В любом светопрозрачном фасаде основную часть их поверхности составляют стеклопакеты и непрозрачные панели заполнения. В зависимости от назначения здания (жилое, торговое, офисное) пропорции этих поверхностей могут различаться. При проектировании фасадов большое внимание уделяется его архитектурному виду, особенно его сочетанию с внешним видом фасадов соседних зданий. Однако при этом не надо забывать, что эти фасады должны обеспечивать и множество других важных функций. В первую очередь, они должны отвечать всем требованиям к традиционным наружным оболочкам зданий, например, кирпичным или бетонным стенам, а именно, защищать внутреннее пространство здания от любых агрессивных воздействий снаружи, таких как, солнечный свет, тепло, вода, ветер, шум.

Ниже представлен обзор европейских технических требований к светопрозрачным фасадам. Он выполнен на основе руководства по проектированию фасадов компании Hydro Aluminium и европейского стандарта по светопрозрачным фасадам EN 13830.

В общем случае основные технические требования к фасаду любого здания и, в том числе, к светопрозрачному фасаду, относятся к следующим категориям:

• Обеспечение комфорта
• Обеспечение безопасности
• Эксплуатационные характеристики
• Защита окружающей среды

Обеспечение комфорта

Гидротермический комфорт

Термическая изоляция

Обеспечение термической изоляции является важной частью процесса проектирования светопрозрачного фасада, так как это напрямую связано с тепловой эффективностью здания в течение всего его срока службы. При проектировании алюминиевых конструкций, в том числе, светопрозрачных фасадов, нужно всегда исходить из того, что алюминий является металлом с очень высокой теплопроводностью. Поэтому, чтобы обеспечить необходимый уровень тепловой защиты здания необходимо применять вспомогательные материалы с низкой теплопроводностью.

Кроме того, любые фасады имеют участки, для которых обычной теплоизоляции бывает недостаточно. Это – так называемые «мостики холода», которые правильнее было бы называть термическими мостиками или мостиками тепла.

Мостиками холода являются участки конструкции, где по сравнению с остальной частью фасада тепловая энергия «утекает» из здания особенно интенсивно. Это приводит к незапланированным потерям тепла из здания зимой или, наоборот, его проникновению в здание в летнюю жару. Кроме того, в зимнее время на этих участках фасада может возникать конденсация влаги из-за контакта холодных наружных элементов с теплым внутренним воздухом. Такие мостики холода обычно возникают на горизонтальных и вертикальных алюминиевых профилях, а также в местах крепления фасада к несущим конструкциям здания. Мостики холода также могут возникать в тех частях фасада, которые имеют выпуклую форму или находятся вблизи углов. Это происходит потому, что наружный периметр фасада в этих случая значительно больше, чем внутренний периметр.

Обычным методом решения проблем с мостиками холода является снижение коэффициента теплопередачи в таких местах до минимума путем применения элементов конструкций с так называемым терморазрывом. Примером применения этого принципа являются комбинированные алюминиевые профили (профили с термовставками). В настоящее время большинство светопрозрачных фасадов проектируют на основе этого принципа, что дает большую экономию энергии и повышает внутренний комфорт зданий.

Контроль конденсации влаги

Алюминиевые профили, которые применяются в конструкции светопрозрачных фасадов, обычно предусматривают специальные каналы для удаления из них влаги. С помощью этих профилей создают надежные дренажные системы удаления наружу влаги, которая попала внутрь в результате дождя или скопилась в результате конденсации.

Защита от солнца

Существует большое количество специальных устройств, которые специально сконструированы так, чтобы снижать чрезмерный поток солнечного света на остекление фасада, но не ограничивать видимость изнутри здания.

Выбор наиболее подходящих типов солнцезащиты зависит от ориентации здания, широты местности, требуемых размеров тени, максимальной силы ветра для данного района, требований по их техническому обслуживанию этих устройств, требуемый визуальный обзор изнутри здания и так далее.

Акустический комфорт

В настоящее время акустическая изоляция становится одним из наиболее важных требований к зданиям, так как защита внутренних помещений от наружного шума дает существенный вклад в ощущение внутреннего комфорта в здании.

Контроль проникновения света

Большое количество остекления в светопрозрачных фасадах вызывает необходимость учета при их проектировании двух важных моментов:

• регулирование количества солнечного света, которое проникает внутрь здания;
• регулирование отражательных свойств материалов, из которых изготавливается фасад.

Большое количество света и высокие отражательные свойства материалов могут отрицательно влиять на внутренний комфорт из-за ощущения чрезмерных контрастов уровня освещения и цветов. Это особенно важно для людей внутри здания, которые работают с мониторами компьютеров и других электронных устройств, таких как, смартфоны и планшеты.

При контроле проникновения света важно, чтобы эти меры не приводили к искажению цвета и формы предметов снаружи здания.

