ОПТИКА И ЭНЕРГЕТИКА: СОЛНЕЧНЫЕ СВОЙСТВА ОСТЕКЛЕНИЯ
Солнце - это основной источник всей энергии, этому учат еще в начальной школе. К базовым знаниям возвращаются каждый раз, когда инженер, проектирующий стеклянный фасад, уточняет оптические и тепловые свойства стекла для проекта. По сути дела, стекло обладает многочисленными преимуществами, которые вполне оправдывают его выбор архитекторами для отделки фасадов зданий. Стеклянные панели эстетично выглядят в городском пейзаже и улучшают экстерьер зданий. Остекленные стены кажутся сотканными из воздуха, часто создают романтическое настроение среди всеобщей урбанизации. Стекло также пропускает в здание много естественного света и тепла, что позволяет эффективно снизить расходы на отопление и искусственное освещение.
Но обратная сторона стеклянной луны тоже существует. В то время как стекло обладает всеми вышеперечисленными преимуществами, эти же свойства могут создать так называемую "негативную продуктивность". Неконтролируемый поток тепла и света, льющийся через прозрачные стены, может привести к повышению затрат на кондиционирование и различные приспособления для контроля освещенности. Таким образом, необходимо регулировать поступление параметров света и тепла в соответствии с климатическими условиями того или иного региона.
Солнечный свет анфас и в профиль
Солнечная энергия, падающая на любую застекленную поверхность, включает в себя свет и тепло. 55% энергии, выпадающей на землю, приходится на тепло, а чуть более 40% - на видимый свет. Это просто означает, что отделение света и тепла друг от друга невозможно. Обычное прозрачное стекло почти полностью проницаемо для высокочастотного освещения (видимого и инфракрасного), но является барьером для низкочастотного излучения. Когда солнечное излучение попадает на фасад, тепловая энергия, проходящая через остекление, поглощается его внешней поверхностью, и, проникая в помещение, становится своеобразным обогревателем. Однако в обратную сторону стремится уже низкочастотное излучение, для которого стекло является барьером. Возникает всем известный парниковый эффект. Исключить подобное можно, грамотно выбрав остекление, благо современные производители предоставляют для этого массу возможностей.
По параметрам
Основными тепловыми или энергетическими параметрами остекления являются такие величины как коэффициент теплопередачи U, коэффициент риска повышенной температуры g или солнечный фактор, коэффициент затенения. Коэффициент теплопроводности U особенно важен для выбора остекления, создающего комфортную среду в интерьере. Он является одним из наиболее часто используемых терминов, характеризующих количество тепла, проходящего через единицу площади поверхности остекления 1 м2 при разнице температуры в 1°С с каждой стороны стекла. Это свойство связано с проводимостью материала. Окна с низким значением коэффициента требуют соблюдения энергоэффективности и теплового комфорта. Важно отметить, что значение этого параметра для всей системы остекления всегда будет значительно выше, чем значение для центра стекла. Это обязательно нужно учитывать при расчете фасадной системы. Кроме того, поскольку воздух является хорошим изолятором, то коэффициент полезного действия изолированного стеклопакета намного выше, чем у одинарного остекления. Для лучшей работы остекления очень часто применяются именно такие стеклопакеты.
Солнечный фактор (SF) или g-значение - это количество энергии, которому удается проникнуть через остекленную поверхность здания, по сравнению с общим количеством излучения, попадающим на остекление. Это дает представление о способности стекла пропускать или блокировать прохождение энергии. Как правило, окна с низким значением g не представляют проблемы в зданиях с высокой мощностью кондиционирования воздуха, в то время как окна с высоким значением этого параметра желательны в зданиях, где требуется пассивное солнечное отопление.
