Фасады зданий в значительной степени определяют взаимную зависимость м. наружной средой и условиями внутри здания в части освещения, теплообмена, шумозащиты, экологичности, устойчивости к экстраординарным воздействиям, таким как ураганы, пожары, землетрясения. Иными словами, фасады во многом определяют потребительские качества здания.

Регулирование освещения и естественной вентиляции
Остекление фасадов с каждым годом применяется все чаще и занимает все большую площадь. В последнее время появились новые виды стекол, имеющих особые характеристики и способных обеспечить оптимальную освещенность внутренних помещений здания, поскольку от нее в значительной степени зависит общая производительность труда.

Результаты исследования, проведенного компанией «Somfy International», показывают, что в административных зданиях 86 % опрошенных считают, что улучшение качества освещения уменьшит проблемы со зрением во время выполнения обычной офисной работы. Трое из четверых хотели бы иметь принцип. возможность самостоятельно регулировать уровень освещенности. Кроме этого, потребность в освещенности существенно меняется с возрастом: при равных выполняемых функциях для пожилых людей требуемая интенсивность освещения может на 40 % и более превышать потребности молодых людей.

Использование регулируемых моторизованных систем внутри и снаружи здания – солнцезащитных козырьков, солнечных экранов, штор, ставней и пр. – не только позволяет регулировать освещение, но и создает принцип. возможность естественной вентиляции в летний период, тем самым сокращая потребление энергии системой кондиционирования воздуха.

Системы такого рода, оснащенные специальными программными средствами, помимо интенсивности солнечного излучения, регистрируют значения скорости и направления ветра, интенсивности атмосферных осадков, наружной и внутренней температуры воздуха и по совокупности всех факторов регулируют степень открывания солнцезащитных устройств посредством автоматического привода.

Селективное стекло (стекло с жестким или мягким покрытием, обеспечивающим повышенную теплоизоляцию) обладает эффективным светопропусканием, дает принцип. возможность регулировать степень длинноволнового излучения и параметры теплозащиты. Примерно половина солнечной энергии приходится на участок спектра, близкий к длинноволновому. Вследствие этого такое остекление представляет собой интересный компромисс м. контролем светопропускания и длинноволнового излучения.

Энергосбережение
Исследования, проведенные в области новых видов остекления фасадов (стеклопакет с улучшенной теплоизоляцией), показали, что по сравнению с обычным остеклением новый продукт существенно сокращает потребление энергии системами отопления и кондиционирования, одновременно обеспечивая оптимальный уровень освещенности помещений.

В зимний период теплопоступления через новый вид остекления в помещения превышают теплопотери через это же остекление, значит наблюдается положительный энергетический баланс (в условиях Италии. – Примеч. ред.). Количественно это можно выразить тем, что теплопотери через квадратный метр простого стекла за 30 лет эксплуатации составят примерно 9 260 кВт • ч. Для квадратного метра двойного стекла этот показатель снижается до 2 500 кВт • ч. И, наконец, квадратный метр двойного остекления с покрытием из низкоэмиссионного материала дает положительный баланс в объеме примерно 800 кВт • ч. Сопротивление теплопередаче стеклопакета с улучшенной теплоизоляцией варьируется в пределах от 0,5 до 0,7 м2 • °С/Вт с воздушной прослойкой и от 0,7 до 0,9 м2 • °С/Вт с заполнением аргоном.

В целом низкоэмиссионное покрытие на основе серебра позволяет увеличить сопротивление теплопередаче стеклопакета до 0,9 м2 • °С/Вт, не оказывая существенного влияния на светопропускание (79 % по сравнению с 82 % обычного остекления).

Влияние на микроклимат
Несмотря на все свои достоинства, в зданиях со сплошным фасадным остеклением может, тем не менее, наблюдаться ряд проблем, в известной степени влияющих на комфорт пользователей, а именно:

• нарушение теплового баланса на участках вблизи светопрозрачных ограждающих конструкций;

• образование нисходящих воздушных потоков в непосредственной близости от остекления в холодный период года;

• образование восходящих воздушных потоков от пола, мебели и предметов, на которые попадает прямое солнечное излучение.

Чаще всего для нейтрализации нарушений теплового баланса и предотвращения образования нисходящих холодных потоков применяется следующее:

• создание настилающего воздушного потока на поверхности стекла сверху вниз или наоборот ( ;

• использование в регионах с холодным климатом напольных радиаторов, которые в зимний период нейтрализуют потоки холодного воздуха ( .

Данные меры позволяют в известных пределах нейтрализовать негативные последствия нарушения теплового баланса путем снижения теплопотерь и теплопоступлений через светопрозрачные ограждающие конструкции, хотя это требует определенных дополнительных энергозатрат.

Оценка затратной части на фоне роста популярности «экологичного» строительства послужила одной из причин разработки технологии двухрядных фасадов, когда фасад здания образуют две стеклянных поверхности с воздушной прослойкой м. ними, которые обеспечивают естественную вентиляцию в помещениях, при этом экономия энергозатрат может быть достаточно существенной.

Двухслойные конструкции
Двухслойная конструкция фасадного остекления предусматривает две отдельные стеклянные поверхности, м. которыми организован восходящий теплый конвективный воздушный поток, который позволяет отвести часть тепла, отобранного из помещений.

Методы проектирования и функциональной привязки двухслойных конструкций подходят для использования в самом широком диапазоне альтернативных решений, и результаты таких решений могут быть самые различные. К примеру, здание оборудуется оконными блоками по числу этажей, каждый блок имеет один наружный слой из однослойного с покрытием или ударопрочного стекла с проемами для забора и вытяжки воздуха, оборудованными ручными или автоматическими заслонками. Внутри устанавливается второй ряд стекла либо стеклопакет с открывающимися элементами. Пример такого решения показан на 3, где хорошо видны различные элементы двухслойной конструкции: во внутреннем пространстве между двумя рядами стекла установлены солнцезащитные устройства, неподвижные или регулируемые, с ручным или автоматическим приводом, в нижней и верхней части имеются воздухозаборные и вытяжные проемы. Хорошо заметно, что м. отдельными этажами нет никакой связи. В этом смысле каждый этаж представляет собой отдельный и независимый от верхних и нижних этажей блок.

В летнее время солнцезащитные устройства имеют наклон, защищающий от прямого солнечного излучения, которое либо преобразуется в тепло и отводится конвективным воздушным потоком м. двумя слоями стекла оконного блока, либо излучается наружу или внутрь здания в виде длинноволнового излучения. Использование специальных видов низкоэмиссионного стекла для внутреннего слоя оконного блока снижает уровень длинноволнового излучения в этом направлении. Перемещение воздуха во внутреннем пространстве оконного блока осуществляется либо за счет конвекции, либо за счет ветрового напора, хотя в некоторых случаях применяется и механическая вентиляция.

Факторы, влияющие на конвективные воздушные потоки:

• температура приточного воздуха;

• расстояние м. высотными отметками воздухозаборного и вытяжного проемов;

• площадь данных проемов;

• снижение нагрузки за счет раскрытых солнцезащитных козырьков;

• ряд других факторов, не поддающихся количественной оценке, таких как завихрение или смешивание воздушных масс под действием ветра и/или в силу его отсутствия на участках вблизи воздухозаборных и вытяжных проемов и пр.

Особое внимание следует обращать на положение солнцезащитных устройств: если установить их слишком близко к внутреннему стеклу оконного блока, то объемный расход воздуха, проходящего по его поверхности, может оказаться недостаточным для отвода тепла. Поэтому устройства надо располагать ближе к внешнему стеклу, оставляя тем не менее достаточное расстояние для прохода воздушных потоков.

Теплопотери и теплопоступления за счет лучистого теплообмена
Солнце создает излуч. по всему спектральному диапазону, но солнечное коротковолновое излуч. в видимой части спектра при контакте с мебелью, предметами, стенами и др. как внутри, так и снаружи здания, отдает энергию, повышая температуру предметов. Предметы отдают полученное тепло в виде длинноволнового излучения. Поэтому внутри здания наблюдаются два вида притока тепла излучением: прямое (коротковолновое излучение) и отраженное (длинноволновое излучение, отраженное от стен, мебели и пр.).

Низкоэмиссионное стекло отражает длинноволновое излучение, испускаемое внешними предметами или грунтом (показанное красным цветом на 4А), которое является наиболее интенсивным в летнее время. При этом такое стекло отражает также длинноволновое излучение, создаваемое предметами внутри здания, что ведет к росту температуры внутри помещения за счет бытовых тепловыделений и заставляет затрачивать некоторое количество энергии на охлаждение или естественную вентиляцию для снятия теплоизбытков. Зимой отраженное низкоэмиссионными стеклами длинноволновое излуч. (также показанное красным цветом на 4Б) оказывается положительным фактором, снижает отопительную нагрузку.

Альтернатива двухслойному остеклению детально рассмотрена на а 5 и Данное решение предусматривает установку в промежутке м. двумя стеклами специальных фотогальванических модулей, предназначенных для производства электроэнергии. Раздельная «летняя» и «зимняя» регулировка позволяет в зависимости от конкретной потребности отводить излишнее тепло либо использовать его на нужды здания. Такое решение требует организации единого пространства м. стеклами оконных блоков на всем протяжении фасада здания, что в летний период позволяет воздуху проходить все расстояние снизу доверху и выходить через вытяжные проемы на крыше здания.

1 – выброс воздуха; 2 – экран регулирования интенсивности светового излучения; 3 – полупрозрачные фотогальванические элементы; 4 – солнечное излучение; 5 – стекло; 6 – воздухозаборный канал; 7 – огнезащитная заслонка с функцией регулирования объемного расхода воздуха, в летний период открыта; 8 – накопление горячего воздуха; 9 – потолочное перекрытие; 10 – сворачивание фотогальванических элементов, когда они не используются (например, ночью); 11 – стекло; 12 – зона, где воздух помещения увлекается отводимым подогретым воздухом; 13 – зона видимости через полупрозрачные фотогальванические элементы; 14 – фотогальванические элементы; 15 – часть отводимого воздуха; 16 – заслонка, регулирующая объем отводимого воздуха (открыта); 17 – воздуховод с вентилятором (летом воздуховод закрыт, вентилятор не работает)

Нередко используются настоящие вентиляционные каналы для удаления теплого воздуха из пространства м. двумя стеклами, как показано на 7.

На 8 представлен фрагмент конструкции, где видны два ряда стекла, разделенные решеткой, ширина которой обеспечивает движение воздушной массы в межстекольном пространстве по всей высоте здания. Окна, имеющиеся на внутренней стороне, можно открывать (при помощи ручного или автоматического приводов) для естественной вентиляции помещений.

Приведенные выше примеры являются лишь немногими из возможных вариантов, используемых при возведении двухслойных конструкций. но следует отметить, что какое бы ни применялось решение, остается одна проблема: комфортные условия для помещений с естественной вентиляцией ( отличаются от условий в помещениях, обслуживаемых механической системой ( 1 .

Пожарная безопасность
Огнестойкость стекол оконных блоков на случай пожара – так же одно немаловажное требование, на которое производители ответили созданием целого ряда продуктов специального назначения.

Европейским стандартом EN 357 предусмотрены три класса огнестойкости, обозначаемые буквами латинского алфавита: Е – целостность, W – защита от излучения и I – теплоизоляция, за которыми следуют цифры, обозначающие время в минутах, в течение которого изделие сохраняет заявленные свойства. Например, стекло класса Е 30 обеспечивает целостность в течение 30 минут с момента возникновения пожара. Некоторые изделия могут иметь сочетание свойств, например, одновременно обеспечивать целостность и теплоизоляцию (EI 3 или целостность и защиту от излучения (EW 3 . на данный момент на рынке имеется много видов огнестойкого стекла, обеспечивающего целостность (Е) от 30 до 120 мин, в форме простого, с покрытием или двухслойного стекла различной толщины, применяемого как для остекления фасадов, так и для внутренних перегородок.

Некоторые виды стекла имеют м. двумя поверхностями промежуточный слой из материала, который при нагревании теряет светопрозрачность и расширяется, образуя тепловой экран. Такой экран обладает определенными теплоизолирующими св и сокращает передачу тепла излучением и теплопроводностью.

Определения:

• Е (целостность) – физическая преграда распространения огня, токсичных газов и дыма.

• W (защита от излучения) – организация безопасных путей эвакуации людей, обеспечение безопасного расстояния м. горючими материалами за счет ограничения лучистой теплопередачи в установленных пределах, например, на уровне 15 кВт/м2.

• I (теплоизоляция) – наиболее важная характеристика для ограничения температуры на участке, не охваченном огнем.

Интеграция с системами ОВК
Несмотря на то, что здания со сплошным двойным остеклением обладают весьма высокой энергетической автономностью в обеспечении летнего кондиционирования и зимнего отопления, интеграция с системами ОВК чаще всего неизбежна. В этом отношении выбирать систему надо с учетом характеристик конкретного здания. Большинство систем, работающих по принципу рекуперации тепла или в различных вариантах естественного охлаждения, представляются наилучшими кандидатами для интеграции:

• системы с переменным расходом хладагента (VRFсистемы) с рекуперацией тепла;

• системы с закрытым водяным контуром с тепловым насосом;

• полностью воздушные системы либо системы класса «водавоздух» с теплохолодильными агрегатами;

• полностью воздушные системы с естественным охлаждением и рекуперацией тепла;

• солнечные системы, интегрированные с абсорбционными холодильными машинами и системами отопления и ГВС.

В рамках стремления к энергетической автономии логичным представляется выбор геотермальных систем на базе компрессионного или абсорбционного оборудования.

Особое внимание следует уделить системе управления, которая в приоритетном режиме должна обеспечивать возможно более интенсивный отвод тепла в летний период путем естественной или принудительной вентиляции и включать систему ОВК только в том случае, если требуемые параметры выйдут за установленные пределы условий комфорта. В зимний период система управления должна приоритетно ориентироваться на использование солнечного тепла и подключать отопительное оборудование лишь в случае острой необходимости.

Справедливости ради отметим принцип. возможность конфликта м. естественной и механической вентиляцией. Предпосылки к нему следует изучить на стадии проектирования и загодя определить рациональное решение, чтобы неправильное или неоправданное вмешательство систем ОВК не свело на нет эффективность сплошного двухрядного остекления.

Заключение
Необходимо признать, что значительный рост затратной части по сравнению с расходами на строительство зданий по традиционной технологии, а также сложность более или менее точного расчета энергетических характеристик объекта на этапе проектирования с учетом множества факторов и возможных альтернативных решений, в известной степени пока ограничивают распространение строительства зданий со сплошным двойным остеклением. В целом, однако, эксплуатация уже построенных таких объектов дает положительные и обнадеживающие результаты, особенно в отношении отопления. Не случайно, наибольшее распространение в Европе такие здания получили в северных регионах – Германии, Голландии и Великобритании.