Фасад — связующее звено между внешней и внутренней средой здания. Следовательно, он оказывает большое влияние на: энергоэффективность и показатели качества здания; пиковые нагрузки для поддержания хорошего уровня освещения и теплового комфорта; взаимодействие жильцов или эксплуатантов с окружающим пространством помещений. Высокоэффективные фасадные системы зданий включают в себя выбор и установку необходимых материалов, которые должны соответствовать функциональным требованиям и нормам безопасности.

Из-за множества важных ролей — эстетики, теплового комфорта, качества дневного освещения, визуальной связи с внешней средой, акустических характеристик и характеристик, связанных с энергопотреблением — фасадам зданий, особенно системам остекления, уделяется большое внимание в исследованиях и разработках. Это привело к появлению широкого спектра продуктов и технологий, доступных для создания высокопроизводительных фасадных систем.

Сплошные стены

Считалось, что наружные сплошные стены из массивных строительных материалов обладают лучшими энергетическими показателями. Предположение основывалось главным образом на смещении условий пиковой нагрузки или уменьшении общего прироста / потери тепла. Однако, эти предположения были опровергнуты недавним развитием технологий в области материаловедения и термодинамики, например, материалов с фазовым переходом. В настоящее время существует широкий спектр видов высокопроизводительных фасадов — от навесных вентилируемых (толщиной 150-250 мм) до мокрых (со встроенными изоляционными материалами и толщиной до 75 мм).

Системы остекления

Растет интерес к стеклянным материалам и технологиям обработки деталей, которые приводят к тому, что системы остекления могут исключать перегрев / потерю тепла, в то же время обеспечивая максимальное пропускание солнечного света.

На рисунке 1 показаны различные системы остекления с соответствующими им значениями пропускания света (процентное содержание света, прошедшего через застекленную панель во внутреннее пространство). Недавно разработанная технология материалов включает в себя нанесение тонкого слоя чистого оксида металла на стеклянную поверхность, что позволяет уменьшить выброс инфракрасного излучения.

Технологии и решения для улучшения тепловых характеристик систем остекления включают вставку «прозрачного» изолятора, например сухого воздуха, вакуума, аргона или криптона, между стеклами, чтобы обеспечить хороший тепловой разрыв для снижения теплопроводности. Если ширина воздушного зазора больше, изоляционные свойства такой системы двойного остекления выше. Тройное остекление также используется для достижения еще лучших тепловых характеристик. Дополнительным преимуществом систем двойного и тройного остекления является превосходная акустическая эффективность, которая является дополнительным преимуществом для зданий, расположенных в загрязненной среде.
Благодаря наличию различных видов стекла и его комбинаций, инновационные применения привели к разработке интеллектуальных систем остекления. Примером является система остекления, которая автоматически регулирует свою непрозрачность в соответствии с условиями наружного освещения, что приводит к оптимизации показателей дневного света в помещении и контролю бликов. Такая система стала возможной благодаря использованию технологий фотохромного стекла.
Другим примером является «умное окно» с электрифицированным остеклением, в котором жидкокристаллическая пленка, размещается между стеклами, управляется электрическим полем. Окно может стать прозрачным, или сместить кристаллы так, что становится матовым (Liebard & Herde, 2010). Текущие исследования и разработки систем остекления также включают интеграцию тонкопленочных фотоэлектрических систем, так что фасад здания может предложить дополнительную функцию выработки электроэнергии. Однако, эта технология все еще слишком дорога для крупномасштабного проникновения на рынок.

Одной из появляющихся фасадных систем остекления является фасад с двойной оболочкой, состоящий из двух остекленных кожухов, снабженных вентилируемым зазором 0,2-2 м. Для более широкой полости, т. е. 0,6 м или более, обычно устанавливаются перфорированные металлические подиумы для очистки и технического обслуживания. Устройства для защиты от солнца, фасадные жалюзи, могут быть установлены внутри вентзазора. Изолированное остекление применяется в качестве внутренней оболочки. Вентиляция в пространстве полости может быть естественной (например, ветровой и / или плавучей) или механической (например, с вытяжным вентилятором). Вентзазор является многофункциональным пространством. Помимо использования для технического обслуживания и защиты от солнца, вход / выход может быть закрыт в холодную зиму в качестве дополнительного слоя изоляции. Полость также может быть использована для подогрева свежего воздуха, перед подачей в вентиляционную установку. В жаркое лето можно использовать естественную вентиляцию для отвода нагретого воздуха в вентзазор. (Liebard & Herde, 2010).

Соотношение стен и окон

Соблюдение этого простого правила для создания высокоэффективного дизайна фасада может отличаться в зависимости от климатических условий и солнечной ориентации. В регионах с умеренным климатом целесообразно иметь меньше стен и больше окон, поскольку система позволит проникать дневному свету глубже во внутреннее пространство здания и увеличить доступ солнечного света в холодные зимние месяцы. В жарких климатических регионах разумнее иметь высокое соотношение больше стен и меньше окон, так как солнечного света достаточно, освещенность неба высокая, а области окон / остекления являются слабыми зонами для накопления тепла в зданиях. Следуя тому же принципу, высокое соотношение стен и окон на фасаде, обращенном на запад, обеспечивает лучшие тепловые характеристики. Это связано с тем, что жаркий солнечный свет и радиация находятся вдали от внутренних помещений здания.

