Солцезащитные устройства и материалы в стеклянной архитектуре
 |
||
 IV Международный Конгесс |
||
| Всеволод Буравченко, архитектор (Киевский Hациональный университет строительства и архитектуры) |
|
Невозможно представить себе современную архитектуру без светопрозрачных ограждений, будь это окна жилых домов, витрины магазинов, структурное остекление атриумов, стеклянные купола подземной урбанистики. Все они выполняют общие функции: освещение помещений естественным светом, обзор внешнего или внутреннего пространства, "парниковый эффект" - обогрев помещений зимним днём солнечными лучами, составляющий в современном энергоэффективном строительстве немалую долю экономии энергии. Однако, при недостаточно грамотном проектировании преимущества светопрозрачных конструкций оборачиваются недостатками. Такой желанный солнечный свет может не только освещать помещения, но и ослеплять, что при точной работе недопустимо. Поэтому, следует избегать попадания прямых или отражённых солнечных лучей на рабочее место. Обзор - тоже явление двоякое. Приятно любоваться пейзажем, не выходя из тёплой комнаты, но когда личная жизнь становится достоянием общественности, то и пейзаж уже удовольствия не приносит. Это граждане Германии смогли построить правительственный центр в Берлине со стеклянными стенами, радуя граждан картинами добросовестной работы чиновников, это европейские и американские миллионеры строят себе стеклянные дома, а нам всётаки нужно чувство визуальной защиты, неприкосновенности. Согревающие помещения зимой, солнечные лучи в помещении летом превращают комнату в сауну, заставляя стеклянную архитектуру подвергаться незаслуженным проклятиям. И кондиционирование здесь - не лучшее решение. Но опыт веков и технологии последних лет предлагают нам ряд архитектурно-конструктивных решений - солнцезащитных устройств, созданных для того чтобы извлечь всю желаемую пользу из светопрозрачных конструкций, минимизировав вред от них же. Проектируя здание следует заранее определиться с режимом эксплуатации, функциями помещений и требованиями микроклимата. Климатические условия средней полосы, к которой относится Киев и большая часть Украины, требуют от зданий способности зимой защищать от холода, летом от перегрева. Современная энергетическая политика требует выполнять это с минимальными энергозатратами. Для производственных помещений, особенно работ высокой точности недопустимым является ослепление прямыми или отражёнными (от воды, зеркального фасада соседнего здания) солнечными лучами. Можно обобщить требования в таблицу: |
| Функции помещения | Пора года | |||
| Зима | Лето | |||
| Время суток | ||||
| День | Ночь | День | Ночь | |
| Работа людей | 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8 | 3, 6, 8 | 1, 2, 5, 6, 7, 8 | 6, 8 |
| Отдых людей | 1, 2, 3, 4, 6, 8 | 3, 6, 8 | 1, 2, 5, 6, 8 | 6, 8 |
| Без продолжительного присутствия людей | 3, 4 | 3 | 5 | |
| Примечание: 1 - естественное освещение 2 - обзор 3 - теплоизоляция 4 - обогрев через парниковый ефект 5 - защита от переграва 6 - визуальная защита 7 - защита от ослепления 8 - шумоизоляция |
| Приоритет функций позволит выбрать класс солнцезащитных устройств. Можно предложить несколько оснований для классификации солнцезащитных устройств для светопрозрачных фасадов. По принципу действия: Рассеивающие солнцезащитные устройства наиболее эффективны при применении в целях защиты от ослепления и визуальной защиты и немного менее при защите от перегрева. К ним относятся внутренние и внешние шторы, матовые стёкла, заполнение полостей стеклопакетов аэрогелем и т.п. Прямой и рассеянный свет подвергается в их волокнах или ячейках многократному преломлению, отражению, отчего сами устройства действуют как вторичный источник света. Недостатком является блокирование возможности обзора. Фильтрирующие солнцезащитные устройства включают в себя поглощающие или отражающие солнцезащитные стёкла, перфорированные или сетчатые ставни, лепестковые диафрагмы (как в Арабском центре в Париже) и т.п. Не разрушая изображения, они уменьшают количество проходящего сквозь светопрозрачные конструкции света. При этом действие может быть пропорциональным - свет теряет равную долю мощности во всех областях спектра (сетки), или спектральноселективным - прозрачные для видимых лучей стёкла непрозрачны для инфракрасного излучения. Отношение пропускания видимого солнечного света к общему пропусканию энергии потока солнечной радиации называется коэффициентом спектральной селективности - S. Поскольку в солнечном излучении на видимый свет приходится примерно половина мощности (наибольшее возможное значение), то предельное значение коэффициента для материала абсолютно непрозрачного для невидимых лучей S=2. Солнцезащитные стёкла также приходится характеризовать коэффициентом цветопередачи Ra. Предельное значение коэффициента Ra=100, недостижимое для стекла, у воздуха, причём осветлённое стекло имеет Ra=99, обычное флоат-стекло Ra=96?97. При Ra > 91 окружающая среда воспринимается