Сейчас в WikiPRO 3913 статей и 32 647 страниц на русском языке.

История развития стеклянных фасадов с точки зрения их энергоэффективности

Материал из ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебеля
Перейти к: навигация, поиск
Мне нравится
1
Paper.png Статья требует доработки или изменения. Вы можете принять участие в её создании.







Александр Спиридонов, заведующий лабораторией «Энергосберегающие технологии в строительстве» НИИ строительной физики РААСН, президент ассоциации АПРОК, член правления Российской палаты строительных экспертов, лауреат премии правительства РФ в области науки и техники
«При выведении окон необходимо иметь в виду, чтобы они пропускали света 
не более и не менее того, что требуется, и чтобы они
были не слишком часты и не слишком редки».
Андреа Палладио, «Четыре книги об архитектуре», книга 1, глава 25, 1570 г.

Как видно из приведенного эпиграфа, к окнам проявляли повышенное внимание всегда, с самого зарождения архитектуры. Иногда приводят в изумление проекты древнегреческих или древнеримских зданий с необычайно грамотно организованными световыми проемами.

Правда, следует отметить, что в те стародавние времена было очень плохо с оконным стеклом – проще сказать, что его не было совсем. Сегодня, когда в любом крупном городе на каждом углу стоит или стеклянный небоскреб, или полностью остекленный торгово-развлекательный центр в это трудно поверить. В этой статье сделана попытка ретроспективного анализа того, как появились здания с максимальным использованием стекла на фасадах, а также как сегодня обеспечиваются современные требования по энергосбережению в них.

Пожалуй, первым знаменитым зданием со стеклянными фасадами стал так называемый «Хрустальный дворец» архитектора Джозефа Пакстона в Лондоне.

На самом деле по профессии он был садовником и построил довольно много оранжерей по всей Англии. Однако, именно он предложил идею этого грандиозного по тем временам сооружения, а также разработал модульные конструкции из металла, которые позволили построить трехэтажное здание площадью более 90 тысяч квадратных метров менее, чем за год.

Завершенное в 1851 году ко Всемирной выставке здание поразило не только английских обывателей. Дж. Пакстон показал остальным архитекторам, что технологически возможно использовать максимальное количество стекла в достаточно масштабных проектах. 84 тысячи квадратных метров стекла поставила на строительную площадку английская фирма Chance Brothers (мы не смогли найти данных о судьбе этой компании в дальнейшем).

Рисунок 1

Az1.jpg

Хрустальный же дворец недолго простоял в Гайд-парке – консерваторы потребовали привести этот дискуссионный клуб под открытым небом в первоначальный вид. Дворец был разобран, перенесен в другой район Лондона и восстановлен, где и простоял в публичном парке до 1936 года, когда полностью сгорел. Кстати, проблемы с огнем были в этом сооружении и раньше. Небольшой пожар там случился еще в 1866 году, причем ровно за два дня до того, как в этом здании должна была состояться лекция по противопожарной дисциплине.

Хрустальный дворец произвел неизгладимое впечатление на современников – аналогичные сооружения появлялись на последующих Всемирных выставках в Нью-Йорке, Мюнхене и Порту. Именно сооружение Джозефа Пакстона дало толчок строительству стеклянных дебаркадеров на многочисленных железнодорожных вокзалах (значительно позже такую конструкцию возвел Шухов на Киевском вокзале), пассажей (только вспомните Верхние торговые ряды на Красной площади в Москве – все привыкли говорить «ГУМ»), курортных павильонов.

С тех пор на долгие годы – с незначительными перерывами, о которых будет сказано ниже – воцарилась «эра стеклянной архитектуры».