Интеграция солнцезащитных устройств

Необходима для систем остекления или зон подверженных воздействию солнечных лучей. Солнцезащитные устройства предотвращают попадание прямых солнечных лучей на поверхности остекления, повышают коэффициент использования затенения фасадов и снижают теплопередачу через фасадную систему.

Воздухонепроницаемость, но работоспособность 

Озабоченность по поводу теплопотерь через фасады зданий привела к требованию герметичного строительства. С другой стороны, воздухонепроницаемая конструкция может быть вредна для других характеристик окружающей среды здания, таких как естественная вентиляция и способность здания продолжать работу во время отключения электричества или неисправностей систем жизнеобеспечения. Кроме того, воздухонепроницаемое строительство недавно было подвергнуто критике как фактор, способствующий ухудшению качества воздуха в помещениях. Чтобы смягчить эти проблемы, лучше всего обеспечить работоспособные оконные / застекленные панели как часть воздухонепроницаемой фасадной системы. Например, высокопроизводительные двойные или тройные стеклопакеты.

Конденсация на стеклопакетах

Существует три распространенных типа конденсации в системах двойного остекления: в помещении, на улице и между ними. Внутренняя конденсация часто вызвана высокой внутренней влажностью вместе с низкой наружной температурой, которая охлаждает внутреннюю поверхность остекления ниже точки росы. Конденсация образуется на наружной поверхности стекла, когда температура стекла падает ниже температуры точки росы на улице. Использование низкоэмиссионного стекла может ограничить теплообмен через воздушный слой между двумя стеклянными панелями, таким образом, внутренняя стеклянная панель остается теплой, что снижает вероятность образования конденсата в помещении. В то же время внешняя стеклянная панель не прогревается из-за теплопередачи от внутренней стеклянной панели, что снижает вероятность образования наружного конденсата. И, наконец, когда на поверхностях, обращенных к воздушной полости между двумя стеклянными панелями, образуется конденсат, это указывает на утечку в воздушной полости, где влажный воздух проникает внутрь и образует конденсат. Система двойного остекления в этом случае не работает должным образом.

Ввод в эксплуатацию ограждающих конструкций

Поскольку фасад здания является одним из наиболее важных компонентов, определяющих тепловые и энергетические характеристики здания, для крупных строений со сложными фасадными системами целесообразно вводить в эксплуатацию ограждающие конструкции, чтобы гарантировать качество его строительства, долговечность и другие эксплуатационные характеристики.

Поскольку фасад здания является необходимостью для каждого здания, крупномасштабное внедрение высокоэффективных фасадных систем звполне осуществимо и зависит от:

1. Разработки соответствующего соотношения между стенами и окнами в качестве экономически эффективной меры

2. Повышения осведомленности о важности и преимуществах установки высокоэффективных фасадных систем зданий. Наличие демонстрационного (ых) проекта (ов), из государственного или частного секторов. Целевые группы включают застройщиков, владельцев, арендаторов, специалистов, связанных со строительством, и общественностью.

3. Местных строительных норм и правил, связанныех с тепловыми и дневными характеристиками фасадных систем зданий. 

4. В местах, где высокоэффективные фасадные системы зданий не используются или незнакомы, полезно сначала провести исследования и разработки, чтобы определить наличие материала и типы фасадных систем, которые соответствуют местному контексту, включая климатические условия, модели и нормы. Сделать выводы о поведении жильцов, определяемым местной культурой, социальными ценностями и т. д.

Полученные данные послужат основой для дальнейших исследований и разработок в области проектирования и внедрения инновационных фасадных систем. Затем осуществляется наращивание потенциала для повышения уровня знаний профессионалов и обучения рабочей силы навыкам проектирования, установки, эксплуатации и обслуживания высокопроизводительных фасадных систем зданий.
Более простые формы фасадных систем с высокими эксплуатационными характеристиками — например, вентилируемые или мокрые фасада, двойное остекление и низкоэмиссионное стекло — уже стали популярными во многих регионах мира. С другой стороны, сложные фасадные системы — то есть системы тройного остекления, фасадные системы с двойным покрытием, использование фотохромного стекла и электрифицированного остекления и т. д. — имеют рынок, ограниченный зданиями высокого класса. Фасадные системы с двойным покрытием дорогостоящие и обычно применяются в коммерческих проектах высокого уровня, так как они эстетически привлекательны и создают образ прозрачности и открытости, который корпорации хотели бы донести до общественности.

В регионах с умеренным климатом, как высокопроизводительные облицовочные конструкции, так и системы остекления являются обычной практикой и имеют широкое проникновение на рынок. Стены с штукатурными фасадми встречаются во многих жилых зданиях, в то время как композитные панели и фасадные системы с двойным покрытием более популярны для применения в коммерческих зданиях. В жарких и засушливых климатических регионах широко используются прочные стены с высокой теплоемкостью. В жарких и влажных климатических регионах вблизи экватора использование фасадных технологий с низкой теплопередачей и воздухонепроницаемостью не популярно из-за целесообразности естественной вентиляции.