preskočiť na hlavný obsah

Použitie nanotechnológií vo fasádach budov

/up/images/featured/images/0-nanofasady.jpg

Fasáda predstavuje funkčné oblečenie budovy, akýsi obal domu, jeho obvodovú konštrukciu s povrchovou úpravou. Tak, ako oblečenie chráni ľudské telo, rovnako fasáda chráni vnútornú konštrukciu a prevádzku budovy pred poveternostnými vplyvmi a poškodením. Funkčnosť a estetickosť fasády sú jej dve najzákladnejšie vlastnosti. Estetickosť' fasády, zvolené architektonické a farebné riešenie umocňuje jej spolupôsobenie s prostredím a okolitou zástavbou. Funkčnosť fasády súvisí s jej kvalitným konštrukčným a materiálovým riešením, správnym zrealizovaním konštrukčných a architektonických detailov.

Fasáda budúcnosti musí byť schopná reagovať na vonkajšie prostredie ako pokožka. Jej povrch musí byť vodovzdorný, predsa však priedušný, reagujúci na vonkajšie vplyvy, ako vysoké a nízke teploty zmenou svojich vlastností. Takéto fasádne materiály už sú skutočnosťou, či už ako ultratenké povrchy odolné proti oderu, ktoré umožňujú redukciu výroby aj spotreby, alebo ako vysokoefektívne izolačné vrstvy, schopné akumulovať tepelnú energiu... prosto nanomateriály v stavebníctve.

Nanoťechnológia sa v súčasnosti označuje za kľúčovú technológiu 21. storo2 List lekna so samočistiacimi kvalitami, nazývanými efekt leknového listu alebo inak čia. Zaoberá sa tvorbou a využívaním    lotosový efekt.

Vode odolný povrch je dosiahnutý transparentnou nanovrstvou; 4 Komplex bytových domov G Flat v Tokyu od architekta Koh Kitayama s použitím fotokatalytických samočistiacich zasklených stien  technológií v meradle rádovo nanometrov (cca. 1 100 nm). Pojem „nanotechnológia" je v súčasnosti často skloňovaný najmä v medicínskych a biotechnicky zameraných odboroch, predsa však pre mnohých ľudí stále neznámy. Nanotechnológiu čaká sľubná budúcnosť, hoci ani minulosť tohto vedného odboru nie je krátka. V roku 1913 bol vyvinutý mikroskop, ktorý umožňoval vidieť častice veľkosti nanometra. Termín „nanotechnológia" použil v roku 1974 Norio Taniguchi na Univerzite v Tokiu, keď potreboval popísať výrobné metódy s presnosťou menej ako mikrometer (tisícina milimetra). Výraz „nano" je odvodený z gréckeho slova „nanos" a latinského „nanus" a znamená „trpaslík". Jeden nanometer (nm) je milióntina milimetra a bilióntina metra.

Nanočastica nie je viditeľná voľným okom. Pre lepšie pochopenie proporcia nanometra v porovnaní s futbalovou loptou je ako proporcia futbalovej lopty v porovnaní s proporciou zemegule. Ľudské nechty rastú rýchlosťou 1 nm za sekundu. Jediná kvapka vody rozptýlená na plochu 1 m2 vytvorí tenučkú vrstvu v hrúbke približne 1 nm.

Základné nanomateriály sa vmiešavajú do iných surovín materiálov alebo sa nanášajú na ich povrch, aby vytvorili akýsi povlak s novými dokonalejšími vlastnosťami. Práve takáto ich charakteristická vlastnosť je využiteľná na zdokonalenie vlastností fasád.

Aplikácia nanočastíc sa môže diať konvenčnými metódami akými sú namáčanie alebo nástrek povrchu, alebo využitím techník CVD (chemical vapour deposition nanášanie parou).

Umožňujú materiálom nadobúdať nové vlastnosti alebo vytvárajú celkom nové materiály, ktoré v oblasti stavebníctva nachádzajú svoje najväčšie uplatnenie práve vo fasádnych systémoch. Predstavujú optimalizáciu jestvujúcich materiálov a vylepšenie ich stavebnofyzikálnych, statických či estetických vlastností.

Ekológia a ekonómia

Najkomplexnejším argumentom pre používanie nanotechnológií v stavebníctve a architektúre je podstatne vyššia energetická úspornosť. Hoci „nano" je pre ľudské oko neviditeľné, výsledky uplatnenia v architektúre a stavebníctve, v interiérovom dizajne sú viditeľné aj merateľné.

