Klimaticky adaptivní stavební plášť - Climate-adaptive building shell

Pohyblivá střecha Bengt Sjostrom Theatre v Rockfordu v Illinois schopný modulovat podmínky vnitřního prostředí tak, aby maximalizoval zážitek cestujících

Klimaticky adaptivní stavební plášť (CABS) je termín v pozemní stavitelství který popisuje skupinu fasád a střech, které dynamicky interagují s variabilitou jejich prostředí. Konvenční konstrukce mají statické obvodové pláště budovy, a proto nemohou reagovat na měnící se povětrnostní podmínky a požadavky uživatelů. Dobře navržený systém CABS má dvě hlavní funkce: přispívá k úspoře energie pro vytápění, chlazení, ventilaci a osvětlení a vyvolává pozitivní dopad na kvalitu vnitřního prostředí budov.

Definice

Popis CABS provedený Loonenem a kol.[1] říká, že:

Klimaticky adaptivní plášť budovy má schopnost opakovaně a reverzibilně měnit některé ze svých funkcí, vlastností nebo chování v průběhu času v reakci na měnící se požadavky na výkon a proměnné okrajové podmínky, a to s cílem zlepšit celkový výkon budovy.

Tato definice ukazuje několik komponent, které odpovídají CABS a jsou popsány v tomto článku.

První část definice souvisí s její základní charakteristikou; být adaptivními obálkami, nebo jinými slovy, mít kůže, které by se mohly přizpůsobit novým okolnostem.[2] To znamená, že obálky by měly být schopné „se mírně změnit, aby dosáhly požadovaného výsledku“, „zvyknout si na novou situaci“,[2] a v případě potřeby se dokonce vrátit do původní fáze. Přestože jsou požadované podmínky pro cestující uvnitř, jsou ovlivněny venkovním prostředím. I když tyto výsledky lze široce definovat, existuje shoda v tom, že účelem CABS je poskytnout přístřeší, ochranu a pohodlnou kvalitu vnitřního prostředí tím, že spotřebovává minimální potřebné množství energie. Cílem je proto zlepšit pohodu a produktivitu lidí uvnitř budovy tím, že bude citlivá na své okolí.[3][1]

CABS musí uspokojit různé požadavky, které si navzájem konkurují nebo dokonce odporují. Musí například najít kompromis mezi denním světlem a oslněním, čerstvým vzduchem a průvanem, větráním a nadměrnou vlhkostí, roletami a svítidly, tepelnými zisky a přehřátím a dalšími.[4] Dynamika obalu potřebná ke zvládnutí těchto kompromisů by mohla být dosažena různými způsoby, například pohybem komponent, zavedením proudů vzduchu nebo chemickou změnou materiálu.[3] Nestačí však jednoduše přidat adaptivní prvky do návrhu nebo stávající budovy, musí být do něj integrovány jako celý systém.[5][4] Proto s využitím technologií CABS existuje řada příležitostí pro transformaci z „vyrobených“ na „zprostředkované“ vnitřní prostory.[1]

Související pojmy

CABS je pouze jedno označení konceptu obálky, které lze popsat řadou různých termínů. Lze použít několik variant výrazu „adaptivní“, mezi něž patří: aktivní, pokročilý, dynamický, interaktivní, kinetický, citlivý, inteligentní a přepínatelný. Kromě toho pojmy responzivní architektura, kinetická architektura, inteligentní budova jsou úzce spjaty. Hlavní rozdíl oproti CABS spočívá v tom, že adaptace probíhá na úrovni pláště budovy, zatímco ostatní koncepty zohledňují přístup založený na celé budově.

Kategorizace CABS

Jako každý jiný systém, i CABS má několik nezávislých charakteristik, podle kterých je lze kategorizovat. Stejný CABS proto může nějak zapadat do všech těchto kategorií. Co se může lišit od jednoho CABS k druhému, je podkategorizace, která rozlišuje na základě atributů každého z nich. Následuje několik možných kategorizací, které lze najít v literatuře.