Коэффициент затенения - термин, часто встречающийся в стекольной отрасли. Это отношение потока, проходящего через данное стекло солнечного излучения в диапазоне волн от 300 нм до 2500 нм к потоку солнечной энергии, пропускаемой стеклом толщиной 3 мм. Отношение СК= SF/0,87 означает, что одинарное остекление толщиной 3 мм пропускает 87% падающей солнечной энергии. Локальные нормы и правила ограничивают значения SC в зависимости от назначения остекления и расположения здания. Мансардные окна, как правило, должны быть такими, чтобы стекло в них имело низкое значение SC (0,25), чтобы создать оптимальные свето-тепловые условия в помещении. Офисы, жилые помещения, школы и больницы также должны проектироваться с минимальными значениями SC 0,3 или ниже для комфорта и энергоэффективности в помещении. Торговые помещения необходимо будет проектировать с более высокими значениями SC, так как светопропускание создает исключительный эстетический эффект.
Видимое и невидимое
Кроме ощутимых характеристик стекла относительно солнечного излучения существуют и более тонкие параметры. К ним относятся, например, коэффициент пропускания света (LT), коэффициент отражения света (LR), индекс цветопередачи (CRI).
Коэффициент светопропускания (LT) - это доля видимого пучка света, который проходит через остекление. LT находится в диапазоне чисел от 0 до 100%. Стекло с более высокой плотностью пропускает в помещение больше естественного света. Значения светопропускания определяются нормативными актами и имеют различное значение в зависимости от проекта. Как правило, витрины магазинов и торговые здания должны иметь LT не менее 70%, чтобы обеспечить четкую видимость помещения.
Коэффициент отражения света (LR) характеризует, во-первых, процесс встречи света со стеклянной поверхностью, при котором часть потока света возвращается в окружающую среду, в зависимости от снижения и показателей преломления стекла; а во-вторых, среду, из которой исходит свет (например, воздух). LR — это доля падающего света, которая полностью отражается от поверхности стекла. Отражательная способность света стеклом важна, потому что она показывает, насколько стекло плотное и глянцевое, и насколько эффектно смотрится застекленная поверхность. У этого параметра, впрочем, есть и обратная сторона. Высокое отражение яркого света также означает высокий уровень бликов. Представьте, что вы едете по городским автомагистралям в летние месяцы, и все застекленные здания освещают дороги и отражающие свет прямо в глаза водителю. Это соображение имеет особое значение в южных регионах, где летняя солнечная радиация выше, чем в других частях страны. Следовательно, коэффициент отражения света - это параметр, который необходимо точно подбирать в зависимости от места применения стекла. Покрытие с высокой отражательной способностью увеличивает поглощение и пропускание света, однако при проектировании зданий необходимо учитывать эти важные аспекты безопасности.
Колористики света
За расцвечивание окружающего мира с помощью стекла отвечает индекс цветопередачи (CRI) - количественный показатель способности остекления точно отображать цвет объектов, различающийся в зависимости от видимости или освещенности. Этот показатель измеряется по шкале от 1 до 100. В качественном стекле должен быть высокий индекс CRI, чтобы не искажать восприятие внешней среды.
Можно сказать, что значение индекса цветопередачи, равного 95 считается превосходном, и большая часть стеклопакетов производится с учетом этих значений, в то время как оценка ниже 80 считается достаточно плохой. Для применения в зданиях, где внешний вид имеет важное значение или необходима повышенная эстетика, инженерам необходимо использовать остекление с CRI выше 95. Районы, где улучшение эстетики может быть важным, включают самые различные здания: высококлассные отели и магазины, больницы, школы и жилые дома.
Избирательная способность
Важным аспектом, который следует принять во внимание при проектировании остекленных фасадов, является соотношение между светопропусканием стекла и солнечным освещением. Ранее мы говорили, что солнечное излучение состоит из почти равного количества света и тепла, поэтому никогда невозможно усилить одну характеристику, не влияя на другую. Селективность стекла показывает соотношение между его светопропусканием (LT) и солнечным фактором (SF). Когда селективность стекла равна 2, оно дает в два раза больше света по сравнению с теплом. Селективность, равная 0, означает, что светопропускание равно 0 и поверхность непрозрачна. Новейшие покрытия позволяют получить остекление с селективностью до 2,4.