без явных цветовых искажений. Фильтрирующие СЗУ наиболее эффективны при защите от перегрева, менее при защите от ослепления - избыточного контраста между участками, освещёнными прямыми лучами и тенями, освещёнными только рассеянным светом обычно избежать не удаётся. В качестве визульной защиты их эффект двоякий. При направлении взгляда из менее освещённого пространства в более освещённое (днём при естественном свете - изнутринаружу, ночью при искусственном снаруживнутрь). В другом направлении же поток отражённого света оказывается мощнее лучей проходящих сквозь СЗУ. Человеческий глаз непроизвольно адаптируется под более мощный поток, отчего менее яркое (хотя и более информативное) изображение уже им не воспринимается. При сильном контрасте непрозрачным становится даже простое оконное стекло. Обеспечивающие днём визуальную защиту в сочетании с обзором фильтрирующие СЗУ, ночью не дают ни того ни другого. |
|
 Здание фирмы Duravit, г. Гомберг, Германия |
Отсекающие солнцезащитные устройства, если они запроектированы грамотно, способны обеспечивать все виды защиты, закрывая конструкцию с нежелательных направлений: области солнца - всех возможных положений солнца в поле зрения, при защите от ослепления, области нежелательной инсоляции по условиям перегрева - всех возможных положений солнца в период со среднестатистической температурой выше комфортной, области нежелательного зрителя. Одновременно они способны обеспечивать инсоляцию и парниковый эффект в зимний период, быть прозрачными для желательного зрителя или открывать вид на желанный пейзаж. При проектировании отсекающих СЗУ, удобнее всего пользоваться солнечной картой (или её модификациями: инсолятометром, инсоляционным графиком и т.п.), представляющей собой проекцию небесной сферы на плоскость горизонта или светопрозрачной конструкции. |
|
 Солнечные карты для карт:
 Комплексные солнечные карты для городов |
К отсекающим СЗУ относятся козырьки, балконы, лоджии, карнизы, ризалиты, внешние жалюзи и решётки, особенности формы здания, как например наклон фасада или шедовая крыша и этот список ещё можно продолжать. Достоинство и недостаток их - специфические внешние формы, иногда образующие интересные и выразительные архитектурные решения, иногда черезчур навязчивые, трудновыполнимые и тяжёлые в эксплуатации. |
Расстояние 300 мм
 Расстояние 1000 мм
 Расстояние 2000 мм
 |
Микроструктурное стекло действует подобно жалюзи. Фотополимерная плёнка прозрачна для лучей, проходящих под нужными углами, и рассеивает нежелательные. Солцезащитные устройства могут различаться также по месту положения: Внутренние солнцезащитные устройства (шторы, жалюзи) наиболее просты в монтаже и эксплуатации. Их можно устанавливать в процессе эксплуатации здания, не меняя его архитектурного облика. Недостатком является их невысокая эффективность в плане защиты от перегрева, поскольку теплоотдача их происходит внутрь помещения. Внешние солнцезащитные устройства (лоджии, козырьки, внешние шторы, жалюзи) наиболее эффективны при защите от перегрева за счёт естественного их вентилирования. Это ограничивает их применение по этажности - в высоких зданиях теплоотдача фасадов развивает мощный конвекционный поток. Они наиболее подвержены погодному воздействию и требуют для управления ими промежуточных электронных или телемеханических систем. Межстекольные солнцезащитные устройства в зависимости от специфики решения обладают достоинствами и недостатками того и другого варианта. Главная их особенность - это размещение в специально запроектированном пространстве раздельного остекления или двойного фасада. Некоторые производители выпускают также стеклопакеты с СЗУ в межстекольном пространстве, что увеличивает их долговечность за счёт неподверженности погоде, но понижает эффективность вследствие невозможности вентилирования. |
|
 Офисное здание компании "Виктория" в г. Мангейм (Германия) |
Также роль СЗУ может исполнять и само стекло, поглощающее и отражающее. Тонированное в массе, поглощающее стекло следует размещать во внешнем слое остекления для теплоотдачи окружающей среде, а не помещению. Отражающее стекло также препятствует потерям тепла зимой. Солнцезащитное стекло не ограничивает обзор, долговечно и наиболее полно соответствует имиджу стеклянной архитектуры. Недостатком является ограниченность возможности трансформирования - реагирования на изменение внешних условий и задач СЗУ. Применение активных стёкол пока ограничивается узкоспециальными задачами. СЗУ различаются также по типу управления: Пассивные солнцезащитные устройства (лоджии, козырьки, солнцезащитные стёкла и стеклопакеты и т. п) наиболее просты в монтаже и эксплуатации, не требуют дополнительных систем, следовательно дешевы и долговечны. Однако они имеют некоторые ограничения возможностей. Невозможно добиться от отражающего солнцезащитного стекла обеспечения парникового эффекта зимой и защиты от перегрева летом. Стационарные козырьки или ламели защищая от перегрева западный фасад закроют пейзаж и т.