Systémy reagující na klima

Jak název napovídá, jsou kategorizovány na základě klimatických faktorů, které řeší. Jejich chování je založeno na produkci změny tepla, světla, vzduchu, vody a / nebo jiných druhů energie.[6] Jsou tedy podkategorizovány do tří typů: systémy reagující na sluneční záření, systémy reagující na proudění vzduchu a další systémy reagující na přírodní zdroje.

Sluneční reagující systémy

Kuggen pohyblivý opalovací krém, který sleduje slunce a zastíní horní dvě patra budovy.

Jsou založeny na řízení solární energie v různých formátech. Obvykle používají jeden z následujících pěti typů solárních regulačních zařízení: vnější, integrovaný, vnitřní, dvouplášťový a větraný.[2] První typ sluneční energie je sluneční teplo. CABS související s tímto typem energie jsou určeny k maximalizaci solárního tepelného zisku v zimě a k jeho minimalizaci v létě. Některé příklady této technologie jsou stěna solárního sudu (sudy naplněné vodou), vodní vaky na střeše, dynamická izolace a termochromní materiály (měnící barvu v důsledku teploty) na stěnách, aby získaly vhodnou barvu a odrazivost reagující na venkovní teplotu.[5]

Dalším typem sluneční energie je sluneční světlo. CABS spojené s tímto zdrojem energie jsou založeny na řízení úrovní vnitřní osvětlení, distribucí, pohledů z oken a oslnění. K dosažení těchto úkolů existují tři hlavní způsoby: s tradičními mechanickými systémy (široká škála možností od žaluzií až po komplexní motorizovaný systém) inovativní mechanické systémy (rotační, výsuvné, posuvné, aktivní denní osvětlení a samonastavující se schémata průchodu) a chytré sklo nebo průsvitné materiály (termochromní, fotochromní, elektrochromní materiály). Tento poslední se používá v oknech a může dosáhnout svého cíle čtyřmi způsoby: změnou optických vlastností, směru osvětlení, vizuálního vzhledu a termofyzikálních vlastností. Mezi těmito inteligentními materiály získalo elektricky aktivované zasklení fasád budov komerční životaschopnost a zůstává nejviditelnějším indikátorem inteligentních materiálů v budově.[5] Třetí druh sluneční energie je solární elektřina které většinou relé na instalaci integrovaných fotovoltaických systémů. Aby mohli být považováni za CABS, musí mít schopnost být kinetickými, spíše než individuálně pohyblivými panely. Normálně je toho dosaženo použitím heliotropních systémů sledování slunce k maximalizaci zachycení sluneční energie.[5]

Systémy reagující na proudění vzduchu

Počítačový systém slunečního cestování reguluje nastavení ventilace a clony, pohyb vzduchu, světla, stínu a tepla Surry Hills Knihovna a komunitní centrum v Sydney v Austrálii

Jsou to příbuzní přirozené větrání a větrná elektřina. První z nich má za cíl vyčerpat přebytek oxidu uhličitého, vodní páry, pachů a znečišťujících látek, které mají tendenci se hromadit ve vnitřním prostoru. Zároveň jej musí vyměnit za nový a čerstvý vzduch, obvykle přicházející zvenčí.[7] Některé příklady tohoto typu technologie jsou kinetická střešní konstrukce a dvouplášťové fasády. Další méně běžné typy CABS jsou ty generující větrná elektřina. Převádějí tedy větrnou energii na elektrickou prostřednictvím malých větrných turbín integrovaných do budov. Může se jednat například o větrné turbíny namontované vodorovně mezi každým patrem. Další příklady lze nalézt v budovách, jako je Dynamic Tower, budova COR v Miami a Greenway Self-park Garage v Chicagu.[5]

Jiné systémy přírodních zdrojů

Mohou odpovídat za použití deště, sněhu a dalších přírodních zásob. Bohužel nebyly nalezeny žádné další informace týkající se tohoto problému.

