Остекление и солнечный свет

Проблема визуального комфорта
От архитектурных требований зависит выбор степени прозрачности и цвета остекления, а также наличие или отсутствие зеркального эффекта. Современные виды светопрозрачных конструкций представляют собой замечательные образцы достижений научно-технического прогресса, разработанные для конкретных функциональных и климатических требований. Вместе с тем вопросы визуального комфорта по-прежнему остаются серьезной проблемой, требующей тщательного анализа конкретных ситуаций для определения подходящего типа остекления для каждого данного случая.
Не представляется возможным абсолютно избирательным способом профильтровать солнечное излучение. Обычно желательно убрать ультрафиолетовые лучи (UV-излучение), которые приносят наибольший вред, разрушая текстуру предметов, а также инфракрасные лучи (IR-излучение), которые слишком греют летом и причиняют этим некоторое неудобство, но зимой очень желанны. Между этими двумя диапазонами электромагнитного излучения находится видимый свет, ответственный за постоянство биологических балансов, в частности, и человеческого тела, особенно за снятие усталости и регулирование циклов сна и бодрствования.
В общественных зданиях возникает потребность убрать избыточную яркость света, который слепит глаза и делает утомительной работу за экраном компьютера, вместе с тем необходимо удовлетворить растущее требование к работе при естественном (“натуральном”) освещении для обеспечения психологического комфорта пользователей. Вопросы контроля света для визуального и психологического комфорта в административных и образовательных зданиях затрагивают не только выбор остекления, но также и выбор внутреннего оборудования, искусственного освещения и визуальных качеств экранов.

Визуальный комфорт
Наиболее актуальные (но не единственные) параметры визуального комфорта на рабочих местах касаются устранения слепящего эффекта и бликов. Исследователи данной проблемы сходятся во мнении, что в административных зданиях концепция облицовки здания должна быть подчинена концепции применяемого оборудования офисов и устройству рабочих мест, а не наоборот. Предупреждение и принятие в расчет бликов от естественного или искусственного света по отношению к размещению экранов, также как и слепящего эффекта, составляет неотъемлемую часть разработки проекта здания, либо в любом случае так должно быть.
Чистоту остекления, которая является важным элементом визуального комфорта, а также и критерием внешнего вида фасада, обеспечивают самоочищающиеся стекла (Activ производства Pilkington, Aquaclean производства Saint-Gobain). Визуальный комфорт означает также и уважение к частной жизни: не быть на витрине и не наблюдать за другими. Матовое стекло исключает всякую видимость. Зато многослойное стекло DuPont Butacite белое матовое предлагает альтернативу приглушенной видимости происходящего, которое дает визуальную глубину, лишенную четкости с обеих сторон остекления. Это свойство стало преимуществом в надстройке Совета по торговле Каталонского правительства, который расположен напротив студенческой резиденции на узкой rua Tapies в Барселоне (авторы проекта — Bosch-Cuspinera Arquitectes Associats). Психологический комфорт обеспечивают натуральные и светлоокрашенные тона. Голубые тональности приемлемы для открытых панорам, но они менее подходят для замкнутых городских ландшафтов, где более уместны бронзовый, стальной и розовый цвета, также как для озелененных пространств — зеленоватые тона.

Американская ночь
Комфортные условия для зрения при работе за экранами мониторов (ситуация, характерная для большинства офисных работников), обеспечиваются, с одной стороны, уменьшением слепящего эффекта и, с другой, уменьшением бликов. Для такого рода проблем существуют кардинальные технические решения, применяемые, например, в центрах контроля воздушного сообщения. Достаточно трансформировать помещение в подобие черной коробки и затем установить туда абсолютно однонаправленные источники света. Зато подобное оборудование стоит дорого и неприемлемо для классических административных зданий, в которых важной составляющей психологического комфорта является зрительная связь с окружающей средой и присутствие естественного освещения.
Термин “американская ночь” относится к кино, когда в разгар дня снимают ночную сцену. Это зрительный эффект, когда через дымчатые очень темные очки наблюдают сцену, разворачивающуюся под очень контрастным освещением. То же происходит, если смотреть наружу через остекление очень большой оптической плотности. Офисная работа предполагает почти постоянное использование искусственного освещения. С остеклением подобного рода проблема слепящего эффекта, вызванного внешним светом, практически решена, остается лишь устранить на экранах мониторов блики от освещения путем правильного размещения рабочих мест по отношению к окнам и установки потолочных светильников так называемого “низкого свечения”. Первые типы остекления для зрительного комфорта были сильно тонированы в массе, отражали мало солнечной энергии, поглощая ее, что представляло очень серьезный риск трещин и ломки стекла из-за перепада температур.
Остекления с различными типами покрытий радикально преобразили возможности комфорта и эстетики остекленных фасадов. Это более выразительные эстетические решения фасадов, а, кроме того, оранжерейный эффект внутри офисов, в которых визуальный комфорт улучшил условия работы пользователей.

