Развитие на интериорните материали

Довършителните работи в строителството са от решаващо значение за функционалността, естетиката и ефективността на всяка сграда. През последните години технологичните и научни иновации значително променят облика на материалите за довършителни работи. Те вече могат да реагират активно на околната среда, да взаимодействат с потребителите, да проявяват несъществуващи досега комбинации от качества и да репликират природните процеси. Тези нововъведения не само подобряват качеството и ефективността на интериора, но и отговарят на глобалните изисквания за устойчивост и екологична отговорност. В следващите секции ще разгледаме основни тенденции и иновации, които оформят съвременния свят на довършителните работи.

Текст: списание Строители

В последно време разнообразие от интелигентни, свързани с природата и в същото време високотехнологични материали се появяват като авангард на иновациите, раздвижвайки вътрешните повърхности по безпрецедентен начин. Архитектите и дизайнерите, въоръжени с тази палитра от възможности, са готови да създадат интериорни среди, които не са просто статични композиции, а успяват да отговарят на променящите се нужди и желания на своите обитатели, канейки ни да преосмислим самата „тъкан“ на нашата заобикаляща среда. Ще разгледаме някои от тези необикновени материали.

Традиционната концепция за статични цветови схеми претърпява значителна метаморфоза с появата на повърхности с динамична промяна на цвета. Интелигентните материали, вградени с микропроцесори и реагиращи пигменти, позволяват на повърхностите да променят цвета си в реално време. Независимо дали се адаптират към условията на околното осветление или потребителските предпочитания, тези повърхности предлагат безпрецедентна гъвкавост, позволявайки на вътрешните пространства да се трансформират и развиват с едно докосване или промяна на факторите на околната среда. Такива са представените по-долу термохромни и електрохромни материали. Допълнителен напредък за постигането на уникални качества в интериорните материали бележат самоизграждащите се мицелни структури, както и нанотехнологичните покрития.

Термохромни материали

Термохромните материали съдържат вещества, които променят цвета си в отговор на вариации в температурата. Това уникално свойство ги прави изключително универсални и желани за широк спектър от приложения, включително „умни“ материали в архитектурата. Термохромните материали могат да бъдат изградени от органични или неорганични съединения, които претърпяват обратими промени в цвета в резултат на промени в температурата. Органичните термохромни материали често се състоят от левко бои (левко багрилото е багрило, което може да превключва между две химически форми, едната от които е безцветна) или течни кристали, вградени в полимерна матрица, докато неорганичните термохромни материали включват метални оксиди, съединения на халкогенни елементи (например O, S или Se) или халогениди (съдържащи например F, Cl, Br или I). Промяната в цвета на термохромните материали обикновено се дължи на изменения в молекулярната структура или в подреждането на кристалната решетка в отговор на температурните вариации. Това може да включва промени в абсорбционните или отражателните свойства, водещи до забележими промени в цвета.

Термохромните материали се използват при изработката на интелигентни прозорци, които динамично регулират своята прозрачност и засенчващи свойства в зависимост от температурните промени. При по-топли условия прозорците могат да потъмнеят, за да блокират излишната слънчева светлина и да намалят притока на топлина, докато при по-хладно време те могат да станат по-прозрачни, за да позволят повече естествена светлина и топлина да проникне в помещенията. Термохромните материали могат да бъдат внедрени в прозоречните и остъкляващите фасадни системи на цели сгради, за да се създадат визуално динамични обвивки на вътрешните пространства, които реагират на сезонни или ежедневни температурни колебания. Това не само подобрява естетическата привлекателност на сградата, но също така повишава енергийната ефективност чрез оптимизиране на естественото осветление и контрола на слънчевата топлина.

Освен това, термохромните материали се използват в елементи на интериорното строителство като стенни покрития и подови настилки, за да се въведат в тях интерактивни характеристики. Например, стените могат да променят цвета си в отговор на температурата на стаята, създавайки завладяващи и динамични пространствени изживявания. Заедно с това се намалява зависимостта от изкуствено осветление и охлаждащи системи. Такива материали предлагат на архитектите и дизайнерите широка гама от цветови опции и дизайнерски възможности, позволявайки създаването на персонализирани и адаптивни архитектурни решения, които реагират динамично на променящите се условия на околната среда. Елементите с тези свойства подобряват потребителското изживяване и взаимодействие във вътрешните пространства, като създават визуално стимулиращи и завладяващи среди, които привличат вниманието и предизвикват любопитство. Осигуряването на дълготрайна издръжливост и стабилност на термохромните материали, особено при външни приложения, изложени на сурови условия на околната среда, поставя предизвикателства, свързани с деградацията на материала, избледняването на цвета и постоянството в представянето на свойствата. Цената на термохромните материали, особено на усъвършенстваните формули с подобрени свойства или специализирани приложения, може да бъде по-висока в сравнение с конвенционалните строителни материали, което влияе върху достъпността и широкото им приложение. Интегрирането на такива материали в интериорни елементи и строителни системи изисква внимателно планиране, координация и съображения за съвместимост, за да се гарантира безпроблемна работа и функционалност. С продължаването на изследователските и развойните усилия, термохромните материали са готови да играят все по-значима роля в оформянето на бъдещето на интериора, насърчавайки устойчивост, комфорт и естетическо съвършенство.