Na základě měřítka časového rámce

Calatrava Burke Brise Soleil v Muzeum umění Milwaukee otevírá se každý den a poskytuje budově stín a zavírá se každý večer nebo když to vyžadují povětrnostní podmínky

Jako dynamické technologie může CABS v průběhu času zobrazovat různé konfigurace, od sekund až po změny znatelné během životnosti budovy. Čtyři typy úprav založených na stupnicích časového rámce jsou tedy sekundy, minuty, hodiny a roční období [6][1]

Variace, která se odehrává právě v sekundy se vyskytují náhodně v přírodě. Některé příklady mohou být krátkodobé variace rychlosti a směru větru, které mohou způsobit posuny ve větru. Příklad posunu, ke kterému dochází uvnitř minut je oblačnost, která má vliv na dostupnost denního světla. Proto do této kategorie mohou spadat také CABS, které používají tento druh energie. Některé změny, které se upraví v pořadí hodin jsou kolísání teploty vzduchu a stopa slunce po obloze (ačkoli pohyb slunce po obloze je kontinuální proces, jeho stopa se provádí v tomto časovém měřítku). Nakonec se některé CABS mohou přizpůsobit napříč roční období, a proto se od nich očekává, že nabídnou rozsáhlé výkonnostní výhody.[1]

Na základě rozsahu změn

Adaptivní chování CABS souvisí s tím, jak fungují jeho mechanismy. Proto jsou buď založeny na změně chování (makro měřítko), nebo na vlastnostech (mikro měřítko).

Změny v měřítku makra

Inteligentní fasáda s integrovanou fotovoltaikou integrovanou do budovy na automatických lamelách na dřevo pro solární desetiboj TU Darmstadt 2007

Často se také označuje jako „kinetické obálky“, což znamená, že je přítomen určitý druh pozorovatelného pohybu, který obvykle vede ke změnám energie v konfiguraci pláště budovy. Toho je obvykle dosaženo pohyblivými částmi, které mohou provádět alespoň jednu z následujících akcí: skládání, klouzání, roztahování, rýhování, zavěšení, válcování, nafukování, větrání, otáčení, zvlnění atd.[4][8][9]

Na základě jejich adaptivní úrovně lze mechanismy makro měřítka rozdělit do dvou typů systémů: inteligentní stavební skiny a responzivní fasádní systémy. První používají centralizovaný stavební systém a snímací zařízení k přizpůsobení povětrnostním podmínkám. Měli by být schopni se poučit z reakcí cestujících a uvažovat o budoucích výkyvech počasí, aby mohli odpovídajícím způsobem reagovat. Některé příklady tohoto druhu funkcí jsou automatizace budov a fyzicky adaptivní součásti, jako jsou žaluzie, sluneční clony, funkční okna nebo inteligentní sestavy materiálů.[3]

Responzivní fasádní systém má stejné funkce a výkonové charakteristiky jako inteligentní plášť budovy, ale jde ještě dále tím, že má interaktivní aspekt. To znamená, že obsahuje komponenty, jako jsou výpočetní algoritmy, které umožňují stavebnímu systému regulovat se a učit se včas. Responzivní pokožka budovy proto zahrnuje nejen mechanismy uspokojování tužeb cestujících a poučení se z jejich zpětné vazby, ale také podporuje cestu dvojího vzdělávání, kde se budova i její obyvatelé odehrávají v neustálém a rostoucím rozhovoru.[3]

Změny v malém měřítku

Tři vrstvy ETFE membrány v budově Media ICT Building (Barcelona, ​​Španělsko), přičemž druhá a třetí vrstva mohou změnit průhlednost fasády na základě množství vzduchu v nich.

