Анатомия здания: Застеколье

Александр Скворцов, руководитель группы спецпроектов компании AGC Flat Glass Russia, объясняет популярность стекла у девелоперов последними архитектурными тенденциями: границы между «внутренним миром» здания и окружающей средой стираются, все больше приветствуется простота и лаконичность во внешнем облике здания. По мнению Алексея Ляшко, руководителя департамента материально-технического обеспечения группы компаний «СТиС», повышенные требования к строительству зданий послужили толчком для развития новых направлений стекольной промышленности, таким как стекла с покрытиями, закаленные и безопасные стекла.

По словам Скворцова, стекольные конструкции должны соответствовать двум основным требованиям – многофункциональность и безопасность. Стекло должно сохранять тепло зимой и защищать внутренние помещения от перегрева в летнее время. Кроме того, важно, чтобы оно предохраняло от травм и в случае пожара, ограничивая тепловое излучение.

Пауки для стекол

Светопрозрачные фасадные системы различаются по типам конструкций. Основных схем две: с использованием металлических профилей и крепежом стекла по периметру и с пространственной подконструкцией и точечным креплением стекла. Для всех систем могут применяться алюминий и сталь. Первый используется преимущественно в профильных системах, вторая – в пространственных. Классическая система – так называемая стоечно-ригельная – получила наибольшее распространение. Такой фасад имеет вид стеклянной поверхности, разделенной горизонтальными и вертикальными линиями декоративных крышек.

Еще одна популярная технология – структурная система остекления, которую начали применять в 1960-х гг. Металлический каркас такой же, отличие заключается в способе крепления стеклопакетов при помощи силиконовых герметиков. Благодаря полному отсутствию видимых снаружи крепежных элементов получается сплошная стеклянная стена. Срок службы таких фасадов не ограничен, поскольку с агрессивной внешней средой контактируют стекло и силиконовый герметик. Структурная система может также применяться и в качестве кровельного остекления.

Вершиной стеклянной эволюции стали кассетные фасадные системы. Они максимально технологичны, просты и экономичны. Стоечно-ригельный каркас заполняется кассетами заводского изготовления. Хотя блочная система дороже стоечно-ригельной на 30–40%, но дает ощутимый выигрыш в качестве монтажа, поскольку на стройке происходит только навешивание готовых блоков. Здесь нет сложных, требующих высокой квалификации сборочных работ, а снижается процент боя. Плюс скорость монтажа выше в 3–4 раза. Кроме того, гарантировано высокое качество фасада, которое при высотном строительстве сложно контролировать.

Как альтернативный путь создания стеклянных фасадов во второй половине XX в. возникли и начали развиваться более сложные системы с пространственно развитым каркасом. В них используются современные материалы и новейшие методики расчета. Эти системы получили название планарных от английского слова planar – «плоский». Система планарного остекления состоит из примыкающих друг к другу светопрозрачных элементов (одинарное стекло или стеклопакет), которые с помощью специальных spider-коннекторов («пауков») крепятся к подконструкции. Область применения достаточно широка: стены, крыши, навесы, защитные оболочки вокруг зданий, двойные фасады. Дизайн варьируется от простых перегородок до замысловатых переплетений из балок, стержней, вант. Такое остекление позволяет создавать максимально прочные прозрачные конструкции.

Планарное остекление позволяет проветрить помещение в любое время года и защищает основной фасад здания от действия агрессивной окружающей среды. Но такое остекление требует высокого качества работ на всех этапах, начиная от изготовления стекол и монтажа и заканчивая эксплуатацией, что для России может оказаться непреодолимым препятствием.

Актуальной проблемой для остекленных помещений является перегрев. В 1970-е гг. для регулирования микроклимата была разработана система вентилируемых фасадов – со стороны помещения вдоль основного фасада устанавливается дополнительная стеклянная стена. Межстекольное пространство включено в систему вентиляции помещений, таким образом происходит обмен слоями воздуха. Если к этому добавить эффективную солнцезащиту от инфракрасных лучей, комфорт будет обеспечен круглый год.

В 1980-х гг. в Германии была разработана система Double Skin. Эти фасады обладают всеми преимуществами вентилируемых фасадов для создания благоприятного микроклимата с нужной освещенностью, температурным и влажностным режимами, движением воздуха и т. п. Правильно спроектированные, они избавляют от необходимости использовать традиционные системы отопления, вентиляции и кондиционирования. В отличие от предыдущих систем стеклянный экран располагается снаружи и выполняет функции воздухопроницаемой погодозащитной оболочки. В промежутке между двумя фасадами воздух циркулирует по горизонтали за счет перепада температур и по вертикали за счет разницы давления. И здание охлаждается естественным путем. Эту система эффективна также, например, на оживленных магистралях или в местах, где есть сильное ветровое воздействие.

