Солнцезащитные устройства и материалы в стеклянной архитектуре

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 отраженных солнечных лучей на рабочее место. Обзор — тоже явление двоякое. Приятно любоваться пейзажем, не выходя из теплой 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 все-таки нужно чувство визуальной защиты, неприкосновенности.
Согревая помещения зимой, солнечные лучи 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, в которых выполняются работы высокой точности, недопустимым является ослепление прямыми или отраженными (от воды, зеркального фасада соседнего здания) солнечными лучами.
Можно обобщить требования в таблицу.
Приоритет функций позволит выбрать класс солнцезащитных устройств. Можно предложить несколько оснований для классификации солнцезащитных устройств для светопрозрачных фасадов.

Таблица. Требования к инсоляции в помещениях

Рассеивающие солнцезащитные устройства наиболее эффективны при применении в целях защиты от ослепления, визуальной защиты и немного меньше при защите от перегрева. К ним относятся внутренние и внешние шторы, матовые стекла, 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.

• Share

Фильтрующие солнцезащитные устройства включают в себя поглощающие или отражающие солнцезащитные стекла, 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 спектрально-селективным — прозрачные для видимых лучей стекла 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 стекла также приходится характеризовать коэффициентом цветопередачи Ra. Предельное значение коэффициента Ra = 100, недостижимое для стекла, у воздуха, а осветленное стекло имеет Ra = 99, обычное флоат-стекло Ra = 96~97. При Ra > 91 окружающая среда воспринимается без явных цветовых искажений.
Фильтрующие СЗУ наиболее эффективны при защите от перегрева, менее при защите от ослепления — избыточного контраста между участками, освещенными прямыми лучами и тенями, освещенными только рассеянным светом, обычно избежать не удается. В качестве визуальной защиты их эффект двоякий: при направлении взгляда из менее освещенного пространства в более освещенное (днем — при естественном свете — изнутри наружу, ночью — при искусственном — снаружи внутрь) лучше видны освещенные объекты. В другом направлении же поток отраженного 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.
Фильтрующие СЗУ, обеспечивающие днем визуальную защиту в сочетании с обзором, ночью не дают ни того ни другого.

• Share

Отсекающие солнцезащитные устройства, если они запроектированы грамотно, способны обеспечивать все виды защиты конструкции 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 ее модификациями: инсолятометром, инсоляционным графиком и т.п.), представляющей собой проекцию небесной сферы на плоскость горизонта или светопрозрачной конструкции.
К отсекающим СЗУ относятся козырьки, балконы, лоджии, карнизы, ризалиты, внешние жалюзи и решетки, особенности формы здания, как например, наклон фасада или шедовая крыша, и этот список еще можно продолжать.
Достоинство и недостаток их — специфические внешние формы, иногда образующие интересные и выразительные архитектурные решения, иногда излишне навязчивые, трудно изготовляемые и эксплуатируемые.
Микроструктурное стекло действует подобно жалюзи. Фотополимерная пленка прозрачна для лучей, проходящих под нужными углами, и рассеивает нежелательные.

Солнцезащитные 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 счет 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 счет неподверженности погоде, но понижает эффективность вследствие невозможности вентилирования.
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 C3У Применение активных стекол пока ограничивается узкоспециальными задачами.

СЗУ различаются также по типу управления
Пассивные солнцезащитные устройства (лоджии, козырьки, солнцезащитные стекла и стеклопакеты и т.п.) наиболее просты в монтаже и эксплуатации, не требуют дополнительных систем, следовательно, дешевы и долговечны. Однако их возможности несколько ограничены. 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 стекла) управляются пользователем непосредственно или посредством специальных систем.
Активные устройства 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 искусственным 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, технической грамотности и внимательности пользователя. Часто пользователь активирует СЗУ не заранее — для профилактики вредных факторов перегрева или ослепления, а уже после того, как параметры внутренней среды вышли за допустимые пределы.

• Share

• Share

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 стекла). Они эффективны как элемент климатизации внутреннего пространства в четком 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.
Сейчас на украинском строительном рынке системы солнцезащитных устройств не являются активно востребованным товаром. Избыточно жесткие нормы массового строительства препятствуют внедрению современных систем энергосбережения и комфорта. В крупных городах инвестиции окупаются и без “гонки технологий”, в “глубинке” их попросту недостаточно. Потребитель предпочитает возмущаться произволом поставщиков неизбежно дорожающих энергоносителей, чем интересоваться способами их экономии. Тем не менее ряд внедрений в офисном и частном жилищном строительстве Украины был сделан в последние годы. Не стоит перечислять всех производителей штор и жалюзи, важнее и интереснее остановиться на более специализированных продуктах.

Share Солнцезащитное управляемое жалюзи в межстекольном промежутке фасада с двойным остеклением здания нучного центра в г. Киста, Швеция.

Share Здание Каталонского университета в г. Барселона (Испания). Горизонтальные внешние ламели блокируют высокие лучи солнца.

Бельгийская фирма Reynaers, поставляющая системы остекления с алюминиевыми профилями, предлагает оснащать их внешними алюминиевыми ламелями, долговечными и органично соединенными 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 SchЯco, обеспечивая высокую суммарную эффективность отдельных элементов, управляемых общей системой контроля. Из предлагамых сегодня средств наиболее интересны фотоэлектрические панели, выполняющие роль поглощающего солнцезащитного стекла, причем поглощенная радиация дает энергетическую отдачу.

• Share

Завоевывает себе признание применение архитектурного стекла. Лидер в производстве пиролитического поглощающего стекла английская фирма Pilkington. Стекла Pilkington имеют большой выбор оттенков и физических показателей.
Немецкая фирма Euroglas, составляющая швейцарского концерна Glastrosch, производит энергосберегающие стекла Silverstar, путем нанесения металлического покрытия на поверхность стекла в плазменной печи. Такие стекла 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. Стекла Silverstar выпускаются с покрытиями синего и нейтрального цвета. Для обеспечения качественной цветопередачи в композитных стеклах используется осветленное стекло Eurofloat с особо тщательным подбором сырья.
Среди энергосберегающих стекол серии Silverstar особое место занимают солнцезащитные стекла 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 солнечный перегрев, но и теплопотери зимой.
Солнцезащитные устройства по мере развития технологии и необходимости эффективного энергосбережения, помимо эргономичности начинают все больше играть важную экономическую роль, существенно влияя как на стоимость строительства, так и на эксплуатационные параметры зданий.