Рисунок 2
Az2.jpg

Пожалуй, своего пика на начальном уровне развития стекольной промышленности эта эра достигла в произведениях Вальтера Гропиуса и Миса ван дер Роэ, в основном второго из названных. Этот архитектор – один из основателей знаменитого течения «Баухаус», между прочим – после переезда в США в конце 30-х годов прошлого века очень активно строил стеклянные небоскребы в Чикаго и Нью-Йорке. Одним из наиболее известных его произведений является нью-йоркский «Сигрэм-билдинг»(рис.2), законченный в 1958 году. По мнению многих, правда, он не является произведением «высокой архитектуры», а больше напоминает гигантский стеклянный чемодан, поставленный «на попа». Но – «о вкусах не спорят», как известно.

В Советском Союзе, однако, строить подобные здания стали только в 60-е годы прошлого века. Именно тогда, когда в Европе и США признали, что они чудовищно неэффективны. Большинство из читателей видели такие – довольно уродливые - общественные здания с ленточным или сплошным остеклением во всех климатических регионах нашей страны. Их в годы правления Л.И.Брежнева было понастроено видимо – невидимо (в обиходе их называли «стекляшками» и «аквариумами»). Самым, пожалуй, известным является здание института «Гидропроект» на развилке Ленинградского и Волоколамского шоссе в Москве. Несчастные проектировщики падали в обморок летом от жары, а зимой мерзли. Все окна были заклеены листами ватмана и газетами. Вид был, действительно, очень «парадным»…Достойным для дороги к международному аэропорту – вероятно, именно поэтому на этом здании постоянно вывешивают огромные рекламные транспаранты.

Рисунок 3
Az3.jpg

А в США и Европе, наконец, в начале тех же 60-х годов поняли, что в зданиях со сплошным (или близким к этому) остеклением невозможно (или безумно дорого) создать комфортный режим для работы и проживания. Большие площади остекления обеспечивали огромные теплопотери в холодный период года, а также совершенно невыносимые условия в жаркие месяцы – особенно, в помещениях, ориентированных на юг и запад. Именно поэтому в большинстве западных стран отказались от «стеклянной архитектуры» и стали строить такие, например, здания, как штаб-квартира ФБР в Вашингтоне (рис.3). Мы выбрали эту иллюстрацию исключительно из-за громкого названия организации в нем размещающейся – таких и в столице США, да и во многих других городах и странах очень много.

Рисунок 4

Az4.jpg

Только после того, как в конце 70-х – начале 80-х годов прошлого века были разработаны новые технологии – магнетронное нанесение теплоотражающих покрытий на большеформатные стекла – стало возможным вернуться к так полюбившимся многим архитекторам небоскребам с максимальным использованием стекла.

Рисунок 5

Az5.jpg

Можно сказать, что после этого технологического прорыва развитие оконных технологий получило новый импульс. За прошедшие 30 лет теплотехнические характеристики стеклопакетов и оконных конструкций улучшились кардинально. Характеристики некоторых вариантов светопрозрачных конструкций приведены на рис.4 и рис.5. Именно такие успехи оконных компаний и исследовательских центров позволили перестать говорить о том, что «окно – это дыра в стене, через которую уходит все тепло» (а это – цитата из не таких уж и давних советских учебников).

Рисунки 6, 7

Az6.jpg

Одним из первых зданий, построенных на новой идеологии – максимальное использование естественного освещения и динамический контроль солнечной радиации – стал проект сэра Норманна Фостера, знаменитый Гонконг – Шанхай Банк в Гонконге (рис.6 и рис.7). Этот архитектор известен тем, что очень активно использует новейшие достижения строительной науки. Вот и в здании этого банка он применил несколько очень интересных идей. В частности, он обеспечил естественное освещение атриума по всей его высоте с помощью подвижных отражателей, установленных на всех углах крыши здания. Эти устройства передают свет в атриум через систему специальных световодов, что позволило обеспечить естественным освещением и офисы, выходящие в атриум. В достаточно экстремальном климате Гонконга были использованы только что разработанные солнцезащитные стекла. Была предпринята и попытка утилизации солнечной энергии с помощью фотоэлектрических батарей. К сожалению, в то время коэффициент полезного действия этих устройств был невысок.