На чем стоим

В качестве основы для светопрозрачных конструкций (фасадов, витрин, дверей, зимних садов, куполов, световых фонарей, лестниц и полов) используется нержавеющая сталь. Такие конструкции способны выдерживать высокие статические нагрузки (в 2,8 раза больше, чем аналоги из алюминия). Соответственно, появляется возможность создавать большие пролеты, увеличить инсоляцию помещения, установить крупногабаритные окна и двери. Стальные профильные системы обладают низкой теплопроводностью, поэтому их можно применять в сложных климатических условиях. Температурное расширение стального профиля приблизительно в 2 раза меньше, чем алюминиевого, что позволяет сокращать монтажные зазоры.

Широкое распространение алюминия объясняется тем, что это легкий, прочный и не подвергающийся коррозии материал, он не содержит примесей тяжелых металлов, не выделяет вредных веществ под воздействием ультрафиолетовых лучей и сохраняет работоспособность в любых климатических условиях при перепадах температур от -80 °С до +100 °С. После обработки поверхности алюминиевых изделий они становятся устойчивыми к вредным воздействиям, вызываемым дождями, снегом, а также смогом. Из алюминия делают большую часть фасадных «холодных» и «теплых» профильных систем. Профили, как правило, выполняются из трехкомпонентного сплава: алюминия, магния, кремния. Однако алюминий нежелательно применять в сложных климатических условиях из-за более высокой теплопроводности по сравнению со стальным профилем.

Сохранить тепло

Недостаток стеклянных панелей – низкая теплоизоляция. Активная потеря тепла через окно обусловливается теплопроводностью материала, конвекцией (перемещением микроскопических частиц среды – газа, жидкости, – приводящим к переносу массы или теплоты) и инфракрасным излучением. Для того чтобы сократить энергопотери из-за инфракрасного излучения, при остеклении зданий применяют энергосберегающее стекло Planibel TopN+, на одну из сторон которого нанесено особое прозрачное покрытие, состоящее из нескольких слоев оксидов металлов.

Также для сокращения потерь тепла используют однокамерный стеклопакет со специальным энергосберегающим покрытием. По сравнению с обычными двухкамерными стеклопакетами он позволяет улучшить энергосбережение и сохранить тепло в помещении при условии, что дистанционная рамка (расстояние между стеклами в составе стеклопакета) будет не менее 15 мм. Масса стеклопакета снижается за счет использования двух, а не трех стекол, соответственно, уменьшается вес конструкции. В результате сокращается расход материалов, увеличивается срок службы фурнитуры. По словам Александра Скворцова, конечная стоимость однокамерной конструкции с применением энергоэффективного стекла в ряде случаев ниже традиционной системы остекления.

В центральной России, где температура зимой обычно не опускается ниже отметки -30 °С, можно установить однокамерные стеклопакеты с энергосберегающим стеклом, и они обойдутся в меньшую сумму, чем обычные двухкамерные. На строительных объектах в Сибири двухкамерная конструкция с энергосберегающим стеклом обеспечит экономию на электричестве. Такое стекло работает по принципу термоса, сохраняя тепло внутри помещения.

Важно, чтобы энергосберегающее стекло не контактировало с окружающей средой, иначе из-за высокой влажности начнется коррозия покрытия. Поэтому Planibel TopN+ всегда должно располагаться покрытием внутрь камеры стеклопакета. В процессе монтажа стекла необходимо защитить от брызг цементного раствора, ржавых подтеков и пятен от сварочных или шлифовальных работ.

Энергосберегающее стекло применяется для строительства как жилых зданий, так и объектов коммерческой недвижимости. Например, однокамерный стеклопакет с энергосберегающим стеклом использован в фасадах ММДЦ «Москва-Сити», офисного комплекса Di fronte de la casa на Большой Грузинской, бизнес-центра «Дукат-3», торгового комплекса IKEA и др. Также энергоэффективное стекло используется для помещений, в которых много растений: витрины цветочных магазинов, зимние сады, оранжереи и т. д.

Заменой энергоэффективному стеклу в ряде случаев могут стать низкоэмиссионные пленки, которыми покрывается стекло. Например, если невозможно заменить оконные системы в крупном промышленном комплексе, стекло покрывается тонким металлическим слоем. Наиболее подходящие материалы – золото, серебро и алюминий.

Низкоэмиссионные пленки отражают назад в помещение 20–70% тепла. Они делают стекло безопасным (при разбивании не будет осколков), препятствуют утечке из помещения информации по оптическому, электронно-оптическому и радиочастотным каналам и защищают людей от воздействия внешних электромагнитных полей, создаваемых мощными радио- и телепередающими устройствами. Однако пленки могут отслаиваться и не абсолютно прозрачны.