Остекление с различными типами покрытий
Принято считать, что поверхность №1 простого или сложного остекления — та, которая находится снаружи; другие поверхности нумеруются в возрастающем порядке по направлению внутрь помещения. Соответственно самоочищающееся покрытие находится на поверхности №1. Солнечный контроль обеспечивается первым остеклением со стороны фасада с помощью покрытий, расположенных на поверхности №2 (внутренняя сторона), которые отражают солнечную энергию, а также видимый свет подобно серебряной амальгаме зеркала. Часто в качестве покрытия используют серебро, нанесенное в микроколичествах (например, стекло Silverstar производства Glastrosch), чтобы обеспечить пропускание определенного количества света, т.к. через остекление мы видим только в том случае, если электромагнитные световые волны достигают наших глаз.
Пропускание света Т характеризует процентное соотношение видимого света, поступившего в помещение; отражение R — процентное соотношение отраженного света (зеркальный эффект) наружу или внутрь, разница между поступившим и отраженным светом поглощается остеклением. Это имеет отношение к визуальному комфорту. Наконец, солнечный коэффициент G представляет собой процентное соотношение солнечной энергии, поступающей в помещение через окно, и общего количества солнечной энергии. В той степени, когда практически невозможно выделить “греющую часть” и “освещающую часть” спектра, любое действие над одной неизбежно оказывает влияние на другую. Большинство покрытий солнечного контроля упрочнены вследствие продолжительного воздействия высоких температур (методом пиролиза), что придает им исключительную твердость и устойчивость к воздействиям климатических факторов и позволяет монтировать такие стекла покрытием не только внутрь, но и наружу. Напомним, что коэффициент теплопередачи U (тепловой поток, проходящий через 1 м 2 стены при разнице наружной и внутренней температур в 1°С) характеризует изоляцию. Зимой тепловой комфорт обеспечивается покрытиями, чаще всего неупрочненными, а следовательно, хрупкими, расположенными на поверхности №3 двойного остекления (фасадная сторона внутреннего остекления): эти слои покрытия препятствуют проникновению тепла, этим они устраняют эффект холодной стены. Эти покрытия могут способствовать понижению до 1,2 или 1 коэффициента U в сочетании с заменой воздуха внутри стеклопакета аргоном или другим инертным газом. Все эти покрытия всегда входят в состав VIR (vitrages a isolations renforces) — остеклений с повышенной изоляцией. Очень прозрачные, эти покрытия визуально незаметны. Коэффициенты Т и G мало зависят от качества изоляции U. Эти типы покрытий не относятся к теме визуального комфорта.

