Роль и применение алюминия в «зеленой» архитектуре

Зеленое строительство и зеленая архитектура

Понятия «зеленое» строительство и «зеленая» архитектура включают в себя, прежде всего, бережное отношение к человеку, как к части природы, и бережное отношение к самой природе. Внедрение стандартов «зеленого строительства» в отечественную и мировую практику – единственный путь для спасения земной цивилизации от последствий нарастающего роста потребления энергоресурсов [1].  

Термины зеленое строительство и зеленая архитектура  часто заменяются другими терминами, такими как, «экоустойчивое строительство» и «экоустойчивая архитектура». Понятие зеленого строительства включает проектирование и возведение строительных конструкций, которые всесторонне учитывают проблемы защиты окружающей среды, материальных ресурсов и потребления энергии и, в тоже время, обеспечивают людям безопасное внутреннее пространство для жизни и работы.     

Роль алюминия в зеленой архитектуре

Наиболее важным является тот факт, что алюминиевые сплавы полностью соответствуют главному требованию к материалам зеленой архитектуры. Это требование звучит, в первую очередь, как «применение безопасных материалов с замкнутым жизненным циклом». Кроме того, алюминиевые сплавы удовлетворяют всем требованиям к строительным материалам по токсичности, а также возможности переработки и повторного применения.   

Алюминий может успешно перерабатываться из лома в готовую продукцию и применяться много раз, что является очень важным с точки зрения сохранения мировых ресурсов, материальных и энергетических. Известно, что, когда алюминий производится первый раз из бокситов, то на это затрачивается большое количество электрической энергии. Однако, важно принимать во внимание, что алюминий имеет большой потенциал многократного повторного использования и в целом значительно компенсирует первоначальные энергетические затраты.   

В настоящее время очень важным направлением является обучение проектировщиков и строителей применению алюминия и, в первую очередь, прессованного алюминия, как экологически ответственного решения для строительной отрасли. Дело в том, что алюминиевые профили являются действительно «зелеными». В современных зданиях по всему миру применяется миллионы тонн алюминиевых профилей, в основном в виде дверей, окон и навесных фасадов. Физические и химические характеристики алюминия, а также его неоспоримые экологические преимущества, делают его отличным кандидатом для новых конструкторских и инженерных решений в зеленой архитектуре.       

Алюминий – материал зеленой архитектуры

Среди всех свойства алюминия как строительного материала для архитекторов и строителей самыми важными являются следующие:

• Природная безопасность алюминия благодаря его нетоксичности, немагнитности и несгораемости.
• Минимальное техническое обслуживание в течение всего срока службы.
• Способность алюминия повышать прочность и долговечность за счет легирования нужными химическими элементами.
• Высокое отношение прочности к весу, что очень важно для любого конструкционного материала.
• Хорошая теплопроводность алюминия делает его подходящим материалом для решения проблем, связанных так называемым эффектом «городского теплового острова». Этот эффект заключается в том, что в крупных городах температура воздуха на несколько градусов выше, чем в окружающих сельских районах. Это является серьезной проблемой крупных городов, так как приводит к локальному изменению климата.
• Высокая отражательная способность алюминия и его низкая излучающая способность являются важными для контроля солнечного излучения, которое поглощается и отражается поверхностью здания.
• Способность алюминия к механической обработке в различных формах (прокатка, литье, экструзия, ковка) и хорошая свариваемость делает его очень привлекательным материалом для обработки непосредственно на строительной площадке.
• Способность алюминия к анодированию и окраске обеспечивает ему широкое применение для декоративных и эстетических целей.

Экологические свойства алюминия

Не менее важны для зеленой архитектуры экологические преимущества алюминия:

• По окончании срока службы алюминиевые строительные материалы могут перерабатываться в новые алюминиевые материалы много раз. При этом на эту переработку требуется только 5 % от того количества энергии, которое затрачивается при первичной выплавке алюминия. В настоящее время в мире уже около 40 % алюминия идет на вторичную переплавку.
• Благодаря малому весу алюминия, энергетические затраты на транспортировку и монтаж конструкций являются минимальными.
• За счет вторичной переработки алюминий снижает количество строительных отходов и захоронения  

Алюминиевые фасады

Роль алюминия в зеленой архитектуре заключается в производстве новых строительных материалов и изделий, создании новых производственных процессов и новых возможностей для бизнеса. Хорошим примером таких новых возможностей для алюминиевых профилей является новое поколение фасадов зданий. В Европе это новое течение фасадных технологий получило свое развитие под стимулирующим воздействием (или даже, можно сказать, под принуждением) введенных ранее жестких требований к энергетической эффективности зданий. Эти требования предписывали для новых зданий экономию 50 % энергии по сравнению с существующими зданиями [1].       