Tyto druhy změn přímo ovlivňují vnitřní strukturu materiálu buď prostřednictvím termofyzikálních nebo neprůhledných optických vlastností, nebo prostřednictvím výměny energie z jedné formy do druhé.[8][9] Při uvažování o adaptivní úrovni obvykle spadají do kategorie inteligentních materiálů. Vyznačují se změnami vnějšími podněty, jako je teplota, teplo, vlhkost, světlo, elektrické nebo magnetické pole. Důležitým hlediskem při použití tohoto typu materiálů je, zda jsou jejich změny reverzibilní nebo nevratné.[3]

Nejatraktivnější vlastností, která upoutá pozornost designérů, je její bezprostřednost nebo reakce v reálném čase, což zase zlepšuje její funkčnost a výkon a současně snižuje spotřebu energie. Některé příklady jsou: aerogel (syntetická průsvitná látka s nízkou hustotou nanášená na zasklení oken), materiál pro fázovou změnu (jako mikrozapouzdřený vosk), solné hydráty, termochromní polymerní filmy, slitiny s tvarovou pamětí, polymery reagující na teplotu, strukturně integrovaná fotovoltaika a inteligentní termobimetalové ventilační pláště.[3][8][9]

Na základě typu ovládání

Existují dva různé typy řízení: vnitřní a vnější regulátory.

The Heliotrope (budova) ve Freiburgu v Německu je stavba, která se v zimě otáčí čelem ke svým oknům směrem ke slunci a v létě k prázdné bílé zdi. Samostatně se také otáčejí fotovoltaické panely, aby se maximalizovalo shromažďování slunečního záření.

Vnitřní kontroly

Vyznačují se samonastavovacími systémy, což znamená, že jejich adaptivní schopnost je nedílnou součástí. Jsou stimulovány podmínkami prostředí, jako jsou: teplota, relativní vlhkost, srážky, rychlost a směr větru atd. Tato soběstačná kontrola se někdy označuje jako „přímá kontrola“, protože hlavními faktory jsou dopady na životní prostředí, aniž by bylo nutné externí rozhodovací zařízení. Potřebu menšího počtu komponent lze proto považovat za výhodu, stejně jako skutečnost, že může mít okamžitou změnu bez potřeby paliva nebo elektřiny. Nevýhodou však je, že je možné provádět pouze za podmínek a variací prostředí, pro které byl navržen.[6][1]

Vnější ovládací prvky

Tento druh ovládacích prvků může využít zpětnou vazbu změnou jejich chování na základě srovnání aktuálního stavu s požadovaným. Jejich struktura má tři hlavní součásti: senzory, procesory a akční členy. Zabalení do logického ovladače jim dává možnost provádět změny ve dvou úrovních: distribuované (regulované místními procesory) nebo centralizované (prostřednictvím nadřazené řídicí jednotky). Výhodou je, že mají vysokou úroveň kontroly, která umožňuje manuální zásah pro spokojenost a pohodu. Nevýhodou je potřeba různých komponent.[4][6][1]

Na základě prostorového měřítka

Prostorová stupnice CABS odkazuje na fyzickou velikost systému. Adaptace proto může probíhat jako obálka, fasáda, komponenta fasády a subkomponenta fasády.[6]

Na základě inspirační škály

Kinetická fasáda tematického pavilonu na Expo 2012 (Yeosu, Jižní Korea) má výklopné žaluzie, které napodobují pohyb vlny

Jednou ze základních charakteristik lidských bytostí je schopnost vytvářet nové věci. Jako výchozí bod je potřeba inspirace, která může pocházet z přírody nebo jiných zdrojů, jako jsou vlastní nápady. Proto je použití morfologických nebo fyziologických vlastností organismů nebo přirozeného chování v biologických vědách známé jako biomimetika a běžně se používá ve stavebních vědách. CABS, kteří získávají tento zdroj inspirace, jsou známí jako biomimetické adaptivní stavební skiny (Bio-ABS). Rozdíly ve vlastnostech a chování se tedy přenášejí z biologických reprezentací, které poskytují budovám efektivní, environmentálně, mechanicky, strukturálně nebo materiálově účinné strategie.[6]