д. Активные солнцезащитные устройства (внутренние и внешние шторы, жалюзи, ставни, поворотные ламели, электроактивные стёкла) управляются пользователем непосредственно или посредством специальных систем. Наиболее эффективны при переменных требованиях к светопрозрачным конструкциям: кратковременный, но сильный перегрев на западном фасаде, защита от ослепления в ограниченные часы, визуальная защита во время важных совещаний или в ночные часы, когда помещение освещается искусственнным светом, переменная погода, характерная для средней полосы, когда при одинаковом положении солнца в различные годы светопрозрачным конструкциям приходится выполнять противоположные задания. Недостатком управляемых СЗУ является их зависимость от человека, грамотности и внимательности пользователя. Часто пользователь активирует СЗУ не заранее - для профилактики вредных факторов перегрева или ослепления, но уже после того как параметры внутренней среды выйдут за допустимые рамки. |
|
 Штаб-квартира компании GSW, Берлин 1995 - 99. |
Адаптивные солнцезащитные устройства управляются не пользователем, а автоматической системой, обычно составляющей "умного дома" (поворотные ламели, жалюзи, шторы, лепестковые диафрагмы) или самопроизвольно изменяют свойства (фотоактивные и термоактивные стёкла). Они эффективны как элемент климатизации внутреннего пространства в чётком взаимодействии с другими системами (отопления, вентиляции, кондиционирования). Недостаток их скорее психологический чем физический - недоверие человека к "машине", нежелание зависеть от автоматики, без спроса открывающей и закрывающей шторы. Там, где работа систем контроля адаптивных СЗУ учитывает не все возможные факторы, желательно иметь возможность произвольного контроля их со стороны пользователя. |
|
 Здание Арабского центра в Париже 1981-1987. |
Сейчас на украинском строительном рынке системы солнцезащитных устройств не являются приоритетным товаром. Избыточно жёсткие нормы массового строительства препятствуют внедрению современных систем энергосбережения и комфорта. В крупных городах инвестиции окупаются и без "гонки технологий", в "глубинке" их попросту не достаточно. Потребитель предпочитает возмущаться произволом поставщиков неизбежно дорожающих энергоносителей, чем интересоваться способами их экономии. Тем не менее, ряд внедрений в оффисном и частном жилищном строительстве Украины был сделан в последние годы. Бесполезно перечислять всех производителей штор и жалюзи - интереснее остановиться на более специализированных продуктах. |
 Здание Каталонского университета в г. Барселона (Испания) |
Бельгийская фирма Reynaers, поставляющая системы остекления с алюминиевыми профилями, предлагает оснащать их внешними алюминиевыми ламелями, долговечными и органично соединёнными с субструктурой остекления. Немецкая фирма Warema предлагает системы управлямой внешней солнцезащиты: жалюзи и шторы, пригодные для применения в частных и общественных зданиях. Также фирма предлагает системы контроля, датчики и пульты управления. Широкое разнообразие решений с применением внутренних и внешних солнцезащитных устройств и энергосберегающего стекла предлагает немецкая фирма Schuco, обеспечивая высокую суммарную эффективность отдельных элементов, управляемых общей системой контроля. Из предлагамых на сегодня средств наиболее интересны фотоэлектрические панели, выполняющие роль поглощающего солнцезащитного стекла, причём поглощённая радиация даёт энергетическую отдачу. Завоёвывает себе признание применение архитектурного стекла. Лидер в производстве пиролитического поглощающего стекла - Pilkington, английская фирма, которая первая в мире начала производство флоат-стекла. Стёкла Pilkington имеют большой выбор оттенков и физических показателей. |
|
 Здание Walterboscomplex Apeldoorn (Нидерланды) |
Немецкая фирма Euroglas, составляющая швейцарского концерна Glastrosch, производит энергосберегающие стёкла Silverstar, путём нанесения металлического покрытия на поверхность стекла в плазменной печи. Такие стёкла имеют высокие показатели спектральной селективности и цветопередачи. Маркируются они двумя показателями. Первый - пропускание видимого света, второй - общее пропускание лучистой энергии. Отношение их и равняется коэффициенту спектральной селективности. Стёкла Silverstar выпускаются с покрытиями синего и нейтрального цвета. Для обеспечения качественной цветопередачи в композитных стёклах используется осветлённое стекло Eurofloat c особо тщательным подбором сырья. Среди энергосберегающих стёкол серии Silverstar особое место занимают солнцезащитные стёкла Silverstar-Sunstop и Silverstar Combi. Последние имеют многослойное покрытие из металлов и оксидов, обеспечивающее высокий коэффициент спектральной селективности близкий к S=2 и эффективно уменьшают не только солнечнечный пергрев, но и теплопотери в зимних условиях. |
|
 Здание новой мэрии Лондона сочетает несколько типов солнцезащиты: орентацию, солнцезащитные стёкла и межстекольные жалюзи. |