Рисунок 8

Az8.jpg

Следует объяснить, почему мы обратили внимание на максимальное использование, как естественного освещения, так и солнечных батарей. В последнее десятилетие много говорится о глобальном потеплении (или, как принято говорить в России «необратимых изменениях климата»), об истощении невозобновляемых источников энергии, о катастрофических выбросах углекислого газа, о необходимости запрещения ядерной энергетики (так говорят в Японии и западной Европе, в России мнение противоположное). На рис.8 мы привели сравнение запасов различных ресурсов, используемых человечеством (это горка кубиков в левом нижнем углу), ежегодного мирового потребления энергии (маленький кубик в правом нижнем углу), а также ежегодного поступления энергии на земную поверхность (это тот огромный кубик, в котором вышеуказанные кажутся просто потерянными). И работы по созданию новых солнечных батарей ведутся необычайно активно – только в Европе в последние годы объемы продаж таких устройств растут экспоненциально.

Рисунок 9

Az9.jpg

В последние годы стекольными компаниями было разработано много новых и очень эффективных видов стекол – теплоотражающих, солнцезащитных, самоочищающихся, закаленных, упрочненных, масса других. Разрабатываются и стекла с фотоэлектрическим эффектом – говорят, что в ближайшее время они появятся на рынке. Если вспомнить сравнение, показанное на рис.8 – есть за что бороться!



Рисунки 10, 11, 12

Az10 13.jpg

И используются эти стекла очень активно и по всему миру. Доказательством тому последние сооружения – от супернебоскребов (рис.9), зданий с использованием фотоэлектрических панелей и уникальной естественной вентиляцией (рис.10, рис.11, рис.12) до удивительных, просто хулиганских реконструкций старых построек (рис.13).

Рисунок 13

Az13.jpg
В последние годы большинство интересных по идее (не уверены, что по исполнению) высотных зданий строится в Китае. Появляются совершенно уникальные здания – например, небоскреб высотой 300 метров с нулевым потреблением энергии (рис.14).

Рисунок 14

Az15.jpg

Из стекла можно сегодня делать очень многое. Однако, нельзя забывать и об основных ограничениях, которые необходимо знать при его использовании.

  1. Современное флоат стекло имеет ограниченный размер – 3.21 х 6.00 м. Размер 3.21 м является абсолютным ограничением (говорят, что этот размер был выбран как максимально возможный для автоперевозок из-за высоты мостов. Размер в 6.00 м – условное ограничение. Можно поставлять и большие размеры (до 15 м), но при этом стоимость стекла будет значительно выше.
  2. Значительный вес строительного стекла – 1 квадратный метр 1мм стекла весит 2.5 кг. Соответственно стеклопакет размером 3х6 м, изготовленный по формуле 10.10.3-16-6.6.2 будет весить 1 665 кг. Не каждый фундамент выдержит!
  3. Стекло достаточно хрупкий материал – не стоит заставлять его работать на изгиб. Имеются специально разработанные стеклянные строительные балки – но это совершенно другая история.
  4. У простого стекла достаточно плохие теплотехнические характеристики – без теплоотражающих покрытий и газозаполненных камер стеклопакеты не являются энергосберегающим продуктом.
  5. Неправильно спроектированное остекление очень часто выходит из строя из-за так называемого «термошока», который возникает в случае неравномерного нагрева конструкций.

Еще наши предки знали, что со стеклом нужно обращаться очень аккуратно. Не даром В.И.Даль в своем Толковом Словаре Живого Великорусского Языка при объяснении слова «стекло» привел русскую пословицу, которой мы и заканчиваем эту статью: «Стекло да девку береги до изъяну».



Примечание

По материалам интервью портала tybet.ru

Автор статьи: Александр СПИРИДОНОВ Заведующий лабораторией «Энергосберегающие технологии в строительстве» НИИ строительной физики РААСН, Президент Ассоциации АПРОК, Член Правления Российской палаты строительных экспертов, Лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники

Вклад участников

Петрина О.Н.

Обратная связь Автору