Какая конструкция фасада заменяет кондиционер?

Какая конструкция фасада заменяет кондиционер? // Витрина. 2002 . №3. C. 14-17

Доктор Хайнрих Пост, руководитель проектов при Инженерном сообществе Томаса Пиммера в Мюнхене, занимается оценкой и оптимизацией фасадных конструкций с позиций строительной физики. Выступая на одном из семинаров i.f.t. в Розенхайме, он высказал свои профессиональные соображения о некоторых особенностях двойных фасадов.



С точки зрения строителя и архитектора, фасад призван выполнять множество функций. Он должен пропускать в дом как можно больше света и обеспечивать условия для естественной вентиляции, как приточной, так и вытяжной. Наряду с этим необходимо считаться с экологическими и экономическими требованиями, исходя из которых затраты на освещение здания и поддержание в нём приемлемого микроклимата желательно свести к минимуму.

Сопротивляясь солнцу и ветру

Для большинства строений желательно, чтобы остеклённый фасад здания, оставаясь прозрачным для солнечных лучей, не пропускал в помещение тепло в жаркое время года. При этом во многих случаях бывает достаточно, если используемое остекление обладает хорошими теплоизолирующими свойствами, а с наружной стороны установлены высокоэффективные солнцезащитные устройства.

Но что делать, когда проектировщики, руководствуясь эстетическими соображениями, возражают против ставней или маркиз, действительно плохо сочетающихся со стеклянной архитектурой? Или же когда применение затеняющих приспособлений на фасадах высотных домов недопустимо из-за большой ветровой нагрузки? Жалюзи, шторы и подобные средства защиты от солнечного света, устанавливаемые внутри помещения, не всегда приемлемы в качестве альтернативы наружному затенению, особенно когда размеры остекления охватывают всю высоту помещения К тому же, как показали расчёты и практика, внутренние затеняющие устройства на окнах, где установлены стеклопакеты (с высокой теплоизоляцией, но и с большой светопропускающей поверхностью), не обеспечивают тех низких коэффициентов энергопропускания, которых требуют действующие нормативные правила теплосбережения. В связи с этим, к слову сказать, при переработке стандарта DIN 41 08 в него были внесены соответствующие поправки.

Подходящим решением в подобных случаях может оказаться двойной фасад - конструкция, интересная по своим эстетическим свойствам и оптимальная по теплоизоляции в любое время года.



Перед обычной наружной облицовкой здания (условимся называть её первичный фасад)

возводится вторая обшивка - так называемый вторичный фасад.



Для остекления первичного фасада обычно используют энергосберегающее стекло нейтрального оттенка, а вторичного - простое оконное стекло. В пространстве между оболочками монтируют солнцезащитные устройства. К примеру, при использовании в этих целях "как бы наружных" пластинчатых штор уменьшение энергопроницаемости (g-Wert) составляет от 0,15 до 0,17. Во вторичном фасаде устраивают створки и форточки подходящих размеров - для создания естественной вентиляции.

Дополнительная оболочка улучшает и звукоизоляцию здания. Это преимущество трудно переоценить, когда речь идёт о домах, расположенных на шумных улицах и площадях: в помещениях можно держать окна открытыми, не страдая от грохота и гула снаружи. Однако при проектировании такого фасада необходимо принять в расчёт, что внешняя оболочка сама может способствовать распространению шума из одного помещения в другое через межфасадное пространство. Чтобы предотвратить нежелательный "телефонный эффект", между первичным и вторичным фасадами устраивают специальные переборки или прокладывают звукопоглотители.

Любое строение под воздействием ветра испытывает перепады давления между наветренной и подветренной стороной, а также действие сквозных потоков воздуха через оконные и дверные проёмы, щели, неплотные стыки. Вторичный фасад хотя и не приводит к устранению таких сквозняков, однако существенно сглаживает их протекание во времени. При порывах ветра воздушные массы, сталкиваясь с наружной оболочкой, рассеиваются и по достижении первичного фасада существенно теряют свою силу.

Оптимизация двойных фасадов

Насколько эффективным и функциональным будет сдвоенный фасад, конечно же, в значительной степени зависит от того, правильно ли подобраны размеры в его конструкции, на строительно-физические свойства которой влияют следующие факторы:

- конфигурация межфасадного пространства;

- расположение и размеры проёмов, через которые будет обеспечиваться приточная и вытяжная вентиляция;

- величина, форма и расположение возможных вентиляционных каналов;

- радиационно-технические свойства остекления вторичного и первичного фасадов;

- расположение и физические характеристики затеняющих устройств;

- строительно-физические характеристики подоконных стенок, а также стен и потолков в помещениях;

- тепловые нагрузки внутри помещений;

- наличие дополнительных вентиляторов, кондиционеров и т.п.;

- особенности эксплуатации здания.

При всём многообразии действующих факторов, современные компьютерные технологии позволяют смоделировать реальное здание с конкретными характеристиками и подобрать оптимальный, в смысле функциональности, вариант фасада. Проверить теоретические результаты можно путём замеров на натурных образцах, и, конечно же, ориентируясь на практический опыт. Многочисленные измерения, проведённые разными фирмами, и накопленные отзывы об уже реализованных строительных проектах подтверждают, что при тщательно подобранных параметрах сдвоенные фасады прекрасно справляются с возлагаемыми на них функциями.

Помимо того, что проектировщик сдвоенного фасада может спрятать под внешнюю оболочку солнцезащитные приспособления, он к тому же не ограничен в возможностях устройства естественной вентиляции. В этом ещё одно, порой доминирующее, преимущество двойного фасада по сравнению с одинарным.