V rámci biomimetických adaptivních stavebních skinů existují dva způsoby kategorizace. První je založen na biomimetickém přístupu. Rozlišuje podle pořadí, ve kterém je problém vyřešen. Existují dvě možnosti: zahájeno identifikací technického problému, který má být vyřešen biologickým řešením (shora dolů), nebo zkoumáním biologického řešení k vyřešení technického problému (zdola nahoru). Druhá kategorie Bio-ABS je založena na úrovni adaptace, která nabízí tři typy: morfologické (založené na formě, struktuře a struktuře), fyziologické nebo behaviorální.[6]

Na základě vývojové fáze

Tato kategorizace zahrnuje jakoukoli analýzu, která měří výkon daného projektu CABS. Vývojové fáze lze označit jako předběžný model (PM), simulovaný model (SM), pilotní prototyp (PSP) a aplikace v plném měřítku (FSA).[6]

Na základě počtu funkcí

Tato klasifikace souvisí s počtem faktorů prostředí, kterým se daný CABS přizpůsobuje, když je aktivován stimuly nezávisle. Některé z nich jsou: ventilace, vytápění / chlazení, zlepšování kvality vzduchu, regulace úrovně vlhkosti, změna barvy a regulace spotřeby energie. Tímto způsobem mohou být monofunkční nebo multifunkční.[6]

Na základě výkonnostní úlohy

Tato poslední diferenciace zohledňuje účel a hodnocení toho, jak účinně je adaptace dosaženo, proto je rozdělena do dvou podkategorií. První je výkonnostní cíl, který se týká posuzovaného stavebního aspektu. Některé příklady jsou: kvalita vnitřního vzduchu, tepelný komfort, vizuální komfort a potřeba energie. Druhou kategorií je vylepšení opatření a metrik. Mezi obvyklé měřené parametry patří: výtlak, příjem denního světla, zvlhčování / odvlhčování, odvod tepla, proudění vzduchu, propustnost a chlazení.[6]

Motivace pro zavedení CABS

Budovy jsou během svého životního cyklu vystaveny nejrůznějším měnícím se podmínkám. Povětrnostní podmínky se liší nejen po celý rok, ale i po celý den. Také zatížení cestujících, aktivity a preference se neustále mění. V reakci na tuto dynamiku z hlediska energie a pohodlí nabízí CABS schopnost aktivně zmírňovat výměnu energie přes kůži budovy v průběhu času. Tímto způsobem v reakci na převládající meteorologické podmínky a potřeby pohodlí zavádí dobré příležitosti k úspoře energie.[10]

I když už jen pro stavbu každá budova generuje změny ve svém prostředí (jako jsou sluneční vzorce a variace větru), schopnost maximalizovat využití vnějších zdrojů zmírňuje její důsledky pro životní prostředí. CABS tedy využívá „existující přírodní energie k osvětlení, vytápění a větrání prostorů“,[3] získání maximálních podmínek tepelné pohody. Například začleněním fotovoltaických principů do skla určeného k použití na fasádách budou nové pláště generovat místní a neznečišťující elektřinu pro zásobování budov energetickými potřebami.[3] Rovněž podporuje využití denního světla, že když vychází z okna s vnějším výhledem, „vede ke zvýšení produktivity, mentálních funkcí a vyvolání paměti“.[7]

Obálka budovy je jedním z nejdůležitějších konstrukčních parametrů určujících vnitřní fyzické prostředí ve vztahu k tepelné pohodě, vizuálnímu komfortu a dokonce efektivitě pracovní obsazenosti.[5] Aby se podpořilo vytváření zdravějších a produktivnějších prostor, je třeba brát v úvahu nejen denní světlo, ale také přirozené větrání a další externí zdroje. Toto jsou aktuální úkoly prováděné CABS jako technologie založené na životním prostředí. CABS tedy mají nejen lepší výkon než statické obálky, ale také „poskytují vzrušující estetiku, estetiku změny“.[7]