Електрохромно стъкло

Известно още като „умно“ или превключваемо стъкло, този вид стъкло е динамична технология за прозоречни системи и остъкляване, която позволява електронен контрол на прозрачността или оттенъка на стъклото в отговор на приложено напрежение или електрически сигнал. Този иновационен материал е набрал популярност в архитектурата и строителния дизайн поради способността си да подобрява комфорта на обитателите, енергийната ефективност и естетическата привлекателност. Електрохромното стъкло обикновено се състои от няколко тънки слоя от проводящи покрития, йонно проводими електролити и електрохромни материали, разположени между стъклени субстрати. Електрохромният слой съдържа материали като метални оксиди - напр. оксид на волфрам, които претърпяват обратими промени в цвета си, когато йони се вмъкват или извличат чрез електрохимични реакции. Прилагането на нисковолтов електрически ток върху стъклото предизвиква електрохромния ефект, като стъклото се променя от прозрачно в оцветено или обратно, в зависимост от полярността на напрежението.

Електрохромното стъкло се използва при изработката на „умни“ прозорци, които могат динамично да регулират своя оттенък или прозрачност, за да контролират естественото осветление, слънчевата топлина и отблясъците. Това помага за оптимизиране на вътрешния термален комфорт и минимизиране на нуждата от изкуствено осветление и системи за охлаждане и отопление. Чрез контролиране на прозрачността на стъклото архитектите могат да подобрят визуалната естетика, уединението и събирането на дневна светлина, като същевременно намалят енергийното потребление. Освен за прозорци, електрохромното стъкло се използва и за прегради в интериорни пространства, за да се създадат гъвкави и адаптивни конфигурации на стаите. Като преминават между прозрачни и непрозрачни състояния, тези прегради позволяват на потребителите да променят пространствените оформления, да контролират визуалната свързаност и да подобрят акустичната уединеност според нуждите. Електрохромното стъкло се използва и в покривни остъклявания, за да регулира влизането на естествена светлина и слънчевата топлина в интериорните пространства. Чрез регулиране на оттенъка на стъклото в зависимост от нивата на дневната светлина и ъгъла на слънчевите лъчи, архитектите могат да намалят отблясъците и да оптимизират термалния комфорт през целия ден.

Чрез споменатите си свойства електрохромното стъкло подобрява комфорта на обитателите, като по този начин спомага за повишаване на продуктивността, благосъстоянието и удовлетворението на потребителите. Този материал предлага на архитектите и дизайнерите по-голяма гъвкавост при създаването на динамични и отзивчиви архитектурни форми, които се адаптират към предпочитанията на потребителите, условията на околната среда и изискванията за ефективност на сградата. Първоначалната цена на електрохромното стъкло може да бъде по-висока в сравнение с конвенционалните остъклявания, което може да повлияе на бюджетите на проектите и достъпността. Осигуряването на дългосрочна издръжливост и надеждност на системите с електрохромно стъкло, особено при външни приложения, изложени на атмосферни условия и механични натоварвания, предполага предизвикателства, свързани с деградация на материала, намаляване на ефективността и изисквания за поддръжка. Интегрирането на електрохромното стъкло в системи за строителство изисква координация с електрически и автоматизационни системи, както и съвместимост с други строителни компоненти и технологии. Електрохромното стъкло представлява трансформативна технология със значителен потенциал да революционизира архитектурния дизайн и представянето на сградите. С продължаване на научните изследвания, се очаква това стъкло да играе все по-важна роля в създаването на устойчиви, комфортни и визуално динамични среди, които отговарят на развиващите се нужди на обитателите.

Биофилни материали с мицелна технология

Свързан с концепцията за биофилия, която се отнася до вродения човешки инстинкт за контакт с природата и други живи същества, биофилният интериорен дизайн обхваща връзката с естествената среда. Като се има предвид днешния стремеж за повишаване на благосъстоянието, интериорният дизайн търси взаимодействието на елементи, които подобряват връзката между природата, хората и изградената среда. Освен търсенето на естествена светлина и вентилация, естествените материали, като дърво, глина или камък са част от стратегията за проектиране на бъдещи оформления, които имат за цел да създадат по-здравословна и по-устойчива среда. В този контекст базираните на мицел материали се открояват като иновативна стратегия за биофилен дизайн. Като рециклируем и възобновяем, мицелът се използва в строителни материали като тухли, както и в материали за добавяне на естествени и органични покрития към интериорния дизайн.

Днес индустрията за мицелни биотехнологии преживява ренесанс и помага за създаването на кръгова икономика чрез преход от базирана на петрол икономика към такава, базирана на биоресурси. Иновативното фабрично, конкурентоспособно и екологично производство на отгледани с мицел материали за строителството и интериорния дизайн има потенциала да допринесе значително за целите на ООН за устойчиво развитие. Отглеждането на гъби за интериорно приложение е биотехнологичен процес. Материалите на базата на мицел се произвеждат чрез избиране на желаните компоненти (видове, субстрати) и следване на специфичен процес на синтез. Функционалните свойства на мицелния материал могат да бъдат променени според нуждите и употребата му. Материалите от чист мицел показват различни структурни свойства в зависимост от мицелния щам, субстрата, условията на растеж и обработката след синтеза.