Стеклянный нейтралитет
Классические требования к стеклянному архитектурному фасаду из года в год развиваются в одном направлении: более высокая светопропускаемость, меньший солнечный фактор и минималистичный внешний вид. То, что много лет назад было лишь фантастикой, в настоящее время стало обычным явлением. Разработка типовых образцов и их комбинаций продолжается, чтобы соответствовать требованиям архитекторов и дальше развивать стеклянную архитектуру.
Казалось бы, сложно отличить остекление 20-летней давности от только что возведенного. Однако есть то, что заставляет нас отличать старые конструкции от новых: это цвет стекла.
Много лет назад основной выбор был между зеленоватым или голубоватым оттенком с виду прозрачного стекла. После того, как появились специальные покрытия, в тренде архитекторов оказались бронзовые, бархатно-серые и серебристые цвета на протяжении многих лет. В настоящее время мы видим все больше и больше вариантов стекла с нейтральным покрытием. Есть, разумеется, проекты, в которых стеклу придаются различные оттенки цвета, однако многие компании продолжают работать над максимальным сохранением светлого цвета стекла.
Дело в том, что нейтральное стекло с высокой степенью светопропускания улучшает самочувствие людей в жилых помещениях, открывая доступ естественному дневному свету, проникающему снаружи. Это повышает комфортность проживания и повышает уровень гормона дофамина, известного как гормон счастья. Проживание за стеклом с темным покрытием или занавесками требует интенсивного использования искусственного освещения, независимо от ценности освещения и обоснования использования стекла с низким коэффициентом пропускания света. Хотя покрытие из темного стекла, которое часто и почти повсеместно устанавливалось в течение многих лет.
Это покрытие было солнцезащитным и требовало именно такого цвета напыления. Однако в настоящее время и при нынешнем развитии технологий покрытия стекло по своим свойствам достигает высокой светопропускаемости и при этом получает отличные тепловые характеристики. Поэтому многие проектировщики и производители не видят смысла в сохранении старого отражающего покрытия с низким коэффициентом пропускания света. Сейчас того же эффекта можно достичь при более высоком проникновении естественного дневного освещения. В дополнение к этому известно, что светоотражающее покрытие также обладает высоким уровнем отражения и внутри помещений, поэтому оно используется для блокировки видимости стекла в ночное время.
Последнее свойство всегда было большим недостатком такого стекла. В интерьере, например, не было возможности включить свет в темное время и по-прежнему видеть через стекло. Сейчас же новые покрытия ориентированы на отражение в тонировке ниже 15%, что обеспечивает приличную видимость при обычном ночном освещении. Специальное осветляющее покрытие также значительно улучшает видимость сквозь стекло, но из-за стоимости покрытия оно пока не столь распространено. Кстати, по некоторым данным привычное отражающее покрытие также оказывает значительное влияние на нагрев окружающей среды, отражая солнечный свет обратно в городское пространство. Специалисты отмечают и выраженность оптического воздействия: независимо от того, насколько ровное и гладкое стекло, оно всегда будет создавать довольно причудливые отражения на зданиях.
Надо сказать, что нейтральный стеклянный фасад также имеет ряд собственных недостатков. Во-первых, низкая конфиденциальность: здания в крупных городах становятся все ближе и ближе, и наличие большого количества нейтрального стекла влияет на приватность жилья. Во-вторых, высокая светопропускаемость естественного стекла может привести к ослепляющему эффекту внутри квартир, особенно в тех, что находятся в высотных зданиях, хотя и считаются в высшей степени престижными. В-третьих, многие люди считают, что нейтрально остекленные здания все больше и больше превращают города в неподвижные массивы, в которых нет разнообразия стилей или выбора.