Новые типы стекол для солнечного контроля
Для современной тенденции в архитектуре из стекла характерно подчеркивание прозрачности и уменьшение зеркальных эффектов на фасадах. С этой точки зрения самые последние стекла солнечного контроля предназначены для пропускания только ограниченного процентного соотношения солнечной энергии с достаточно хорошей светопроницаемостью. Их эффективность является определяющей для летнего комфорта.
Наилучшее сочетание прозрачности и хорошей энергетической защиты предлагает стекло Silverstar Combi Neutre 61/32 производства Glastrosch Euroglas: прозрачность составляет 61% при отличном солнечном коэффициенте, равном 31%. Серия Insulight Suncool HP производства компании Pilkington обеспечивает светопропускаемость от 50% до 66% и солнечный коэффициент от 31% до 36%. Стекло Suncool T при похожих показателях имеет твердое покрытие (тогда как Suncool НР имеет мягкое покрытие); его можно гнуть, покрывать эмалью, а также использовать в простом остеклении для наружной защиты от солнца, где оно выгодно проявляет свой отличный солнечный коэффициент, т.е. свою способность отражать тепловую энергию.
Начиная с нового метода нанесения покрытия методом пиролиза (CVD или Chemical Vapour Deposition), Glaverbel разработал Sunergi — серию стекол достаточно нейтральных, разделенных на 3 группы оттенков (прозрачный, зеленый и лазурный), состоящих из прозрачного стекла с покрытием из благородных металлов, нанесенных методом пиролиза. Показатели в двойном остеклении с бесцветным стеклом варьируются от 62% до 46% для светопропускания и имеют солнечный коэффициент от 0,54 до 0,33. Эти стекла солнечного контроля, образующие двойное остекление, обеспечивают в любом случае хорошую термическую изоляцию.
Однако, помимо применения таких стекол, для полного устранения слепящего солнечного эффекта данную проблему необходимо учитывать также при оборудовании офисов.
Использование специальных покрытий для стекол позволило достигнуть большого прогресса в контроле светового потока, в т.ч. и в сильных оптических плотностях. Эти стекла имеют показатели, позволяющие одновременно уменьшить избыток света и солнечной энергии. Серия Silverstar Sunstop производства компании Glastrosch включает несколько разновидностей стекол такого типа. Silverstar Sunstop голубое 20 декларирует световую передачу от 18% и солнечный коэффициент от 20% — это показатели из ряда самых высоких на рынке. Стекло Antelio производства Saint-Gobain включает нанесение покрытия солнечного контроля (нанесенное на поверхности 1 или 2) на основу (базовое стекло), которой может быть как бесцветное стекло, так и предназначенное для более глубокого тона бронзовое, тонированное в массе Parsol. Световое пропускание стекла Antelio havane (тонированное стекло Parsol) в двойном остеклении с бесцветным стеклом составляет 21%, его солнечный коэффициент — от 0,25.
Выигрыш показателей составляет от 75% по отношению к двойному остеклению, состоящему из двух тонированных стекол Parsol: первое из них, световое пропускание которого только 37, имеет толщину 2х6 мм, второе — нейтральное серое с солнечным коэффициентом от 0,47. Зато, конечно, такие фасады будут непрозрачными, за исключением включения освещения офисов вечером.

Уменьшить слепящий эффект
Решение комфорта антиослепления заключается в поступлении света туда, где он не слепит: это импост или верхняя часть, — а также уменьшении светового потока там, где он слепит, т.е. на уровне глаз и поверхностях столов. Главное техническое изобретение в области штор, которое отвечает этому требованию, — решение и промышленная разработка шторы Screen+ производства Hexcel Fabrics. Непрерывнотканое полотнище состоит из двух расположенных рядом полос различной оптической плотности, при этом узкая полоса более прозрачная. От этой непрерывной ленты отрезают желаемую длину, чтобы обозначить ширину шторы, которую крепят прозрачной полосой к импосту. Преимущество этого решения в том, что при оптической плотности, идентичной оптической плотности очень темного стекла, избегают как раз эффекта американской ночи. Действительно: благодаря светлому импосту потолок и высокие стены рассеивают дополнительное освещение, не слепящее и не производящее бликов. Более того: потребитель сохраняет возможность частично поднять свою штору, чтобы иметь свет в ближней зоне.
Стеклянные фасады без штор осуществляют по принципу, аналогичному принципу шторы Screen+: обычное достаточно плотное остекление уменьшает излишнюю яркость и слепящий эффект. Неизменность внешнего облика фасадов и штор остается областью для совершенствования технологий, а основным требованием является обеспечение комфорта обитателей. Вместе с тем уменьшить блики от света, поступающего через окна, или от освещения можно путем замены классических изогнутых экранов с катодной трубкой на плоские экраны с активной матрицей.