Тактильный комфорт

Хотя это и не самое насущное требование, но современные архитекторы и проектировщики учитывают тактильные характеристики применяемых стеклянных и металлических компонентов фасада. В принципе, это относится ко всем элементам фасада, снаружи и внутри.

Снаружи фасада остекление обеспечивает гладкую и блестящую поверхность без острых углов и кромок. Изнутри стекла также обеспечивают тактильный комфорт, который подкрепляется плавными и гладкими поверхностями алюминиевых профилей. Благодаря этим свойствам внутренние перегородки в здании также часто являются алюминиевыми светопрозрачными конструкциями.

Защита жизни и здоровья

Защита здоровья

Большинство традиционных природных источников риска для здоровья людей в настоящее время надежно контролируются современной гигиеной и медициной. Однако могут возникать новые угрозы для здоровья, которые создаются искусственными средами обитания, которые окружают людей на отдыхе, в путешествии или на работе.

Стеклянные и металлические поверхности, в том числе, алюминиевые являются принятой нормой в строительстве и архитектуре. И стекло, и алюминий являются абсолютно непористыми материалами, которые поэтому обеспечивают полною стерильность. Они не могут провоцировать аллергии и не могут служить средой для размножения микробов и бактерий, как некоторые другие строительные материалы.

Защита от пожара

В соответствии с современными европейскими противопожарными нормами разделение здания на зоны является одной из наиболее эффективных мер по локализации пожара и предотвращения его быстрого распространения на остальную часть здания.

Часто противопожарный элемент между двумя такими зонами здания, например, перекрытие или перегородка, с заданным рейтингом стойкости к огню (RF-t) примыкает к фасаду. В этом случае примыкающий элемент фасада должен также иметь достаточно высокий рейтинг по стойкости к огню. Этот рейтинг должен быть не менее, чем половина рейтинга перекрытия или перегородки (RF-t/2). Кроме того, этот элемент фасада должен иметь ширину не менее 1 м.

Защита от поражения электрическим током

Светопрозрачные фасады имеют большое количество металлических компонентов, которые соединены друг с другом и с несущими конструкциями здания. Ветер, изменения температуры и контакт с электрическим оборудованием (освещение, вентиляция, системы безопасности и т. д.) могут быть причиной того, что металлическая конструкция фасада окажется под электрическим напряжением. Это может вызвать неполадки оборудования здания и представлять угрозу безопасности людей. При проектировании фасада необходимо указать способ заземления его металлической конструкции. При установке фасада на здание необходимо обеспечить контроль правильности исполнения заземления.

Конструкционная безопасность

Конструкция светопрозрачного фасада является самонесущей. Это обеспечивается его конструкцией и применяемыми материалами. Стойки фасада закрепляются на междуэтажных перекрытиях здания. Поэтому вес каждой секции фасада распределяется по этажам здания. Обычно фасадная конструкция предназначена для того, чтобы нести собственный вес, а также выдерживать ветровые нагрузки. Влияние других нагрузок является значительно меньшим и, как правило, не принимается во внимание при прочностных расчетах.

Вес самих алюминиевых профилей благодаря малой плотности алюминия является пренебрежимо малым по сравнению с ветровыми нагрузками и весом панелей заполнения проемов, прозрачных и непрозрачных. В случае ригелей необходимо принимать во внимание, что вес стекол и стеклопакетов концентрируется в точках расположения подкладок.

Величины размерных допусков фасадов значительно меньше, чем допуски основной, несущей конструкции здания, которые зависят от типа и размеров строительного элемента (до 6 м). Поэтому при монтаже светопрозрачных фасадов приходится учитывать не только прогибы профилей от собственных нагрузок на фасад, но и допуски размеров и точности монтажа несущих конструкций здания.

Безопасность от криминального взлома

Возможность криминального взлома также должна учитываться в конструкции светопрозрачного фасада. Это особенно касается участков фасада, которые имеют доступ с улицы или из соседних зданий. Обычными мерами являются применение трудного для взлома ламинированного остекления или установка электронной сигнализации.

Защита от попадания наружного воздуха и воды

Материалы, из которых изготавливаются светопрозрачные фасады, могут считаться непроницаемыми для воздуха и воды. Однако они имеют большое количество стыков между этими материалами. Это означает, что воздухо- и водонепроницаемость фасадов в значительной степени зависит от качества различных уплотнителей и герметиков, а также от качества работ по их установке. Кроме того, нужно иметь в виду, что эти уплотнители и герметики имеют ограниченный срок службы и требуют регулярного технического обслуживания.

Эксплуатация фасада

Функциональность

Светопрозрачный фасад должен выполнять функции, которые заложены в его проекте и зависят от назначения здания (жилое, офисное, торговое, промышленное).

Совместимость материалов

Светопрозрачный фасад должен представлять собой единое целое в течение всего срока его службы. Это требует полной физической и химической совместимости между всеми компонентами, из которых он состоит.