Skutečnost, že CABS pružně reaguje na měnící se podmínky, jim poskytuje příležitost k udržení vysoké úrovně výkonu během změn v reálném čase. Toho je dosaženo očekáváním a reakcí. Systémy proto dokážou zvládnout environmentální nejistotu, což je velmi oceňováno. Tato flexibilita se v CABS provádí třemi způsoby: adaptabilita (prostředníci klimatu mezi vnitřním a venkovním), multi-schopnost (více a nové role v průběhu času) a evolučnost (schopnost zvládat změny v delším časovém horizontu).[1]

Použití dynamických a udržitelných technologií nabízí možnost dosáhnout lepších environmentálních a ekonomických výsledků obvodových plášťů budov. Například tím, že mají funkce vyhýbání se teplu a pasivního chlazení, mohou být budovy levnější kvůli menší potřebě energie na chlazení, a proto je zapotřebí menší mechanické vybavení.[7] Přestože se zvýšila poptávka po uspokojivém pracovním prostředí a ekonomickém výkonu, CABS mají potenciál k dosažení tohoto cíle.[4]

Nevýhody implementace CABS

Jak Mols et al.[4] tvrdí, že CABS je nezralý koncept, který vyžaduje další výzkum kvůli nedostatku úspěšných aplikací v praxi. Stejně tak jako důsledek neprozkoumaného konceptu „skutečná hodnota přizpůsobivosti skořepin budov je dosud neznámá a my můžeme jen hádat, kolik z tohoto potenciálu je přístupné se stávajícími koncepty a technologiemi“.[10] V současné fázi je koncept ještě více teoretický než praktický, je podporován simulačními technologiemi namísto vytvořených projektů. Kuru a kol.[6] přidat k tomuto bodu tím, že z jejich výzkumu jsou akademické projekty častější než ty průmyslové v reálném světě.

Vzhledem k tomu, že koncept CABS se vztahuje na změny, někdy souvisí se zařízeními a technologiemi, které vyžadují vyšší provozní a údržbovou aktivitu než statické obálky. To má několik důsledků, například větší pozornost možným poruchám, nutnost oprav a v některých případech vyšší náklady na provoz a údržbu.[2] Někdy může tento problém ovlivnit i potřeba centralizovaného řídícího centra. Proto je volba druhu technologie otázkou, kterou je třeba brát opatrně.

Nicméně, Lechner [7] uvádí, že současná spolehlivost automobilů ukazuje, že lze vyrobit pohyblivé systémy, které vyžadují jen málo případných oprav po delší dobu. Tuto myšlenku završuje slovy, že „s dobrým designem a materiály se exponované stavební systémy staly extrémně spolehlivými, i když jsou v zimě vystaveny slané vodě a ledu“.[7] Přestože existují obavy ohledně provozu a údržby těchto typů technologií, zdá se, že existuje řešení při rozhodování o typu, materiálech a konstrukci těchto zařízení.

Jako dynamické mechanismy může CABS záviset na dostupnosti energie. Naproti tomu pasivní technologie nepředstavují tento problém, protože nepůsobí aktivně, což představuje vyšší odolnost systému vůči změnám. Jeho nezávislost na jakémkoli externím vstupu (elektřina, tepelná energie nebo data) umožňuje jeho trvalou funkčnost, a to i v případě výpadku proudu.[2] Proto je pro některé CABS pravděpodobně navrženo použití záložních alternativ, jako je sekundární zdroj energie, aby byl zajištěn nepřetržitý provoz.

A konečně lze nedostatek kontroly nad několika CABS považovat za chybu. Existují některé CABS, například ty, které spoléhají na chytré materiály, které cestující nemohou ovládat. V těchto případech, pokud neuspokojí přání cestujících, způsobí neblahý výsledek. Možnost ovládat danou technologii lze tedy chápat jako sílu nebo slabost v závislosti na zařízení, záměru a úkolu, kterého je třeba dosáhnout.[3]