Механические системы солнечной защиты и светового контроля
Избежать избыточной солнечной энергии на стеклянных фасадах, не находящихся под воздействием прямых солнечных лучей, помогают шторы, сотканные из стекловолокна, покрытого ПВХ, производимые членами GIE Screenglass (компании Helioscreen, Hexcel, Mermet), а также из предварительно напряженного полиэстера, покрытого ПВХ производства Ferrari. В парижском регионе в условиях среднего июльского излучения (без учета кондиционирования) серая штора-жалюзи, размещенная внутри помещения, способствует понижению внутренней температуры с 36°С до 32°С, а размещенная снаружи фасада — до 24°С.
Встроенные системы привлекают простотой монтажа и управления. Система Insulight Visi производства Pilkington представляет собой встроенные в двойное остекление жалюзи с поворачивающимися и поднимающимися ламелями. С этой системой могут быть смонтированы стекла солнечного контроля с твердым покрытием — например, Suncool T; при этом штора приходит на помощь, когда яркость света (прямое солнце или свет, который отражают стеклянные фасады друг от друга) начинает доставлять дискомфорт. Для вертикальных или горизонтальных витражей, стен, крыш существуют системы из поликарбоната с двойной облицовкой и встроенными жалюзи с вращающимися ламелями — например, дающая великолепные результаты Controlite Everlite. Солнечный коэффициент меняется от 0,55 в полностью открытом положении до 0,16 в закрытом, светопропускаемость соответственно падает с 53% до 7%.

Повреждения и ломка из-за перепада температур
Остекления солнечного контроля, а также энергосберегающие не защищены от повреждений и ломки из-за температурных перепадов, и особенно если они оснащены шторами — внутри или снаружи.
Это случай, поразительный и одновременно классический, когда отражающие шторы расположены за остеклением с внутренней стороны. Если воздух между окном и шторой циркулирует плохо или совсем неподвижен, то штора отразит тепло за остекление, которое не будет охлаждено движением воздуха с его тыльной стороны. Температура массы стекла поднимается, что выражается либо в поломке, либо в размягчении периферических стыков двойного остекления. Этот стык перестает быть герметичным, двойное остекление запотевает, что является частым явлением для крыш.
Частичная затененность остеклений, подверженных солнечному облучению под определенными углами, вызывает дифференциалы расширения, приводящие к термическим повреждениям. Именно это происходит тогда, когда наружные шторы только наполовину закрывают подставленные солнцу остекления. Эти и подобные ситуации происходят из-за ошибок в рекомендациях по эксплуатации изолирующих остеклений, которые являются дорогостоящими изделиями, требующими сложных технологий монтажа, и должны гарантировать требуемые показатели в течение длительного срока службы.
Для того чтобы избежать использования продукции, производство которой недостаточно строго контролируется, Cekal проводит сертификацию изделий и выдает рекомендации по их применению. Принцип правильного выбора производителя и поставщика стекла — один из наиболее важных при реализации всех без исключения объектов.

Перспективы для стекла
Полиморфизм стекла предоставляет многообразные возможности для создания новых эффектов: оно может быть абсолютно прозрачным и практически невидимым, а может стать совершенно неузнаваемым. Жалко использовать стекло только в стандартном назначении. Для фасадов архитекторы применяют остекления различной степени прозрачности, текстурированные, с эмалевым покрытием, с нанесенным рисунком, с применением жидкокристаллической пленки. Однако в целом, за редким исключением, творчество здесь достаточно сдержанное, а ресурсы стекла остаются неисследованными в полной мере.
Развитие применения стекла тормозится его высокой стоимостью, несмотря на высокие эстетические и декоративные качества. Второе препятствие — любой новый тип стекла должен быть испытан и проверен в реальных условиях строительства. Производители создают различные передвижные лаборатории и проводят лабораторные исследования. Соответственно их рекомендации базируются на определенном опыте применения тех или иных видов стекла. Еще одно обстоятельство, которое нельзя игнорировать, — отношение контролирующих органов и цена оформления комплекта документов Atex (attestation de technique experimentale). Стоимость специального исследования для стройки Atex может существенно превысить стоимость выполненной работы включая фурнитуру, а для маленьких объектов — даже удвоить или утроить бюджет. Все это сдерживает творческий потенциал авторов проектов и разработчиков стекла в пользу ограниченного количества промышленных образцов.

По материалам журнала L'architecture d'aujourdhui
Подготовила Елена МИУССКАЯ