Выполнение этих требований достигается за счет следующих факторов:

• снижение затрат энергии на отопление и кондиционирование;
• более полного использования естественной вентиляции и дневного света;
• повышение уровня комфорта и эргономики жизни для обитателей зданий за счет более тщательного анализа жизненного цикла строительных материалов;
• повышения экоустойчивости архитектурных форм зданий.

Применение непрозрачных компонентов, изготовленных из вторичного алюминия, а также широкое применение солнечной энергии (пассивной через стекло и активной с помощью фотоэлектрических устройств) позволяет зданию снижать потребление энергии. Для некоторых стран применение новых подходов к обогреву и вентиляции позволяет даже отказываться от традиционных систем кондиционирования [1].

Алюминий играет главную роль в реализации этих зеленых архитектурных и строительных проектов за счет:

• снижения затрат энергии в ходе строительства здания;
• обеспечения повышенного комфорта и улучшенного контроля температурного режима и естественной освещенности;
• отсутствия неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Светопрозрачные и вентилируемые фасады

Алюминиевые профили, а также алюминиевые листы, являются идеальными материалами для зеленого строительства. Это достигается за счет простоты конструкции, как профилей, так и листов, гибкости технологии их изготовления, конкурентной стоимости. Алюминиевые профили являются основными компонентами современных светопрозрачных фасадов (рисунок 1), которые изменили вид современных городов.

Рисунок 1 – Светопрозрачный фасад на основе каркаса
из алюминиевых профилей [2].

Широкое применение получили алюминиевые композиционные панели, которые состоят из двух алюминиевых листов и полимерной сердцевины между ними. Такая конструкция этих панелей обеспечивает им хорошие теплоизолирующие и декоративные свойства. Алюминиевые композиционные панели применяют как для облицовки непрозрачных частей светопрозрачных фасадов, так и для наружной облицовки зданий в виде вентилируемых фасадов. Кроме того, большинство вентилируемых фасадов – и не только из алюминиевых композиционных панелей – устанавливаются на алюминиевом несущем каркасе (алюминиевой подконструкции), которая состоит из алюминиевых профилей (рисунок 2).

Рисунок 2 – Вентилируемый фасад из алюминиевых композиционных панелей, установленных на алюминиевой подконструкции (компания Алюком)

Двойные (двухслойные) фасады

Особенно перспективными для зеленого строительства и архитектуры считаются двойные или двухслойные фасады (рисунок 3). К этим фасадам относятся системы, состоящие из наружного и внутреннего слоев остекления и воздушной прослойки между ними. Наружный и внутренний слой остекления могут иметь в своем составе как стекла, так и стеклопакеты. Оба слоя остекления могут быть снабжены открывающимися элементами. Одной из функций воздушной прослойки является расположение в ней систем солнцезащиты. Ширина воздушной прослойки и тип вентиляции зависят от климатических условий региона [3].        

Рисунок 3 – Схема устройства двойного (двухслойного) фасада [3]

Двухслойные фасады могут обеспечивать значительное повышение гибкости управления теплообменом между внутренними помещениями здания и наружным воздухом. Это достигается за счет максимального использования возможностей естественной вентиляции здания. Кроме того, эти системы обеспечивают дополнительную защиту от чрезмерного тепла с помощью современных автоматических систем затенения солнечных лучей. В дополнение к этому в зданиях с двухслойным фасадом применяются множество других инженерных решений. Пример двойного (двухслойного) фасада представлен на рисунке 4.   

Рисунок 4 – Пример двойного (двухслойного) фасада [1]

Алюминиевая промышленность и зеленая архитектура

Современные жесткие требования к энергетической эффективности зданий  стимулируют и «подстегивают» архитекторов и строителей к все более широкому внедрению принципов зеленой архитектуры и зеленого строительства. Важную роль в этом играют алюминиевые строительные материалы и изделия. Чтобы полностью раскрыть и применить потенциальные возможности алюминия в зеленом строительстве важно объединить усилия в этом направлении, с одной стороны, архитекторов, строителей, специалистов стекольной промышленности и, с другой стороны, специалистов алюминиевой промышленности.

Важной частью этой работы являются образовательные и учебные программы по донесению знаний и опыта о применении алюминия в строительстве до всех участников строительной технологической цепочки: менеджеров всех уровней,  проектировщиков и конструкторов, строителей всех специальностей.  

Источники:

1. Аpplication of Aluminium in “Green” Architecture – Today and Tomorrow / ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING ENVIRONMENT, No. 1/2009

2. Design of lightweight facades. Architectural Project Introduction Handbook, Hydro, 2007.

3. ГОСТ Р 54858-2011 – Конструкции фасадные светопрозрачные. Метод определения приведенного сопротивления теплопередаче.