Aktuální stav a využití těchto technologií

Historicky byla fasáda hlavním nosným konstrukčním prvkem budov, což omezovalo její funkčnost a významnost. V současném období je fasáda často osvobozena od svého strukturálního úkolu a umožňuje větší flexibilitu, aby se vešla do různých kontextů, jako je úspora / generování energie, zajištění tepelných vlastností pro pohodlí a přizpůsobivost měnícím se podmínkám.[6] Moderní konstrukční metody, vývoj v materiálových vědách, pokles cen elektronických zařízení a dostupnost kontrolovatelných kinetických fasádních komponent nyní nabízejí bohaté možnosti pro inovativní řešení pláště budovy, která lépe reagují na kontext prostředí, což umožňuje, aby se fasáda chovala živý organismus.[1]

Většina současného stavu CABS se však zaměřuje na snahu lépe porozumět konceptům těchto technologií, které mají být přeneseny a implementovány praktickými způsoby do budov. Kuru a kol.,[6] identifikovat tři hlavní omezení v biomimetických adaptivních stavebních kůžích (Bio-ABS). Navrhovaná omezení jsou: úroveň rozvoje, regulace různých environmentálních faktorů a hodnocení výkonu.

Navrhují, že jako obvykle u jakéhokoli nezralého konceptu je většina zamýšlených projektů koncepčních. Jedním z hlavních důvodů jsou výzvy spojené s kombinováním více oborů, jako je architektura, biomimetika a inženýrství, s cílem konečně vyvinout, analyzovat a měřit výkon. Kromě toho jsou omezené postupy pro identifikaci a přenos biologických řešení do architektonických systémů. Současný software má omezení, pokud jde o specifické nástroje a metody, které mohou napodobovat výkon Bio-ABS. Přidání tohoto čísla vyžaduje přechod od digitálních modelů k fyzické aplikaci týmovou práci odborníků z různých oborů, kterých je někdy obtížné dosáhnout.[6]

Dalším současným nedostatkem je zaměření na monofunkční CABS, což se proměnilo v promarnění příležitosti ke zlepšení. Myšlenkou CABS je mít obálky, které by mohly reagovat na různé vnitřní a vnější faktory, nejen na jednu budovu. Míra podpory a rozvoje úkolů CABS je navíc nerovnoměrná. Například z výzkumu Kuru et al.[6] výsledky ukazují, že CABS pro řízení světla jsou vyvíjeny nejkomplexněji, zatímco energetické předpisy jsou nejméně studovány. I když je tedy pravděpodobné, že dojde k posílení implementace CABS pro správu osvětlení, ty související s regulací energie se mohou zdát zaostávající. Podobně je pro aktuálně prováděný výzkum charakteristický roztříštěný vývoj. Některé jdou směrem k vědě o materiálech (např. Přepínatelné zasklení, přizpůsobivá tepelná hmota a variabilní izolace) a jiné v tvůrčích procesech.[10]

V důsledku výše uvedených nevýhod je v současnosti nejběžnějším způsobem využití energetické účinnosti v budovách přístup k celé budově (nejen k obálce). Existuje několik příkladů fasád, které obsahují pasivní nebo inteligentní technologie pro vytvoření pohodlného vnitřního prostoru, s výjimkou stínicích technologií, jako jsou žaluzie nebo žaluzie a funkční okna pro ventilaci.[2] K překonání těchto problémů proto může být nutné budoucí zlepšení v této oblasti.

Budoucí vylepšení CABS

Ke zlepšení růstu CABS je třeba čelit několika výzvám. Prvním z nich je vytvoření softwaru na zakázku, který by mohl analyzovat dynamické systémy založené na klimatickém vzoru. Navíc pokud software dokáže předvídat a zkoumat budoucí důsledky akcí, které se dějí v současnosti, lze získat přesnější výsledky. To by mohlo být vylepšeno zavedením logických ovládacích prvků do softwaru CABS. A konečně, vytváření uživatelsky přívětivějších rozhraní by mohlo použití těchto nástrojů usnadnit.[6][10]