Využitie nanotechnológií ponúka ekonomické a ekologické výhody (optimalizácia existujúcich produktov, ochrana pred poškodením, redukcia váhy alebo objemu, efektívnejšie využitie materiálov, zníženie potreby údržby dlhším intervalom čistenia, redukcia spotreby surových materiálov a energií, CO2, komfortná manipulácia).

Využitie nanomateriálov v stavebníctve redukuje spotrebu energií na minimum buď priamo alebo nepriamo.
Priama redukcia môže byť vyvolaná napríklad využitím ultratenkých oderu odolných povrchov lakov, ktoré umožňujú redukciu výroby aj spotreby.

Nepriame úspory energie sú napríklad dôsledkom využitia vysoko efektívnych izolačných vrstiev, ktoré pri ich minimálnej hrúbke napomáhajú „konzervovať" energiu a zároveň sa zaznamená menšia spotreba materiálu a redukujú sa prostriedky na dopravu.

Z pohľadu ekonomického samočistiace povrchy redukujú zároveň aj finančné prostriedky, ktoré by sa inak museli vynaložiť na čistenie. Z pohľadu ekológie pravidelné čistenie povrchov špecializovanými čistiacimi prostriedkami znečisťuje aj životné prostredie.

Funkčnosť fasády a nanočastice

Nanopovrchy fasád sú odpoveďou stále aktuálnej požiadavky na neustále inovácie a zefektívnenie materiálov.

Funkčnosť fasády sa odzrkadlí aj na úsporách energií. Hlavné funkčné vrstvy fasády sú tepelnoizolačná a vodoizolačná. Práve tieto funkčné vrstvy môžu pri použití inovatívnych nanotechnológií podstatne zlepšiť svoje vlastnosti, čím sa dosiahne vyššia energetická efektívnosť celej budovy.

Architekti a projektanti sú vyzývaní, aby nachádzali inovatívne riešenia, ktoré by zvýšili energetickú efektívnosť budov práve využívaním materiálov a povrchov, ktoré použitím nanotechnológií zmenia svoje mechanické, optické alebo izolačné vlastnosti.

V našich slovenských podmienkach sa použitie nanopovrchov pri realizácii fasád obmedzuje skôr na mechanickú ochranu povrchov fasád (omietky, obklady), ktorá chráni povrchy pred starnutím, mechanickým poškodením, poveternostnými vplyvmi. Do tejto kategórie patria aj špeciálne nanogély, ktoré sú integrované ako transparentná medzivrstva zasklenia s vyššou požiarnou odolnosťou. Používané sú antigraffiti nanovrstvy, dokonca aj pre porézne a priepustné povrchy omietok a obkladov, ktoré nadobudnú permanentnú povrchovú úpravu, ktorá zároveň znižuje akumuláciu nečistoty.

Zahraničná architektonická scéna disponuje realizáciami fasád s nanopovrchmi s čistiacou, optickou alebo špecifickou izolačnou funkciou.

Samočistiaci povrch fasády s vodoodpudivým efektom listu lekna (Lotus Effect).

Na hydrofobických povrchoch s nízkou priľnavosťou sa vodný objem tvaruje do kvapiek, ktoré odpadnú z povrchu fasády aj spolu s čiastočkami znečistenia.

Iný druh samočistenia hydrofylických povrchov je pomocou fotokatalýzy. Požiadavkou fungovania tohto samočistenia je prítomnosť titándioxidu, ktorý je aktivovaný UV žiarením, Vyzrážanú nečistotu, oddelenú od povrchu materiálu fasády spláchne vodný film v podobe zrážok. Výsledkom je čistý povrch fasády. Takéto povrchy počas dlhých rokov užívania nevykazujú nijaké známky znečistenia, zašednutia z ovzdušia, čím sa zároveň redukujú požiadavky na ich údržbu (strešné krytiny, obklady na báze PVC, drevené obklady, keramické obklady, membrány, sklenené povrchy, nátery, maľovky, omietky a pod.).

Ľahko čistiace povrchy easy-to-clean (ETC) odpudzujú vodu a nečistotu aj bez použitia lotusového efektu. Aplikáciou nanočastíc vznikne hydrofobický (vodoodpudivý) povrch s redukovanou priľnavosťou, ktorý odpudzuje vodu a nečistotu (fasádne materiály na báze plastov, keramiky, smaltov, skla...).

Systém čistenia vzduchom umožňuje redukovať stupeň znečistenia vzduchu v interiérových priestoroch nanovrstvou na povrchoch v interiéri (závesy, záclony, podhľady, povrchy komunikácie, podlahy v interiéroch) rozložením nečistôt a pachov zo vzduchu do základných častíc.