Теперь уже общеизвестно, что при грамотно продуманной строительной конструкции можно удерживать летние пики тепловой нагрузки на достаточно низком уровне. Массивное, монолитное строение, все конструктивные элементы которого хорошо контактируют с наружным воздухом, поглощает и удерживает тепло, так что это не мешает в течение всего дня поддерживать умеренную температуру в помещениях. Но даже если приняты все, предписываемые строительной физикой меры, очень трудно в летнее время, особенно когда подолгу держится солнечная погода, избежать перегрева офисных зданий. В этом "повинны" как работающий в них персонал, так и неодушевлённые обитатели: электролампы, компьютеры, принтеры и т.п. Ночное понижение температуры позволяет "пустить в расход" накопленную в здании за день тепловую энергию, с тем чтобы к началу рабочего дня температура в помещениях бюро опять располагала к труду. Не опасаясь нарушить требования техники безопасности и, невзирая на погодные условия, можно с центрального пульта управления, используя моторизованные приводы, распахивать или откидывать вентиляционные створки окон первичного фасада. В зданиях с обычными остеклёнными фасадами такое редко практикуется из-за ограничений, связанных с опасностью взлома или неблагоприятных погодных воздействий.

К естественной вентиляции в офисных помещениях выдвигаются требования, обусловленные соображениями экономии, условиями труда, физиологическими или психологическими особенностями работающих. Проветривание через окна зачастую оказывается проблематичным, особенно в зданиях, расположенных на улицах с интенсивным движением, где фасады должны отвечать 4-му классу шумозащиты. В многоэтажных зданиях, из-за возрастания скорости ветра на высоте, приходится считаться с большими ветровыми нагрузками. В домах со сдвоенными фасадами подобные проблемы сведены на нет. Свежий воздух поступает через легко открываемые окна, и при этом, благодаря второй стеклянной оболочке, можно не беспокоиться об увеличении шума или воздействии чрезмерных ветровых нагрузок.

Если окна открываются на достаточную ширину, обеспечить одностороннюю вентиляцию будет несложно. В целом можно не сомневаться, что в здании с двойным фасадом, даже при неблагоприятных условиях (прямые солнечные лучи, безветрие), с вентиляцией дело будет обстоять не хуже, чем в домах с обычными фасадами. При упомянутых неблагоприятных условиях, пусть даже они возникают всего на несколько дней в году, может быть нарушен естественный конвекционный воздухообмен, предпосылкой которого являются температурные перепады.

Но это никак нельзя считать специфическим недостатком двойных фасадов - такие ситуации не исключены и в обычных домах. Описанная выше возможность ночного охлаждения здания с двойным фасадом в значительной мере сглаживает этот недостаток.

Наряду с защитой от летнего зноя, которую обеспечивают здания с двойными фасадами, улучшить климат в помещениях можно и путём использования инженерных коммуникаций. Речь идёт о не слишком дорогостоящих решениях, таких, к примеру, как охлаждение отдельных участков строительной конструкции. При таком способе в междуэтажных перекрытиях прокладывается водопроводная система, аналогичная системе отопления пола. Металлические водопроводные трубы отвлекают на себя тепло, скапливающееся на потолке офисного помещения.

Стоит отметить, что охлаждение строительных элементов нельзя сравнивать по эффективности с традиционными кондиционерами. Этот способ оправдывает себя лишь в том случае, если фасад, защищая дом от летней жары, подвергается чрезмерной тепловой нагрузке

Оптимизация одинарных фасадов

Не следует забывать, что сооружение второго остеклённого фасада, в особенности при многоэтажном доме, влечет за собой уменьшение полезной площади, поскольку межфасадное пространство, как правило, обитателями дома не используется. Если для застройщика первостепенным является требование выиграть как можно больше полезной площади, он обычно отдаёт предпочтение одинарным остеклённым фасадам. В процессе эксплуатации такого здания недостаточная защита от летнего перегрева, как правило, заставляет домовладельца принимать меры, которые порой оказываются более дорогостоящими, чем охлаждение с применением водопровода. Например, это могут быть системы потолочного охлаждения или всё те же кондиционеры-воздухообменники. При этом приходится мириться с невозможностью открывать окна, а также с низкой эффективностью или полным отсутствием ночного охлаждения здания.

Однако и для обычных фасадов существуют конструктивные и технические возможности, которые позволят держать затраты на инженерное оборудование зданий в разумных пределах. Например, ночное охлаждение путём естественного воздухообмена станет возможным и в обычном здании, если некоторые окна сделать с двойными рамами, так что их коробки будут располагаться в проёме глубже в сторону помещения. Летнюю теплозащиту можно улучшить и при помощи внутренних затеняющих устройств, таких как жалюзи с отражающими пластинками или экранирующие шторы.

Профессионально спроектированный двойной фасад, в особенности для многоэтажного дома, расположенного в шумном месте, как правило, позволяет сократить капиталовложения в инженерное оборудование зданий. Одинарные фасады высотных зданий тоже можно улучшить на стадии проектирования, например если предусмотреть в них "двухслойные участки", то есть оконные блоки с двойными рамами, так чтобы не пришлось отказываться от естественного ночного охлаждения.

Какое распространение получат в будущем двойные фасады, в значительной мере зависит от того, насколько удастся увязать их концептуально с общим проектированием застройки Для этого понадобится тесное сотрудничество архитекторов со специалистами по строительной физике и инженерному оборудованию зданий - на всех этапах проектирования и сооружения.