KNAUFandinnovativebuildingmaterials

KNAUFи инновационныестроительные материалы

Большаков В.В., старший преподаватель, Кызыма А.Е. АС-119, студентка

 

ФГАОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет)

 

Аннотаци. В статье представлены результаты обзора новейших строительных материалов. Рассмотрены принципы работы «умных материалов», а также свойства и способы применения продукта KNAUF-Сейфборд, защищающего от радиации.

Abstrac. The article presents the results of the review of new building materials. Considered the principles of "smart materials", as well as the properties and methods of use of the KNAUF-Safeboard product, protecting against radiation.

Ключевые слова. Умные материалы, биметаллы,

биоразлагаемые материалы, морфология структуры, архитектура,

параметрика, экологичные материалы, энергоэфективность, KNAUF-Сейфборд, защита от радиации.

Key words .Smart materials, bimetals, biodegradable materials, morphology, structure, architecture, parametric, eco-friendly materials, energy efficiency, KNAUF-Safeboard, radiation protection.

 

Современные требования, предъявляемые к строительным материалам, изменяются с каждым годом. Теперь материал должен быть не просто долговечным, жаропрочным и теплоемким, но и умным. Что должно отличать современный материал от традиционного?Современный материал перенимает часть функций инженерных систем здания. Энергоэффективные материалы снижают затраты на отопление и позволяют использовать более дешевые и простые в обслуживании установки, умные материалы могут заменить систему кондиционирования в здании, а новые листовые материалы защищают от радиоактивного излучения, не используя при этом токсичного и дорого свинца.Материал нового поколения - снижает затраты на эксплуатацию здания, а также делает его безопасней.

Современная архитектура направлена на изучение “морфологии структуры”. Ткань сооружения буквально изучается на клеточном уровне и строится согласно принципам живого организма. Можно сказать, что это следующая ступень развития архитектуры после «Витализма», переосмысленная и выведенная на новый уровень. Именно в этой сфере сейчас появляется большое количество инновационных материалов. На стыке природы и науки рождается новая технология.

Новейшие материалы, обладающие саморегулирующими свойствами, носят название «умные материалы». Данные материалысодержат в себе несколько физических и физико-химических характеристик, изменяющихся под воздействием окружающей среды.

К примеру,биметаллы, как следует из их названия, сочетают в себе физическиесвойства различных сплавов. Так, например, термобиметаллические пластины реагируют на повышение и понижение температур. Термобиметалл относится к прецизионным сплавам (от фр. précision — точность), данный материал имеет заданные физико-химические свойства. Пластины состоят из двух слоев металла с различным температурным коэффициентом линейного расширения. Сооружение,сделанное из этих пластин, обладает чувствительностью к изменениям температуры окружающей среды. Известны аналоги построек из такого рода материалов. Павильон “Bloom” от архитектурной студии “DOSU”выполнен из термобиметаллических пластин.

Рисунки 1,2. Принцип работы термобиметаллических пластин.

В тот момент, когда температура окружающей среды повышается, незакрепленные края пластинок начинают завиваться, таким образом,вентилирование постройки происходит автоматически.

Для данного типа построек, как правило,используется параметрическое моделирование с применениемязыка программирования«Grashopper 3D».Grasshopperпозволяет автоматически рассчитать количество данных пластин, их форму и места крепления, а также подготовить макет для резки на лазерном или фрезерном станке.

Также интересен эксперимент Штудгартского института и их павильон «HygroSkin», выполненный из фанеры. Отверстия в пластинах, которые мы видим на рисунке ниже,по своей конструкции напоминают апертуруфотоаппарата.

В данной постройке было изучено и применено свойство тончайших фанерных пластин реагировать на атмосферную влажность. При повышении влажности он закрывается, а при понижении приобретает раскрытую форму. На такую идею изобретателей натолкнула шишка, которой свойственны те же характеристики (раскрывается при низкой влажности и сжимается при повышенной).

 

Рисунок 3.Принцип работы тонких фанерных пластин.

 

Материалы такого рода объединены общим свойством «памяти формы», При нагревании структура материала начинает деформироваться, а при охлаждении приобретает свою первоначальную структуру, это происходит благодаря тому, что материал состоит из слоев, которые по-разному реагируют на изменение окружающей среды, и когда одни растягиваются, другие наоборот подвергаются сжатию.

Инновационный материал отличает его высокая экологичность, поэтому сейчас активно применяются строительные материалы, произведенные из вторсырья, которые, как правило, обладают возможностью кбиоразложению. Так например, архитектурное бюро “TheLiving” возвели башню «MushroomTower» из блоков, в состав которых входит сельскохозяйственные отходы и грибковая культура, выращенная в пластиковой форме. Данный материал не только обеспечивает прочность конструкции, низкую себестоимость, но и является биоразлагаемым. Основным связующим является грибковая культура, которая обеспечивает жесткость структуры материала.

 

Рисунок 4. «MushroomTower».

Фасад приобретает новую функцию, теперь это лёгкие дома. В германии компаниями “SplitterwerkArchitects и “Arup” был разработан фасад, продуцирующий водоросли, которые могут вырабатывать энергию для здания. Фасад этого дома состоит из панелей внутри которыхнаходится жидкость, в которой развиваются водорсли, Компния “Alcoa” разработала фасад поглащающий токсины из окружающей среды.

Проблема безопасности на данный момент является мощнейшим импульсом в сфере новейших технологий. Опасность радиационного излучения и поиск способов защиты от негодо сих пор актуальна, особенно в узкоспециализированной медицинской сфере (рентген кабинеты). Компания “KNAUF” разработала перегородки, защищающие помещения от радиоактивного излучения. В сердцевине перегородки находится сульфат бария, который в отличие от свинца, являющего на данный момент распространенным материалом для защиты от рентгеновского излучения, не токсичен и ниже в цене. Сульфат бария является рентгеноконтрастным веществом, так как тяжелые атомы бария хорошо поглощают рентгеновское излучение.

Данные панели могут использовать для гнутых поверхностей радиусом более 2700мм (в сухом состоянии), и более 1000мм (в мокром состоянии).

 

 

Рисунок 5. Технические характеристики плит KnaufSafeboard.

 

Проанализировав последние достижения в сфере строительного материаловедения, можно сделать вывод, что тенденция создания материалов, с заданными физико-химическими и физическими свойствами является наиболее прогрессивной. КПД таких материалов в десятки раз выше КПД материалов традиционных. Данные материалы являются средством создания домов нового поколения, автоматизированных и работающих на естественной энергии солнца, ветра и воды. Всё это, в конечном счете, влияет на образ здания и его архитектуру, она становится меняющейся, динамичной. Сооружения выполненные с использованием вышеуказанных технологий создают новое пространство для жизни, а как следствие и новое мышление, которое неразрывно связано со средой, окружающей нас.