Арка, направена от гъбичен мицел, отгледан в 3D конструиран кофраж, е изложена в Музея за дизайн в Лондон от октомври 2023г. до септември 2024г. Екип от изследователи от The Hub for Biotechnology in the Built Environment излагат най-новия си прототип BioKnit - верижна арка, която се простира над два метра, на изложението за дизайнерски изследвания в Лондон. Арката демонстрира дизайнерските възможности на система за биопроизводство на мицел, която обединява 3D конструиран кофраж с уникална формула от мицелов композит. Тази мицелна арка е поръчкова структура, специфична за обекта, проектирана да отговаря на точните размери на галерията в Музея за дизайн в Лондон. Има значителни предизвикателства при работата с такава прецизност при използване на нови биохибридни материали, но точността се постига чрез процес, който интегрира параметрично моделиране, биотехнология и цифрово производство на 3D конструирани модули. Изследователите предлагат приложения за BioKnit в неносещи приложения в сгради, за вътрешни облицовки и за оформяне на пространство. Способността да се произвеждат нови геометрии, извити повърхности и органични форми е много завладяваща за бъдещия интериорен дизайн. Базираните на мицел интериорни елементи могат да постигнат изключително нетрадиционен дизайн.

Освен че са рентабилни, биоразградими, леки и по-малко въздействащи върху околната среда, мицелните материали имат много други предимства пред традиционните. Поради тяхната висока акустична абсорбция, ниска топлопроводимост и огнеустойчивост, те са сравнявани с експандиран полистирол (EPS) - пяна на петролна основа, използвана за топлоизолация в строителната индустрия. Освен това порестата структура на мицела е от полза за топлоизолационните характеристики. Публикувана информация от проучвания и тестове показва, че мицелният материал има голяма здравина (по-здрав е от EPS), в същото време има толкова силни изолационни свойства, колкото фибростъкло (топлопроводимост, λ=0,04W/mk), регулируеми акустични свойства, както и висока устойчивост на огън в сравнение с други органични материали. Производството е с ниска енергийна консумация - мицелният материал расте сам при 25°C. Освен това той не предизвиква алергии и не отделя токсини.

Нанотехнологични покрития

Ролята на нанотехнологиите е изучаването, проектирането, комбинирането и прилагането на материали с цел тяхното контролиране в наноразмер. Нанотехнологията е обещаваща област на научните изследвания, която обещава „повече за по-малко“. Тя предоставя стратегии за разработване на по-интелигентни, по-ефективни, по-леки и по-евтини материали, които могат да изпълняват повече задачи с по-малко ресурси. Има многобройни примери за приложения на нанотехнологиите, вариращи от прости до сложни. Разбираемо, тези технологии се смятат широко за една от ключовите революции на 21-ви век и тяхното икономическо значение рязко нараства. В интериорния дизайн и довършителните работи те имат потенциал предимно в покритията на повърхности, за да им придадат функционални характеристики като повишена якост на опън, самопочистващ капацитет, огнеустойчивост, устойчивост на износване и други.

Нанопокритията за материали в довършителните работи се използват например за стъкло, бетон или дърво. Обикновено са безцветни и не нарушават външния вид на основния материал. Те се прилагат чрез различни техники като пръскане на спрей, потапяне, отлагане на пари и плазмено покритие, за да се образува слой, който е свързан с основния материал и произвежда повърхност с необходимите функционални или защитни качества. Понастоящем нанотехнологията се използва за направата на бои, които имат изолационни качества поради добавянето на нанопори, клетки и частици. Тъй като имат много високо съотношение повърхност/обем и могат да задържат въздух в слоеве от веществото, наноматериалите имат голям потенциал като изолатори. Освен за изолация нанопокритията се използват и за самопочистване на повърхностите. Фотокаталитични покрития, съдържащи наночастици от титанов диоксид (TiO₂) инициират фотокатализа - процес, при който мръсотията се разгражда при излагане на ултравиолетовите лъчи на слънцето и се отмива от дъжда. Летливите органични съединения се окисляват до въглероден диоксид и вода. Днешните самопочистващи се повърхности се правят чрез нанасяне на тънък филм с нанопокритие, боядисване на нанопокритие или интегриране на наночастици в повърхностния слой на субстратен материал. Друга ключова концепция при действието на нанопокрития е способността им да се самовъзстановяват чрез „самосглобяване“. Самосглобяването се отнася до явлението, при което компонентите на системата спонтанно се сглобяват в резултат на взаимодействие, образувайки по-голяма функционална единица. Такава спонтанна организация води до самовъзстановяване на материалите, благодарение на вградени или положени върху тях наноструктури и катализатори, задействащи процесите на „самолечение“. Използването на това свойство води до значителни спестявания за ремонти, тъй като материалите се самоподдържат.