Лекция 11 Интегрированные фотоэлектрические модули и «живые» крыши.

Массовое распространение в стройиндустрии специализированных теплоизоляционных материалов и продуктов, наблюдаемое в последние годы, создало для наиболее активных игроков этой отрасли очень серьезные потенциальные возможности по части оптимизации базовых показателей энергоэффективности. Достаточно лишь бегло перечислить наиболее перспективные инновационные материалы и технологические методы, активно внедряющиеся в данной сфере, такие как пенополистирол, акустические мембраны, паровоздушные защитные слои, разнообразные стекловолоконные изоляционные системы и т. д., для того, чтобы прийти к очевидному выводу о том, что при помощи умело- го комбинирования этих изоляционных материалов и технологий строительные компании теперь располагают куда более обширным арсеналом для гибкого управления своими удельными издержками и контроля над энергоемкостью.

Так, одним из относительно недавних и очень многообещающих трендов в данном сегменте стало массовое внедрение т. н. конструктивных теплозащитных панелей (StructuralInsulatedPanels, SIPs). Эти новые системы утепления стен состоят из жестких пеноизоляционных листов, прокладываемых вперемешку со слоями из т. н. ориентированно-стружечных плит, ОСП. В результате этой комбинации двух разных материалов достигается высокая конструкционная прочность стенной изоляции и, кроме того, поскольку практические разновидности SIPs обладают различной толщиной, это позволяет достаточно широко варьировать меру теплосопротивления изоляционного покрытия (т. н. R-Value, — в диа- пазоне от 13,5 до 25)14. Наконец, конструктивные теплозащитные панели могут также использо- ваться в качестве важного элемента кровельных покрытий зданий, в т. ч. позволяя конструировать высокие потолки без обшивки, состоящие из балок перекрытия. Еще один, также набравший в последнее время значительную популярность в отрасли комбини- рованный тип теплоизоляции, — т. н. несъемная опалубка из гранулированного пенополистиро- ла (англ. название — InsulatedConcreteForms, ICF). Эта технология была впервые запатентова- на в США еще в конце 60-х годов XX века, однако ее массовое внедрение в стройиндустрии прои- зошло значительно позже.

ICF обладает прекрасными энергосберегающими характеристиками, небольшим весом, высокой конструкционной прочностью и обеспечивает относительную простоту отделочных работ. Основными разновидностями ICF в настоящее время являются панели из пенополистирола, соединенные стяжками из полиэтилена или полипропилена, а также с интегрированными жесткими элементами из полипропилена или полиэтилена. Кроме того, в последнее время ста- ли также производится панели ICF, армированные стекловолокном и состоящие из фибробетонов. Отметим также, что, в отличие от обычной съемной опалубки, несъемная ICF-опалубка не только используется в качестве эффективного утеплителя, но и не несет никакой конструкци- онной нагрузки. Отдельного упоминания в данной категории инновационных стройматериалов, безусловно, также заслуживает новое поколение энергоэффективных теплоизоляторов — вакуумные изо- ляционные панели (VIP), которые были изначально ориентированы на улучшение изоляции в тех областях, где требуется высокая термостойкость, но при этом пространство весьма ограничено. Причем, что примечательно, основные физические принципы данного типа теплоизо- ляции были, также как и в случае с ICF, разработаны еще в 60-е годы ХХ века, однако массовое ее внедрение в стройндустрии стало происходить несколькими десятилетиями позже. Как отмечается в статье «Вакуумная тепло- изоляция и перспективы ее использования в строительстве»15, «применение в этих панелях мелкодисперсных пористых материалов позволя- ет решить задачу создания утеплителей с чрезвычайно малым значением коэффициента теплопрводности при гораздо менее жестких требованиях к конструкции теплоизоляционной системы и степени разрежения воздуха. Основную роль впроцессе передачи тепла в пористых порошковых структурах играет газ, находящийся в порах. Чем меньше размеры пор или пустот материала и раз- ветвленнее его структура, тем раньше в нем до- стигается условие высокого вакуума и лучше его теплофизические свойства». В настоящее время основными составными материалами для ваку- умных панелей являются пенополистирол, пено- полиуретан, дымный и осажденный кремнезем, а также различные аэрогели. Отметим также, что, по оценкам канадских специалистов, VIP могут обеспечивать почти в 10 раз более высокую термическую эффектив- ность по сравнению с традиционными теплоизо- ляционными материалами16. Однако, справед- ливости ради, здесь необходимо уточнить, что более активное применение VIP в стройинду- стрии пока сдерживается из-за сохраняющейся неопределенности в принципиальном вопросе о том, насколько надежную и долговременную термоизоляцию обеспечивает вакуумная обо- лочка уже после непосредственной установки этих панелей.