Термическое расширение

Особое значение при этом имеет термическое расширение материалов. Алюминиевые конструкции фасадов склонны к значительному короблению в результате изменения температуры окружающей среды. Это требует особого внимания при проектировании, как наружных элементов фасада, так и систем крепления фасада к несущим конструкциям.

Эти изменения размеров элементов фасада происходят в результате расширения и сжатия материалов под воздействием изменения температуры. Эти изменения зависят от коэффициента термического расширения материала и разности температуры. Алюминий имеет довольно высокий коэффициент термического расширения: 23·10-6 м/(м·ºС). Это означает, например, что при изменении температуры на 100 ºС длина незакрепленного алюминиевого профиля изменится на 2,3 мм.

В Европе максимальная разность температур принята равной 42 ºС. Поэтому максимальное увеличение на 1 м алюминиевого профиля составляет около 1 мм (23·10-6 ×1×42 = 0,000996 м = 0,996 мм). Поэтому в Европе достаточно «заложить» зазор 1 мм на каждый метр алюминиевого профиля, чтобы он поглощал все возможные термическое расширения независимо от времени года, в котором объект был изготовлен или установлен. Заметим, что для различных регионов России эти нормы могут быть другими.

Остекленение

Стеклянные строительные изделия, отожженные или закаленные, должны устанавливаться (вставляться в рамы) таким образом, чтобы они не испытывали никаких усилий, кроме собственного веса и ветровых нагрузок, в том числе:

• от расширения (сокращения) самого стекла;
• от сокращения, расширения или прогибов смежных профилей;
• допустимых и предсказуемых смещений несущих конструкций.

Кроме того, стеклянные панели никогда не должны быть в контакте друг с другом, а также с каким-либо металлическим компонентом.

общее правило

Технически запрещены следующие контакты: стекло-стекло, стекло-металл и стекло-бетон.

Возможность демонтажа

Требования по утилизации отходов, технического обслуживания и повторного применения вынуждают проектировать и устанавливать компоненты фасадов таким образом, чтобы была возможность их демонтажа и последующей установки в другом месте. Этого требует принцип максимального использования материалов и ресурсов при минимуме инвестиций и в кратчайшие сроки. В принципе, хорошо спроектированные фасады могут удовлетворять этому требованию, хотя в настоящее время в большинстве фасадов оно пока не выполняется.

Доступ для коммуникаций и технических систем

Обычно светопрозрачный фасад представляет единый объект из точно подогнанных одинаковых по конструкции модулей. Однако часто он включает участки здания, через которые проходят важные технические системы и коммуникации, например, системы кондиционирования воздуха. Конструкция фасада должна позволять установку таких систем, их ремонт и техническое обслуживание.

Согласованность размеров и допусков

Одним из важных требований, которые предъявляются к конструкции светопрозрачных фасадов, является согласованная жесткость допусков монтажа конструкций. В отличие от обычных фасадов зданий, светопрозрачные фасады требуют такого процесса монтажа, чтобы в любой момент была возможность точного позиционирования любого компонента фасада в любой из трех плоскостей. Обычно для этого применяют регулировочные винты, которые являются частью системы крепления фасада к несущим конструкциям.

Размеры и точность монтажа несущих конструкций и элементов фасада значительно различаются. Допуски фасадов измеряются в миллиметрах, а допуски несущих конструкций – часто в сантиметрах. Это требует от конструкции фасадов большой гибкости при их монтаже на несущие конструкции.

Чтобы скорректировать обычные отклонения размеров несущих конструкций от их номинальных размеров при монтаже фасадов применяют различные методы регулировки, в том числе, подкладки, кронштейны с удлиненными прорезями и другие элементы крепежа, которые дают возможность регулировки и выверки конструкции фасада в целом.

Длительный срок службы

Конструкция фасада должна обеспечивать его стойкость к различным воздействиям в течение заданного срока службы. Срок службы каждого компонента фасада, возможность его технического обслуживания и ремонта должны обязательно приниматься во внимание при оценке общего срока службы фасадной конструкции.

Окружающая среда

Технологические отходы

При строительных работах неизбежно возникают технологические отходы: обрезки материалов, упаковка и т. п. Сортировка и переработка этих отходов в условиях строительной площадки является большой проблемой. Светопрозрачные фасады в этом смысле имеют большое преимущество по сравнению с другими фасадами – большая часть отходов материалов утилизируется в заводских условиях.

Жизненный цикл строительного объекта

В настоящее время все больше оценку стоимости строительного объекта проводят не только на основании расходов на его строительство, но и с учетом затрат на весь его жизненный цикл от строительства до конечной утилизации при окончании срока службы. Это дает возможность более обоснованной оценки эффективности долгосрочных инвестиций при сравнении конкурирующих проектов.

Влияние на окружающую среду

При проектировании фасада необходимо учитывать, что любой тип фасада в зависимости от его способности поглощать влагу, поглощать звуки, отражать свет и изменять направление ветра, может существенно влиять на условия микроклимата местности, в которой он устанавливается. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание при «вписывании» здания в уже существующий ландшафт.