Na základě této myšlenky lze rozšířit nejen software, ale také rozsah témat, která CABS aktuálně shromažďuje. Proto je třeba prozkoumat vytvoření nových způsobů řízení a kontroly energie, vody a tepla. Jedním ze způsobů, jak to udělat, je inženýrství, jak napodobit biologické metody a převést je do praktického způsobu pro budovy. Zdá se, že inspirace v přírodě má velký potenciál.[6]

Společnou charakteristikou rozvíjení myšlenek je, že pro růst a prosperitu je třeba riskovat. Proto se otevírá možnost selhání. CABS nejsou výjimkou a aby byli úspěšní vývojáři, musí nést rizika, například rizika spojená s dlouhou dobou návratnosti a vysokými provozními náklady. Mols a kol.[4] zmínit, že „Pokud se vývojář rozhodne riskovat, výsledky jsou považovány za příjemce“. Některá z těchto rizik se opírají o nejistotu za CABS. Způsob, jak je zmírnit, je monitorováním provozního výkonu a prováděním hodnocení po obsazení a rostoucími údaji o skutečném výkonu současného CABS, které v současné době v literatuře chybí.[1] Závěrem je, že myšlenka CABS potřebuje podporu a odhodlání všech zúčastněných stran v oblasti budov, aby mohla překonat.

Pozoruhodné příklady

Terrence Donnelly Centrum pro buněčný a biomolekulární výzkum Dvojitá kůže, která snižuje množství tepla vstupujícího do budovy a zajišťuje přirozené větrání

Ačkoli je koncept CABS stále relativně nový,[1] několik stovek konceptů lze nalézt v budovách po celém světě.[11] Následující seznam ukazuje přehled pozoruhodných příkladů.

Postavené příklady

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k Loonen, R; Tracka, M; Costola, D; Hensen, J (2013). „Klimatické adaptivní skořepiny budov: nejmodernější a budoucí výzvy“. Recenze obnovitelné a udržitelné energie. 25: 25, 483–493. doi:10.1016 / j.rser.2013.04.016.
  2. ^ A b C d E F Hasselaar, B (2006). „Climate Adaptive Skins: na cestě k nové energeticky efektivní fasádě“. Správa přírodních zdrojů, udržitelný rozvoj a ekologická rizika: 351–360.
  3. ^ A b C d E F G h i Shahin, H.S.M. (2019). „Adaptivní stavební pláště vícepodlažních budov jako příklad vysoce výkonných plášťů budov“. Alexandria Engineering Journal: 345–352.
  4. ^ A b C d E F G Mols, T; Blumberga, A; Karklina, I (2017). „Hodnocení skořápek budov adaptivních na klima: analýza podle více kritérií“. Energetické postupy. 128: 292–296. doi:10.1016 / j.egypro.2017.09.077.
  5. ^ A b C d E F Wang, J; Beltrán, L.O .; Kim, J. „Od statické po kinetickou: přehled obálek aklimatizované kinetické budovy“. Katedra architektury, Texas A&M University.
  6. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q Kuru, A; Oldfield, P; Bonser, S; Fiorito, F (2019). „Biomimetické adaptivní stavební pláště: regulace energie a životního prostředí v budovách“. Energie a budovy. 205: 109544. doi:10.1016 / j.enbuild.2019.109544.
  7. ^ A b C d E F Lechner, N (2015). Topení, chlazení, osvětlení (4. vyd.). New Jersey: John Wiley & Sons Inc.
  8. ^ A b C Ritter, A. (2006). Chytré materiály v architektuře, interiérové ​​architektuře a designu. Birkhauserova architektura. ISBN  978-3764373276.
  9. ^ A b C Addington, M .; Schodek, M (2004). Inteligentní materiály a technologie: Pro profese architektury a designu. Routledge. ISBN  978-0750662253.
  10. ^ A b C d Loonen, R; Trcka, M; Hensen, J (2011). „Zkoumání potenciálu plášťů budov adaptivních na klima“. 12. konference Mezinárodní asociace pro simulaci výkonnosti budov.
  11. ^ Loonen, R.C.G.M. „Pinterest - Klimatické adaptivní stavební pláště“. Citováno 15. listopadu 2014.