглощенного тепла, выравнивания температурных различий между частями оболочки и остальной частью здания, а также создания дополнительных строительных элементов (например, внешних затенений). устаревший.

Конструкционные материалы оказывают значительное влияние на экологический след застроенной среды. Это особенно относится к ограждающим конструкциям, которые играют важную роль в обеспечении энергоэффективности и теплового комфорта в здании. В частности, хорошим примером являются оболочки зданий с высоким соотношением окон к стенам (WWR), поскольку в стеклянных фасадах используются энергоемкие материалы (Adalberth, 1997) и увеличивается эксплуатационная потребность в энергии (Gasparella, Pernigotto, Cappelletti, Romagnoni и Baggio, 2011). Инновации в области стеклянных оболочек имеют большой потенциал для положительного изменения воздействия зданий на окружающую среду, особенно если они способны снизить как внутреннюю, так и эксплуатационную энергию. Это особенно актуально, когда сообщается о более высокой оценке жизненного цикла (LCA) для зданий с нулевым энергопотреблением по сравнению со конструкциями с низким энергопотреблением (Рамеш, Пракаш и Шукла, 2010), что в основном связано с увеличением включенного энергетического компонента (т. е. добавленной фотоэлектрической энергии). или солнечные панели) первого по сравнению со вторым. Это означает, что существует потребность в инновациях, которые могут улучшить энергетические характеристики без увеличения воплощенной энергии.

С точки зрения энергоменеджмента ограждающих конструкций современное состояние исследований оптически прозрачных окон можно разделить на четыре группы. Первая категория касается усиления солнечной энергии (SHGC) с покрытием, динамическим или активным остеклением. Решения для этой цели включают покрытие Low-E (Cui & Mizutani, 2016), электрохромное остекление или EC (DeForest et al., 2015), остекление с использованием устройств с взвешенными частицами или SPD (Ghosh, Norton и Duffy, 2016) и жидкие кристаллы с дисперсией полимеров. или PDLC (Хемайда, Гош, Сундарам и Маллик, 2020). Вторая категория заключается в улучшении теплового сопротивления (показатель U) ограждающих конструкций здания, например, при многослойном остеклении (Аричи, Карабай и Кан, 2015). Третий подход — снизить потребность в охлаждении за счет затенения (Тао, Цзян, Ли и Чжэн, 2020). Наконец, последнее решение — использовать текучую среду, то есть вентилируемый поток воздуха в остеклении, который может, например, охлаждать само стекло с помощью наружного воздуха или использоваться для предварительного нагрева воздуха перед его попаданием во внутреннее пространство (Исмаил, Салинас). и Энрикес, 2009). Альтернативой циркуляционному воздуху является использование «камеры с циркулирующей водой», которая улавливает солнечную энергию и превращает эту потенциальную энергетическую нагрузку в возобновляемый источник энергии (Чоу, Ли и Лин, 2010).