Veľmi špecifickú ochrannú funkciu charakterizujú adaptovateľné vrstvy.

Adaptovateľné a inteligentné fasády budov vedia a môžu modifikovať svoju transparentnosť podľa svetelných podmienok v exteriéri. V závislosti od druhu spúšťacieho stimulu je zasklenie fotochromatické, elektrochromatické, termochromatické, alebo plynochromatické. Zaujímavé sú najmä procesy, ktoré v zasklení fasády nastávajú bez elektrických spínačov a kontrolných systémov, ktoré by riadili tento proces. Je to napríklad termotropický tieniaci systém, ktorý prepína medzi čírym a ľahko difúznym stavom podľa okolitej teploty. Pri intenzívnom slnečnom žiarení a vyššej teplote sa zasklenie zmení na opakové nepriehľadné. Keď vonkajšia teplota klesne pod referenčný bod, sklený panel sa stane transparentným. Ide o laminovanú sklenú tabuľu, kde polymérová živičná vrstva je vložená medzi dve tabule skla. Nanokomponenty v živičnej vrstve sú zodpovedné za spínací efekt, kde spínačom nie je elektrina.

Fázovo premenlivé materiály (PCMs)sú na báze parafínov a soľných hydrátov.

Ak materiál dosiahne kritickú teplotu (22 °C) fyzikálne skupenstvo sa začne meniť z pevného na tekuté. Pri tejto premene termálna energia z prostredia je stiahnutá a uložená v PCM. Teplota v miestnosti je uchránená pred stúpaním a klíma je pasívne kontrolovaná. Naopak, ak sa teplota zníži pod kritický bod, proces prebieha opačne. Tekuté PCM kryštalizuje späť do pevného skupenstva. Absorbovaná energia je uvoľnená, zohrieva priestor. PCM sa regeneruje na ďalšiu fázu absorpcie energie. Miestnosť sa ohrieva a ochladzuje bez externého vstupu energie. PCMs sú s úspechom použité napríklad v realizácii Schwarz Architekten ako celozasklená južná fasáda penziónu pre seniorov vo švajčiarskej obci Domat. Mikrokapsulovaný PCMs založený na báze parafínov môže byť integrovaný do sadrovej omietky alebo sadrokartónu. Ak sa požíva pre interiérové úpravy pomáha znížiť náklady na vykurovanie. Tepelno-akumulačná schopnosť 2 cm omietky obsahujúcej 30 % PCM je ekvivalentná 18 cm betónovej stene alebo 23 cm tehlovej stene a funguje ako latentný akumulátor tepla.

Medzi optické funkcie povrchov možno zaradiť anti-zahmlievací efekt(zrkadlové, zasklené povrchy fasád).

Odrazivosť povrchu je možné zväčšiť alebo zmenšiť aplikáciou nanovrstvy. Nerosivé povrchy bez zahmlievania fungujú na hydrofilických povrchoch vďaka ultra tenkému povlaku titán dioxidu, ktorý vytvára na povrchu interiérového alebo exteriérového obkladu veľké množstvá energií, ktoré znižujú príťažlivosť vlhkosti (zrkadlové, plastové a sklenené povrchy). Jedným z mnohých súčasných izolačných transparentných materiálov je aerogel. Je to priehľadný nanogranulát s extrémne vysokým tepelným odporom, ktorým sa plnia sklenené dutinové panely.

Všetky spomínané nanotechnológie sú využívané na zlepšenie vlastností stavebných materiálov aplikovaných najmä na fasádach budov, podporujúc estetiku, ekológiu aj ekonomickú stránku týchto vizionárskych projektov a umožňujúc ľuďom využívať tieto objekty efektívne a v príslušnom komforte.

Ing. arch. Ľubica Selcová, PhD., Fakulta architektúry STU Bratislava Recenzent: doc. Ing. arch. Ján Ilkovič, PhD., Fakulta architektúry STU Bratislava
Literatúra:
[1]    Leydecker,    Sylvia: Nanomaterials in Architectur, Interior Architecture and Design, 2008, Birkhäuser Verlag AG, Basel-Boston-Berlin
[2]    Florián,    Miloš: Inteligentní skleněné fasády, 2005, Vydavatelství ČVUT, Praha
[3]    Sauer,    Christiane: Made Of...New Materials Sourcebook for Architecture and Design, Gestalten, 2é10, ISBN 978-3-89955-289-8
[4]    http://www.buildinggreen.com

 

zdroj: VYDAVATEĽSTVO EUROSTAV, spol. s r.o.

Páčil sa vám článok?

áno: 283     nie: 224

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby