«Неправо о вещах те думают, Шувалов, которые стекло чтут ниже минералов…», - совершенно справедливо писал в свое время М.В. Ломоносов. Стекло - один из самых древних материалов, его знали еще строители древнего мира. Экологичность, способность пропускать внутрь построек игривый или торжественный свет и даже любопытный взгляд, делиться секретами конструкции и жизни обитателей зданий делает стекло самым востребованным строительным материалом современности.

Эволюция прозрачности от промышленной революции до современности

За последние два столетия стекло приобрело выдающиеся качества, сделавшие его ведущим стройматериалом - одновременно экологичным и технологичным. Получение в 1848 году листового литого стекла произвело революцию - позволило недорого производить огромные листы прочного стекла. В беспрецедентном масштабе они были использованы при постройке в лондонском Гайд-парке знаменитого временного Хрустального дворца, символа Всемирной выставки 1851 года, и целой галереи подобных сооружений по всей Европе.

На стационарных зданиях светопрозрачные фасады впервые в мире стали широко использовать в Советском Союзе. Первое здание с фасадным остеклением - Дом Центросоюза, построенный в Москве в 1936 году Ле Корбюзье.

В середине ХХ века технологии позволили создавать большие площади идеально ровного плоского остекления на высоте. В 1958 году был построен манхэттенский небоскреб «Сигрем-билдинг» (Seagram Building), давший начало интернациональному стилю высотных зданий, в которых за счет прозрачности артикулировалась функциональность внутренних конструктивных элементов.

В 1995 году художник Рик Силас (Rick L. Silas) предложил инновационное холодногнутое литье, придавшее стеклянным поверхностям трехмерность. По этой технологии плоские многослойные стеклопакеты помещают в рамы, где они сгибаются под собственным весом без какого-либо термического воздействия, а создаваемая криволинейность обеспечивает идеальную гладкость поверхности фасада, который может повторить любую геометрию здания, хоть самую причудливую. Это может давать необычные оптические эффекты - например, отражение облаков, как бы поднимающихся по диагонали.

Эта технология открыла новые возможности интернациональному стилю в архитектуре: после стеклянных параллелепипедов Манхэттена человечество начало обживать здания со сложными асимметричными поверхностями - в форме масштабных сфер, лент Мебиуса, спиралей и фракталов. Уникальные формы фасадов: выпуклые, вогнутые (например, естественно-научный музей Конфлуанс в Лионе), закрученные (такие, как башня «Эволюция» в «Москве-Сити»), обильно представленные как в портфолио лауреатов Притцкеровской премии, так и в заявках архитектурных конкурсов, подтверждают, что сегодня стекло как строительный и декоративный материал переживает новый пик популярности.

130 тысяч квадратных метров технологий

Рекордсмен по объему фасадного остекления - строящийся многофункциональный комплекс «Лахта центр» в Санкт-Петербурге высотой 462 метра. 85 процентов фасадной поверхности здания - это остекление, состоящее из 16 тысяч различных по форме стеклопакетов. Подобный объем уникального фасадного стекла на высотном объекте применяется впервые.

Современные стеклянные фасады очень экологичны, они дают максимальное естественное освещение и с недавнего времени - естественную вентиляцию, ранее неиспользуемую в высотных зданиях, где по технике безопасности не была предусмотрена установка форточек или фрамуг.

В буферных зонах фасада находятся форточки-клапаны, создающие естественный сквозняк. В солнечные дни автоматические жалюзи защищают от жары. Таким образом двойные фасады сокращают потребление энергии на обогрев и кондиционирование помещений. Все технические задачи регулируются централизованной интеллектуальной системой управления без необходимости человеческого вмешательства.

Стеклянные здания отличает от собратьев и чистоплотность - им показана регулярная внешняя уборка. Специально для «Лахта центра» разработана система очистки - направляющие и шарнирные крепления точно следуют форме фасада, поворачиваясь в трех плоскостях, угловые и прямые платформы и каретки позволят рабочим очищать как узкие, так и широкие грани башни, точно следуя геометрии здания. Выше 369 метров фасад будут обслуживать промышленные альпинисты, используя электрические подъемники.

Для сложных наклонных частей фасада предусмотрена система кранов и люлек с рабочими. Передвижные краны установят как на крыше, так и на рельсовых платформах вдоль фасадов. Мойка будет проводиться дважды в году - весной и осенью.

Стойкость при внешней хрупкости

В голливудских блокбастерах часто рушатся небоскребы. Однако вопреки экранным образам реальные здания - весьма прочные конструкции, способные выдержать удар возможных стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций. Девелоперы и арендаторы осознают собственную ответственность и возможные потери, поэтому предотвращение влияния негативных факторов - один из приоритетов при возведении современных зданий.

Безопасность фасадов проверяется специальными испытаниями на макетах: на огнестойкость, прочность, устойчивость к экстремальным погодным условиям, таким как шквалистый ветер и сильные перепады температур. Современное закаленное стекло практически невозможно разбить, сжечь или «пробить» голосом. Так, в «Лахта центр» внешнее стекло - многослойное термоупрочненное, с термоотражающим покрытием. Внутреннее стекло - полностью закаленное. Стеклопакет заполнен аргоном. Двойной фасад обеспечит теплоизоляцию и шумоизоляцию.

На фоне окружающего воздушного пространства здание выделяет подсветка, которая одновременно создает силуэт для наблюдателей и отпугивает птиц в период их миграции.

Курс на север

В условиях российского климата контроль за обледенением фасадов требует уникальных решений. Например, в «Лахта центре» шпиль по структуре сетчатый: когда на такой сетке образуется первый безопасный слой льда, подается короткий электрический импульс, встряхивающий ее и не позволяющий льду нарастать дальше. Раньше с обледенением сеток в мире никто не боролся, эта технология - уникальная разработка.

Кроме того, уже упомянутые буферные зоны фасада «Лахта центра» не позволят переохлаждаться внешнему стеклу, а внутреннее вообще избавят ото льда. В сильные морозы для стекол вне буферных зон предусмотрен подогрев, предотвращающий льдообразование.

Прошлое, настоящее, будущее

Стекло - один из самых экологичных, «зеленых» материалов естественного происхождения, поддающийся переработке без потери своих главных свойств: прозрачности, теплопроводности, эстетичности и способности защищать от внешней среды.

«Стекло - пример того, как наши нормативы не успевают за новыми материалами. Во многих странах этот материал используется не только как декоративный навесной элемент, а как конструктивный - как балка, например, или колонна, то есть несущий элемент, обеспечивающий надежность и безопасность при эксплуатации сооружения, Стекло будет использоваться в архитектуре все шире», - уверен главный инженер МФК «Лахта центр» Сергей Никифоров.

Эстетически привлекательные и ультрасовременные стеклянные дома воспринимаются как нечто футуристическое и нереальное. Вызывая общий восторг, они с явным высокомерием поглядывают на монолитные и кирпичные здания. Индивидуальные, отражающие и принимающие солнечные лучи по своему усмотрению - стеклянные здания стали главными и единственными героями этой статьи.

Это удивительно пластичное здание находится в Лондоне (Великобритания). Спроектировала выгнутую конструкцию архитектурная компания Foster & Partners. Выбор формы не случаен - уменьшив площадь поверхности здания, архитекторы повысили эффективность использования энергии.

Знаменитый дом в Palm-Sefton Park обрел очередную жизнь. Чего только не довелось пережить этому удивительному зданию! На протяжении многих лет оно страдало от распада и запустения. Но в начале 1990-х было отремонтировано и вновь застеклено. Оно и сейчас продолжает поражать нас изяществом линий и неподражаемостью форм.

Наверное, не стоит уточнять, где находится архитектурный шедевр Бурдж-Халифа. Конечно в Объединенных Арабских Эмиратах! Гардиан-стекло стало стильным и, главное, надежным украшением фасада здания.

Штаб-квартира dell’Aldar на Аль Раха Бич - это первое круговое здание, построенное в ОАЭ. Архитектурный проект дома разработали специалисты компании MZ & Partners.

Лондонские застекленные здания более скромные по размерам, зато более интригующие. Это необычное здание так и называется - «Огурец». Пожалуй, это действительно первая ассоциация, которая приходит в голову при виде этого удивительного порождения архитектуры.

В стеклянном кубе с милым именем «Леонардо» расположился выставочный павильон с конференц-залами. Находится строение в Дрибурге (Германия). Над стеклянным сооружением трудились ребята из компании 3Deluxe. Фасад устроен из шестиметровых стеклянных панелей без рам, усиленных пружинами для противостояния сильному ветру.

Легендарная архитектурная студия Zaha Hadid Architects разработала уникальный проект штаб-квартиры нового порта Antwerp Port Authority в Антверпене (Бельгия). Port House предназначен для пожарной станции. Самое тривиальное здание воспринимается как опора для стеклянного корабля, поэтому имеет право на существование.

Это истинный дом стекла, где даже каркас кровати изготовлен из этого материала. Разработал смелый проект итальянский дизайнерский дуэт Santambrogio (Carlo Santambrogio и Ennio Arosic). При этом главной целью дизайнеров была простота. Они использовали стекло как инструмент, позволяющий устранить визуальные границы, тем самым позволяя глазу блуждать. И им удалось добиться своей цели - инструмент действительно зазвучал.

Это прозрачное здание находится в самом центре пустынной территории на юге Испании. Называется оно Non Program Pavilion. Благодаря обтекаемой форме это строение гармонично сочетается с окружающим ландшафтом, а его конструкция точно повторяет природные изгибы. Стеклянные панели, из которых состоит фасад, аккумулируют солнечную энергию в течение дня. Однако авторы до сих пор не могут назвать конкретное предназначение строения. Скорее всего, здесь будут проходить деловые встречи, концерты, выставки и образовательные семинары.

Проект главного здания EXPO-2012 для Вроцлава выполнил испанский архитектор Винсент Гуалларт (Vincente Guallart).

В идеале это здание должно было стать музыкальной школой, но почему-то стало выставочным комплексом, в котором демонстрируются планы улиц и районов города. Цель его создания весьма прозаична - выделить город Хуайнань из множества других неприметных китайских городов. Огромная скрипка - это вход в здание-«рояль», изготовленное из черного стекла.

Миллиардер Владислав Доронин впечатляет своей щедростью. Этот дом он подарил своей подруге супермодели Наоми Кэмпбелл. Находится строение на одном из турецких островков. Идея такова - форма дома и окружающий его ландшафт повторяют своими очертаниями древний египетский символ - глаз бога Гора.

Бывшей столице Казахстана Алма-Ате тоже есть что показать. Комплекс здания из стекла и бетона впечатляет размахом и стильным дизайном.

Новый главный корпус Музея Мирового океана в точности копирует форму земного шара, который огибают стеклянные волны. Этот образ призван продемонстрировать взаимосвязь водной стихии и планеты Земля, а также стать одной из архитектурных достопримечательностей центра Калининграда.

Форма штаб-квартиры Центрального телевидения в КНР не позволит усомниться в креативности сотрудников данного учреждения. Высота 44-этажного здания составляет 234 метра, а общая площадь постройки - 389 тысяч квадратных метров.

Какой идеи придерживались архитекторы, проектирующие здание штаб-квартиры Департамента здравоохранения Басков, догадаться сложно. Хотя главной целью испанцев было вписать свое необычное творение в архитектурный ансамбль улиц, построенных еще в 1862 году. Насколько это им удалось, судить сложно.

Громоздкий и тяжеловесный на вид свод штаб-квартиры компании Gas Natural в Барселоне опасно нависает над входом в здание. Но прохожим не стоит опасаться за свои жизнь и здоровье. Проект здания разработан в четком соответствии со всеми нормами и стандартами архитектуры. Рассматривая прекрасных исполинов и их более скромных собратьев, задаешься вопросом: стеклянный дом - это желание продемонстрировать общественности свою личную жизнь или своеобразный вызов обществу, скрывающему грязь и пороки под респектабельной внешней оболочкой? Скорее всего, этот вопрос так и останется без ответа, как и тайна великих пирамид.

В апреле в Москве пройдёт VI Российский конкурс с международным участием «Стекло в архитектуре». Стекло считается очень перспективным материалом в создании облика современных городов. Не зря же в середине прошлого века дома «из стекла и бетона» воспринимались как некие футуристические символы. Сейчас стекло широко используется в строительстве, но возможности его ещё не исчерпаны: архитекторы продолжают придумывать для него всё новые образы в градостроительстве.

В начале ХХ века в архитектуре появился новый авангардный стиль, конструктивизм, сущность которого передаёт его название: он подчиняется логике конструкции, функциональности, целесообразности. Для его воплощения стекло подходит как нельзя лучше. И если раньше при строительстве оно использовалось только в окнах и витражах, то теперь стало полноценной частью здания (иногда стекло используют даже в несущих конструкциях, если это мощные блоки). В Москве есть немало зданий, являющихся образцами конструктивизма, которые до сих пор вдохновляют архитекторов и вызывают восхищение публики.

Для работы

Одно из первых зданий со сплошным фасадным остеклением, появившееся в Европе, было построено в Москве французским архитектором Ле Корбюзье в 1928-1936 годах (улица Мясницкая, д. 39 — проспект Сахарова, д. 37). Здание Центросоюза, как оно тогда называлось, выходит фасадами на две улицы: Мясницкую и бывшую Ново-Мясницкую (ныне проспект Сахарова). Огромные стеклянные поверхности выглядят лёгкими, несмотря на массивность здания (оно рассчитано на 3500 сотрудников, в нём несколько залов, ресторан и много других помещений). Кроме того, оно задумывалось стоящим на «ножках», чтобы под зданием можно было свободно проходить. Сегодня в «стеклянном доме» располагаются Росстат и Росфинмониторинг.

Здание Центросоюза. Фото: www.globallookpress.com

Для жизни

Знаменитый дом Наркомфина (Новинский бульвар, д. 25, корп. 1) был построен в 1930 году архитекторами М. Гинзбургом и И. Милинисом . Его иногда называют «дом-корабль» из-за вытянутой формы и сплошных лент окон, тянущихся по всей длине здания. Он был задуман в те времена как дом-коммуна, где люди жили бы в своих квартирах, но общались в широких коридорах (это их освещают те самые стеклянные «ленты» фасада), вместе обедали бы на общей кухне, принимали солнечные ванны в открытом садике на крыше. В удивительном доме и сейчас живут москвичи, правда, кухни теперь у всех индивидуальные.

Дом Наркомфина. Фото: www.globallookpress.com

Для машин

Гараж «Интуриста» был построен в 1934 году архитектором Константином Мельниковым для содержания автомобилей компании «Интурист» (улица Сущёвский Вал, д. 33). Рабочие чертежи здания создавал архитектор Курочкин , Мельников же взял на себя оформление внешнего облика. Значительная часть фасада оказалась застеклена, причём площадь остекления имеет форму пересекающихся круга и трапеции. Фасад части здания как бы стянут диагональной линией остекления.

Гараж «Интуриста». Фото: Commons.wikimedia.org / NVO

Точно так же стекло является доминантой в облике другого здания работы Мельникова, так называемого «круглого гаража» Госплана (улица Авиамоторная, д. 63, стр. 1). На самом деле гараж вовсе не круглый, но именно огромное окно на фасаде, напоминающее фару автомобиля, определяет облик здания. Автомобильную тематику поддерживают также кровля одноэтажного административного корпуса, напоминающая вытянутое крыло машины, и вертикальные белые линии фасада другого корпуса, вызывающие ассоциации с радиаторной решёткой.

Гараж Госплана. Фото: Commons.wikimedia.org / Dmitralex

Для культуры

Огромный стеклянный цилиндр почти сто лет «держит» центр композиции Дома культуры имени Зуева (улица Лесная, д. 18). Это один из самых ярких и знаменитых во всём мире образцов конструктивизма, построенный в 1929 году архитектором Ильёй Голосовым . Здание представляет собой комплекс асимметрично расположенных геометрических форм, в которых стекло занимает лидирующие позиции, поэтому изнутри здание пронизано светом.

Дом культуры имени Зуева. Фото: Commons.wikimedia.org / Alex "Florstein" Fedorov

А в композиции Дома культуры имени Русакова (улица Стромынка, д. 6) стекло создаёт вертикальные линии здания (это вытянутые в длину окна зрительного зала). Немало стекла и в оформлении других фасадов. Уникальность здания в том, что его внутреннее пространство мобильно, с помощью хитрой механики шесть залов можно было объединять в один. Сегодня в удивительном здании работает театр Романа Виктюка.

Дом культуры им. Русакова. Фото: Commons.wikimedia.org / Ludvig14

Для бизнеса

Один из самых известных, современных и видных в прямом смысле этого слова столичных объектов, в оформлении которых широко используется стекло, — деловой комплекс «Москва-Сити» на берегу Москвы-реки (Пресненская набережная). Центр деловой активности столицы продолжает строиться (всего запланировано возвести 23 небоскрёба). Несмотря на неоднозначное отношение к нему, комплекс давно стал одной из ярких достопримечательностей столицы.

Проект здания со стеклянным фасадом в Вашингтоне

Нью-йоркская архитектурная фирма REX опубликовала свои планы по возведению престижного офисного комплекса в Вашингтоне. Местом его расположения будет так называемый «золотой треугольник» - деловой центр города, застроенный внушительными кирпичными и бетонными зданиями. В числе прочих нанимателей на территории комплекса планирует обосноваться коммерческая сеть телерадиовещания CBS.

Фасад сочетает признаки цельностеклянной и модульной конструкций

Наружные стеклянные панели

Абсолютно идентичные изолированные стеклянные панели фасада в количестве приблизительно 900 искусно изогнуты с помощью термической закалки. Дуга придаёт зданию эффектность, повышает его устойчивость к воздействию ветра и обеспечивает сквозную прозрачность.

Архитекторы объясняют: «Из-за присущей дугам устойчивости к сжатию только вершина и низ панелей поддерживаются горизонтальными несущими перекрытиями, в то время как вертикальные края средников застеклены вровень с каркасом для создания минималистского вида. Такое решение улучшает внешний облик здания и позволяет увеличить его полезную площадь».

Стеклянные панели обращены вогнутой стороной наружу, что порождает элегантный эффект рифления

900 стеклянных панелей фасада искусно изогнуто

Высокопроизводительное энергосберегающее покрытие наносится на стекло, которое тщательно изолируется с целью обеспечения достаточной теплоизоляции. Вместе с дугообразной формой панелей это создаёт необычный калейдоскопический эффект. Чередующиеся стеклянный и зеркальный эффекты одновременно оживляют и дематериализуют фасад.

Чтобы подчеркнуть почти эфирную лёгкость оболочки, все несущие опоры были отодвинуты от внешней стены и установлены внутри здания, в то время как потолочные плиты сужаются к несущим горизонтальным перекрытиям по мере приближения к фасаду.

Высокоэффективное энергосберегающее покрытие наносится на стекло

Стеклянный фасад здания обеспечивает широкий панорамный вид с минимальным разрывом

Холл

Вестибюль на первом этаже задуман как «тёплый оазис» со стенами, декорированными принтом в виде коровьей шкуры, с деревянными полами и потолками. Пространство служит для визуальной конфронтации с кристаллическим фасадом. Площадь фойе была дополнительно расширена, чтобы вместить специально заказанные для этого здания произведения искусства.

«Тёплый» вестибюль служит визуальным противопоставлением кристаллическому фасаду

Деревянные полы и потолки украшают всю приёмную зону

Чертежи

Вид сверху, дающий представление о структуре фасада

Структурная деталь рифлёного фасада

Все несущие опоры отодвинуты от внешней стены и установлены внутри здания

Очередное здание из стекла и бетона строится в столице США - стекло снаружи, бетон внутри. Так создаётся эффект невесомой эфирной оболочки.

Сведения о проекте:

Название: 2050 M Street
Местоположение: Вашингтон, округ Колумбия, США
Заказчик: Tishman Speyer
Программа: дорогое офисное здание в Вашингтонском «золотом треугольнике», предназначенное для телестудии CBS и других арендаторов
Площадь: приблизительно 41800 кв. м.
Стоимость: конфиденциально
Статус объекта: начало строительство - 2015 год; начало внутренней отделки - 2015 год; ожидаемое завершение - 2019 год.
Дизайнерская студия: REX
Авторы проекта: Timothy Burwell, Adam Chizmar, Maur Dessauvage, Kelvin Ho, James Kehl, Elizabeth Nichols, Joshua Prince-Ramus, Matthew Uselman (PL), Cristina Webb (PL), Vaidotas Vaiciulis, Michael Volk
Руководитель проекта: kendall/heaton
Консультанты: Arup, Baumann, Blades, