Особенности проектирования светопрозрачных элементов фасада




рис. 1 принцип воздухообмена через проем фасада
Рис. 1 Принцип воздухообмена через проем фасада
В предлагаемой нашим читателям статье рассмотрены редко затрагиваемые аспекты проектирования светопрозрачных конструкций в фасадах, касающихся эксплуатационых качеств их использования. Рассмотрено влияние формы и расположения проемов и откосов, видов открывания створок и тд. Статья ориентирована на проектировщиков и архитекторов, но будет полезна всем кто так или иначе связан с производством светопрозрачных фасадов

Проемы и края
Для начала определимся с терминологией и базовыми теоретическими понятиями. Поскольку различные поверхности ограждающей конструкции здания конечны, каждая поверхность определяется собственными краями и рассматривая фасады мы можем говорить о различных зонах с разными свойствами. Одна из главных характеристик этих зон - светопроницаемость. В связи с этим необходимо коснуться понятия проема, которое и характеризует это свойство.
Проемы – это участки ограждающей конструкции, проницаемые для потоков света. Обычно это окна. Тем не менее целесообразно было бы расширить термин «проем» и включить в него взаимосвязь с соответствующим физическим процессом. Например, окно верхнего света или застекленная крыша также представляют собой проем в поверхности крыши.
Термин «край», используемый в настоящей статье, обозначает не край компонента, который, является отдельной деталью (например кирпич в стене ручной кладки), а переход от поверхности к проему.

Откос проема
Глубина откоса в первую очередь определяется конструкцией фасада. Глубина может быть увеличена при помощи дополнительных элементов, но не может быть уменьшена. Геометрическая форма проема оказывает непосредственное влияние на доступ дневного света и визуальные пропорции между внутренней и наружной частями.
Откос проема можно использовать для изменения потока дневного света в помещение. Помимо геометрической формы также важны и свойства соответствующих поверхностей. Кроме того, всегда имеется прямая зависимость между глубиной откоса и размером проема, а последний всегда связан с поверхностью собственно фасада.
Конструктивные аспекты откоса, которые нужно учитывать:
- восприятие ветровых нагрузок;
- восприятие постоянных статических нагрузок конструкции;
- защита от атмосферных осадков и т. д.

Проемы
Разнообразные функции защиты помещения от внешних факторов влекут за собой потребность в проемах, наделенных различной проницаемостью. Например, существуют требования по созданию постоянного микроклимата помещения невзирая на колебания наружней температуры воздуха. Отсюда следует, что функция проемов в ограждающей конструкции также состоит в создании возможности контролируемого баланса между внутренним и наружным климатом. Такие параметры как тепло, свет, воздух, звук, влага, подпадают под общее определение «регулирование проницаемости проемов».
Для регулирования проницаемости мы используем «элементы закрытия проема». Самая традиционная форма – это окно, которое пропускает свет в закрытом положении, но воздухообмен обеспечивает только в открытом. Разумеется, функции освещения и вентиляции также можно поддерживать отдельно. Самая простая форма для этого – неоткрывающееся окно с отдельным (светонепроницаемым) проемом для вентиляции.
Внешний вид первых фасадов с большими по площади застекленными конструкциями, например, «Хрустальный дворец» (Crystal Palace) в Лондоне (1851 г) или «Стеклянный дворец» (Glaspalast) в Мюнхене (1854 г), характеризуют завершение перехода, когда окно из прозрачного элемента в светонепроницаемой поверхности стены превратилось в элемент проема в совершенно прозрачном фасаде.

Расположение и геометрическая форма
Расположение и геометрическая форма проема всегда связаны с внутренней планировкой интерьера. Расположение и геометрия проема оказывают существенное влияние на доступ дневного света, вентиляцию и обзор жителями здания окружающего мира. Также существует взаимосвязь между назначением помещения и горизонтальным или вертикальным расположением проемов.

Распределение площади фасада
Фасад этажа можно разделить на три основные зоны:
- окна высокого уровня;
- окна на уровне глаз;
- окна нижнего уровня.
По отношению к окну также появляются следующие дополнительные термины, которые родились в результате использования перфорированных фасадов с использованим окон:
- область перемычки – область между окном/дверью и нижней частью верхнего перекрытия;
- область порога – область между застекленной дверью и верхней частью нижнего перекрытия.

Визуальные соотношения
Потребность в доступе свежего воздуха часто возникает вместе с необходимостью находиться в непосредственной близости к проему (у открытого окна). Следовательно, в процессе проектирования проема в дополнение к ручному управлению фурнитурой для открытия окна необходимо также учитывать контакт с внешним миром. Проем должен обеспечивать такую возможность, но, с другой стороны, создавать границу с наружным пространством. В этой связи мы проводим различие между визуальными и физическими связями. Ниже показаны средние величины высоты глаз для различных положений:
- прибл. 1750 мм в положении стоя;
- прибл. 1300 мм в сидячем, рабочем положении;
- прибл. 800 мм в сидячем положении, в положении отдыха;
- прибл. 700 мм в лежачем положении.
Следовательно высоту окон необходимо проектировать в соответствии с назначением помещения.

От чего зависит освещенность внутри помещений
Количество дневного света, проходящего через светопрозрачный фасад, уменьшается по мере его проникновения вглубь помещения. Количество света выражается коэффициентом освещенности D. Данный коэффициент устанавливает отношение внутренней освещенности к внешней (только рассеянный свет). Внешними параметрами, влияющими на освещенность являются:
- расположение по отношению к сторонам света;
- время суток;
- факторы, оказывающие влияние на угол падения солнечного света (климатические условия, затененность от растений и/или строений).
Кроме того, ключевое значение имеют расположение и геометрия проемов на плоскости фасады. Окна на более высоких этажах как правило увеличивают количество поступающего дневного света.
Уровень освещенности внутри помещения также определяется степенью отражения внутренними поверхностями помещения, которая в значительной степени зависит от использованного цвета.

Вентиляция
Говоря кратко, вентиляция означает замену внутреннего воздуха внешним. Обновление воздуха решает такие функциональные аспекты, как удаление из воздуха загрязняющих веществ, устранение избыточной влажности. Существует принципиальное различие между искусственной вентиляцией (движение воздуха, вызываемое механическими силами) и естественной, т. е. немеханической. В последней для движения воздуха используется перепад давлений внутри и снаружи. Эти перепады давления – результат сил, вызванных естественными условиями.
- Сила ветра:
перепад давлений внутри помещения и снаружи, вызванный ветром, обтекающим фасад, который и выполняет воздухообмен.
- Тепловая подъемная сила:
сила, вызванная различной плотностью воздуха в результате перепада температур.
На рис. 1 показан основной принцип воздухообмена в проеме фасада вследствие разницы температур. В области нейтральной зоны N движение воздуха отсутствует.
Непрерывное вентилирование требует наличия узких, легко регулируемых вентиляционных проемов.
- Односторонняя вентиляция:
для эффективного использования тепловой подъемной силы необходимы два проема, расположенные как можно дальше друг от друга по вертикали; легко регулируемое управление предотвращает нежелательное охлаждение и сквозняк.
- Перекрестная вентиляция:
для того чтобы воспользоваться тепловой подъемной силой в данном случае, вертикальное расстояние между воздухоприемными и выпускными отверстиями должно быть максимальным; однако это расстояние не является важным в случае, когда перепад давлений вызван ветром.
Скорость движения воздуха в помещении 0,2 м/с считается максимально комфортной. В офисах работа с бумажными документами затрудняется, если скорость движения воздуха выше этого значения.
Для предотвращения сквозняков необходимо дать возможность входящему воздуху равномерно распределяться в помещении.
Одной из проблем «комфортного поступления свежего воздуха» является поступление более теплого воздуха снаружи летом и возможные сквозняки зимой из-за поступления более холодного наружного воздуха. Локальные устройства предварительного нагрева/охлаждения поступающего воздуха, установленные рядом с фасадными проемами, могут помочь в решении этой проблемы.
Так как процесс искусственной вентиляции более предсказуем, чем колебания внешних условий, многие подходы и исследования рассматривают искусственную вентиляцию как основной источник вентиляции. Только в последние годы мы наблюдаем, что проектировщики стали учитывать естественную вентиляцию в своих проектах. Так как наше осознание значения естественной вентиляции повышается, а также растет важность использования природных источников энергии, важность вентиляции через оконные проемы также возрастает.
С учетом принципов обеспечения комфорта, оконная вентиляция возможна только в случае, когда наружная температура выше определенной отметки. В соответствующей литературе по этому вопросу приводится минимальная наружная температура от 0 до 6°C, в зависимости от типа окна.
Порядок расположения вентиляционных проемов в фасаде здания и тип вентиляции (односторонняя или перекрестная) определяет глубину комнаты, в которой естественная вентиляция через фасадные проемы будет эффективна.
Широко применяемый практический метод состоит в том, что помещения с односторонней вентиляцией могут проветриваться естественным способом, если их максимальная глубина в 2,5 раза превышает их полезную высоту (H). Использование перекрестной вентиляции возможно, если максимальная глубина в 5 раз превышает полезную высоту. Односторонняя вентиляция и наличие высокоуровневых проемов уменьшают максимальную глубину до 2H. При добавлении низкоуровневого проема эффективность вентиляции увеличивается до 3H. Эти данные не являются абсолютными и могут служить исключительно рекомендациями, кроме того, при этом не учитывается тип проема.
Даже небольшие оконные проемы должны быть точно расположены и детально расчитаны, так как в противном случае эффект от поступающего воздуха может быть сравним с воздушной струей, выдуваемой из сопла!
Для расчета минимальных размеров окон для жилых домов в Европе используются таблицы DIN 5034 (данные основаны на требованиях к освещенности дневным светом).

Изменение проницаемости
Конструкция может оказать влияние на характеристики проницаемости. Для этого используются как постоянные, так и переменные элементы.

Постоянные элементы
Поскольку количество солнечного излучения и, следовательно, климатические условия меняются в зависимости от времени суток и времени года, действие (затенение, отражение, изменение направления света) неизменяемых элементов также меняется в зависимости от соответствующего угла падения лучей и высоты солнца.
Мы можем провести разграничение между различными принципами затенения:
- полное, прямое затенение поверхности фасада;
- затенение при помощи консольного элемента;
- затенение при помощи суммарного действия небольших элементов (например жалюзи или решетчатой конструкции).
Конструкции жалюзи можно разбить на две категории в зависимости от их расположения, обусловленной их направлением и, следовательно, соответствующей угловой высотой солнца:
- горизонтальные жалюзи защищают помещение от попадания солнечных лучей на южный фасад под острым углом;
- вертикальные жалюзи защищают помещение от попадания солнечных лучей на восточный или западный фасад под небольшим углом.
Несмотря на это затенение жильцы по-прежнему могут наслаждаться видом окрестностей.

Переменные элементы
Первостепенная функция окна состоит в обеспечении выбора между частичным открытием и закрытием ограждающей конструкции здания. Из всего спектра стандартных характеристик окна (материал, форма проема, конструкция рамы, крепление к кирпичной кладке) только форма проема (тип створки) определяет конструктивные и архитектурные параметры окна.
При систематизации разных видов окон форму проема можно классифицировать по категориям, указав один из четырех аспектов с его соответствующим отличительным критерием:
- поверхность фасада, различаемая по открываемости;
- степень открываемости;
- тип перемещения створок;
- прочие отличительные особенности.
Первый аспект: в зависимости от изменяемости поверхности фасадов их можно разделить на фиксированные и открываемые области.
Второй аспект: степень изменяемости определяется степенью свободы, которая в свою очередь определяется рамой, конструкцией створок и видом фурнитуры.
Третий аспект: тип перемещения створки.
Степень изменяемости может подразделяться на категории и далее. Соответствующее перемещение отражается в названиях различных видов окон.
Частичное изменение положения, перемещение вокруг вертикальной оси (поворот):
- окно, вращающееся на вертикальной оси;
- боковыми створками (левыми или правыми).
Частичное изменение положения, перемещение вокруг горизонтальной оси (поворот):
- окно с нижней фрамугой (с нижнеподвесными створками);
- верхнеподвесное окно;
- окно, вращающееся на горизонтальной оси.
Полное изменение положения, но без изменения створки (смещение):
- раздвижное окно;
- выдвижное окно.
Полное изменение положения плюс изменение элемента (трансформация):
- створчатое окно;
- роликовое окно.
Комбинации из вышеперечисленных элементов.
Типы перемещения могут подразделяться и далее по отношению к плоскости фасада – как правило, снаружи/изнутри и сверху/снизу:
- вращающиеся: открытие внутрь/наружу;
- поворотные: открытие внутрь/наружу;
- раздвижные: горизонтально (влево/вправо) или вертикально (вверх/вниз).

Другие отличительные особенности
Количество оконных створок (открывающаяся створка, створки, открываемые только для целей чистки или ремонта, неподвижные створки) характеризуют различные варианты проемов. Также одним из отличительных критериев, который приобрел большое значение в связи с контролируемой естественной вентиляцией, является то, выполняется ли перемещение створок вручную или автоматически. Особенно это актуально для окон расположенных на большой высоте в помещении.

Спектр характеристик для типа перемещения
Механизмы перемещения характеризуются различными свойствами, которые имеют большое значение для функционирования, структуры и конструктивного решения фасада. Для того чтобы можно было эффективно пользоваться окнами (в смысле энергетического баланса и удобства для жильцов) как компонентами ограждающей конструкции здания, нам требуется подробная информация о типах перемещения и связанных с ними эксплуатационными качествами.

Комбинации свойств
Перечислим различные типы перемещения, возникающие из возможных комбинаций:
- боковые створки с боковой/раздвижной фурнитурой;
- окно с боковыми нижнеподвесными створками;
- верхнеподвесные створки: выступающие верхнеподвесные;
- раздвижная стенка (вращение плюс скольжение);
- складные: складные/скользящие;
- вращающиеся вокруг горизонтальной оси; горизонтальная ось поворота /скольжение;
- вращающиеся вокруг вертикальной оси;
- раздвижные: вертикальное, подъем/скольжение, подвесное скользящее, подъемное (окно/дверь), горизонтальное;
- выдвижная створка: нижненавесное/выдвижное, с боковыми створками/ выдвижное.
Типы перемещений можно трансформировать в огромное число вариантов.
Большая часть тех окон, которые использовались даже в Европе в середине XX века, в настоящее время не выпускаются. Причина такого развития помимо проблемы со стыками состоит в повышении требований к функциональным характеристикам проема, и как следствие необходимости использования более тяжелого остекления и, следовательно, устанавливает более высокие требования к фурнитуре и оконным рамам. Проблема уплотнения соединений привела к тому, что пришлось пожертвовать достаточным размером воздухообмена в целях уменьшения тепловых потерь (частичная оптимизация), вместо того чтобы рассмотреть эту проблему в ее полном контексте.
В некоторых странах изменения коснулись самого принципа конструкции окон, как это произошло на постсоветском пространстве.

Система фасада
Поскольку ограждающую конструкцию, как правило, невозможно изготовить цельной, необходимо разбить ее на отдельные части. Рассматривая эту систему, трактовку основных научных терминов можно расширить и преобразовать их в вид пяти этапов работы архитектора. В результате получена следующая последовательность:
- система;
- подсистема;
- компонент;
- элемент;
- материал.
Выбор уровня, вернее сказать, этапа, может привести к смещению в рамках этой системы (например в градостроительном проектировании: город = система, здание = элемент).

Сборные конструкции, изготовленные из элементов
Процесс строительства связан с хронологической последовательностью возведения и сборки. Необходимо учитывать, что внешние условия могут оказать влияние на продвижение строительных работ. В частности, на строительных площадках в центральной части города поставка и вывоз материалов и мусора могут быть ограничены, особенно для крупных строительных объектов. Кроме того, климатические условия оказывают непосредственное влияние на ход строительных работ. Изменение погоды может привести к приостановкам, которые оказывают влияние на все последующие работы. Возведение фасада как защиты от атмосферных воздействий позволяет производить достройку здания более или менее независимо от погодных условий.
Для того чтобы работы на строительной площадке могли продолжаться несмотря на погодные условия (по мере возможности), отдельные детали могут собираться в секции и блоки за пределами строительной площадки, в контролируемых условиях заводского изготовления. Это может существенно сократить фактические сроки возведения на стройплощадке и связанные с этим риски. В результате предварительной сборки также достигается существенное улучшение качества и уменьшение допусков.
В случае применения застекленных фасадов заранее изготовленные детали – это, как правило, окна вставленные в проемы. Сборные фасады отлично подходят для многоэтажных административных зданий. Элементы поднимаются на необходимый уровень при помощи крана; возведение производится без установки лесов.

По материалам зарубежной печати



Другие новости индустрии:


Оперативность – совершенно не помеха основательности
Кризис – проверка на прочность. Кто выстоит?
Элемент-фасады Hueck/Hartmann
ООО «Алкотек»: быть первым – значит быть лучшим!