Хрупкая защита

К фасадному остеклению современных торговых центров и аэропортов предъявляются повышенные требования по солнцезащите, энергосбережению и звукоизоляции. Кроме того, важно добиться отсутствия оптических искажений, защитить здание от несанкционированного проникновения и обеспечить полную безопасность для людей, находящихся как внутри, так и снаружи.

Например, для достижения высокой степени солнцезащиты, энергосбережения и звукоизоляции здания во внутренней стороне остекления офисного центра на Большой Грузинской применили многослойное низкоэмиссионное стекло Startobel TopN, обладающее высокими характеристиками по энергосбережению и сопротивлению теплопередаче. Кроме того, было использовано солнцезащитное стекло с отражающим покрытием марки Stoposol Supersilver Clear.

Для обеспечения безопасности людей идеально подходит многослойное стекло: его листы разделены между собой одним или несколькими слоями пленки. При ударе такое стекло не разлетается на осколки, а остается в проеме.

Решить проблему оптического искажения помогает использование наружного многослойного стекла. «В витражах многих офисных зданий деревья и облака отражаются в искаженном виде, – говорит руководитель проекта строительной компании Rasen Construction Сезгин Сипахи. – «Мятые» фасады давно стали визитной карточкой Москвы. Использование многослойного стекла из двух незакаленных стекол позволило избежать оптических искажений, которые обычно возникают после термической обработки».

Специальная разновидность стекла – пожаробезопасное стекло применяется внутри зданий. При температуре около 120 °С промежуточные слои полимера начинают расширяться и мутнеть. Стекло превращается в жесткий и непрозрачный щит, который сдерживает распространение огня. Пожаростойкие стекла имеют пределы огнестойкости – от 15 до 120 минут. Для внешнего остекления такой материал может использоваться со специальной пленкой с защитой от ультрафиолета (ультрафиолетовый фильтр). Стекло выдерживает температуру до 1000 °С.

Выбор предела огнестойкости определяется требованиями нормативных документов. В настоящее время наиболее востребованы конструкции с пределом огнестойкости 45 минут. По статистике, современные здания выгорают за 40 минут, и устанавливать ограждающие элементы, выдерживающие пожар дольше самого здания, нет смысла. Кроме того, с повышением огнестойкости резко возрастает себестоимость строительства.

Пожаробезопасное стекло обладает высокой теплоизоляцией, позволяющей избежать опасности воспламенения горючих материалов. Его использование помогает также избежать паники при эвакуации, так как люди не видят пламени и не ощущают высокую температуру. Такое стекло применяется в школах, больницах, отелях, ресторанах, магазинах, торговых центрах, аэропортах и т. д.

Согласно европейским стандартам пожаробезопасное стекло должно быть прозрачным и не вызывать оптических искажений. Основное преимущество этих конструкций с точки зрения эстетики – «воздушный» вид. Стекла в таких конструкциях могут достигать размеров 1,4 х 2,7 м при минимальной толщине металлокаркаса. К преимуществам также можно отнести и скорость возведения конструкций.

Как поймали свет

В 2005 г. сотруднику фирмы AGC Flat Glass Europe Хью Лефевру пришла идея разместить внутри ламинированного стекла светодиоды. На разработку проекта ушло два года, но результат того стоил: стекло из обычного материала превратилось в главное украшение интерьера или фасада здания.

Конструкция на первый взгляд проста: светодиоды располагаются внутри многослойного стекла. Вначале на основной накладывается так называемый проводящий слой, который и будет служить источником электропитания для светодиодов. По краю стекла пускается проводник с подведенным током. Благодаря такому решению удается обойтись без электропроводов на самом стекле. Для работы светодиода достаточно источника питания в 24 В, но при необходимости можно увеличить до 100 В. Свет получается ярким. К примеру, товары, размещенные на магазинных полках из этого материала, не нуждаются в подсветке и привлекают внимание покупателей.

При оформлении помещения или фасада могут применяться не только монохромные, но и многоцветные светодиоды, способные менять оттенки. Но контролировать работу отдельных светодиодов разработчики технологии пока не научились. Включать, выключать лампочки, менять их цвета можно только целиком на всей панели. Срок службы любого продукта на основе светодиодного стекла составляет более 50 000 часов, т. е., непрерывно работая по 8 часов в день, он не требует замены в течение 17 лет.

Применение конструкции из такого стекла для фасадов жилых домов, офисных зданий или промышленных предприятий открывает новые неограниченные возможности для строительного бизнеса. Днем Glassiled, оставаясь прозрачным стеклом, пропускает внутрь здания естественный свет. Ночью превращается в динамичный источник искусственного света, привлекающий внимание и вдыхающий жизнь в городской пейзаж.