Интегрированные фотоэлектрические модули и «живые» крыши. Помимо разнообразных инновационных материалов и технологий, изначально ориентированных, прежде всего, на применение в строительной отрасли, следует отдельно выделить очень перспективное технологическое направление, тесная практическая взаимосвязь которого с домостроительным сегментом стала совершенно очевидной лишь относительно недавно. Речь идет о набирающей очень быстрые темпы интеграции в здания и сооружения фотоэлектрических модулей, позволяющих основным объек- там стройиндустрии помимо своего основного предназначения также выполнять важнейшую дополнительную функцию — аккумулировать солнечную энергию. Этот процесс в настоящее время признается большинством экспертов в качестве одного из магистральных и, фактически, «безальтернативных» путей дальнейшего развития стройиндустрии. Так, согласно одному из недавних отраслевых прогнозов, общий объем рынка интегрирован- ных в здания фотоэлектрических продуктов и материалов (исходный английский вариант — BuildingIntegratedPhotovoltaics (BIPV) уже к 2016 г. должен вырасти более чем в 5 раз по сравнению с уровнем, достигнутым в 2011 г. — с $2 млрд до$11 млрд. Более того, суммарная энергетическая мощность установленных на жилых и торгово- промышленных зданиях и сооружениях BIPV за тот же период времени может увеличиться при- мерно на порядок — с 343 МВт до 3.6 ГВт 17. Разнообразные устройства для преобразования солнечной энергии в электроэнергию будут повсеместно монтироваться помимо традиционных крыш также на окнах, устанавливаться в качестве элементов навесных стенных панелей и даже мобильных дорожных покрытий. Так, современные «фотоэлектрические окна», как правило, состоят из двух обычных оконных панелей из прозрачного или тонированного стекла с полупрозрачными PV-модулями, прикрепленными к поверхности внутренней оконной панели (что, в свою очередь, создает т. н. третью поверхность). Но, по мнению многих специалистов, в скором будущем и сами оконные рамы могут быть полностью заменены на стеклянные PV-панели. Еще более массовым может стать процесс внедрения BIPV в случае, если эти модули будут ис- пользоваться в качестве стандартных элементов наружной стеновой обшивки и/или противодо- ждевых защитных экранов. Особые надежды ряда специалистов связаны и с новым инновационным продуктом под названиемSolarIvy (в букв. переводе — «Солнечный плющ»). Специально разработанный для искусственной имитации процесса естественного роста плющей на внешней поверхности домов SolarIvy состоит из слоя тонкопленочного материала, покрывающего множество полиэтиленовых листов, к каждому из которых также прикрепленпьезоэлектрический генератор: в течение всего времени, пока солнечные лучи падают на эти листы или их обдувает ветер, они вырабатывают электроэнергию. По задумке разработчиков этого продукта, SolarIvy с легкостью может быть «вживлен» в уже существующие здания и сооружения, причем его относительные размеры лег- ко видоизменяются в очень широких пределах. Достаточно очевидно также, что применение BIPV отнюдь не ограничится внешней поверхно- стью зданий и сооружений. Упоминавшиеся выше передвижные (мобильные) дорожные покрытия, оснащенные фотогальваническими элементами, позволят и земной поверхности стать важнейшим «приемником» солнечной энергии. Впрочем, по всей видимости, эти мобильные дорожные покрытия будут главным образом проектироваться в пеше- ходных зонах и на территориях, непосредственно примыкающих к жилым зданиям, т. к. их массовое использование на оживленных автомобильных трассах едва ли экономически оправданно. Еще одной перспективной «родственной» технологией (хотя и не использующей фотогальванические элементы), возможно, станет и т. н. технология «активного естественного освеще- ния» (activedaylighting) зданий. Эта технология основывается на комбинации монтируемых на крышах зданий специальных подвижных гелио- коллекторов (приемников солнечной энергии) и разветвленных оптоволоконных кабелей. Под- вижныегелиоколлекторы, оснащенные мощны- ми оптическими линзами, фокусирующими свет и перенаправляющими его в оптоволоконные кабели, в течение всего светового дня плавно перемещаются по поверхности крыши вслед за движением Солнца по небосводу. В свою очередь, оптоволоконные кабели, пропускаемые сквозь различные стенные и потолочные полости и/или специальные желоба для скрытой проводки, непосредственно до- ставляют аккумулируемый гелиоколлекторами свет во внутренние помещения домов, где при помощи различных дополнительных приспо- соблений (точечных светильников, обычных солнечных батарей и прочих гибридных осветительных приборов) происходит дальнейшее распространение света. В настоящее время стои- мость подобных систем «активного естественно- го освещения» все еще неоправданно высока, но в случае их дальнейшего массового распространения она достаточно быстро может снизиться до разумных пределов. Наконец, очень практичным и популярным строительным элементом в последние годы ста- ли т. н. «живые» крыши (livingroofs, другой англоязычный вариант их названия — greenroofs, т. е. «зеленые» крыши). В своем стандартном виде эти «живые» крыши покрывают снаружи обычную непроницаемую кровельную поверхность и состоят из относительно тонкого слоя почвы, обеспечивающего естественный рост различных зеленых насаждений. В принципе, подобные «живые» крыши могут обладать наклонной поверхностью, но, как правило, они являются плоскими. Благодаря тому, что они относятся к категории «low-tech» продуктов, их средняя стоимость уже сегодня весьма невелика, а число предоставляемых ими различных преимуществ для обитателей таких зеленых домов очень значительно (серьезное снижение нагрева кровельной поверхности, до- полнительная теплоизоляция и поглощение CO2, общее улучшение качества окружающего атмос- ферного воздуха и т. д.).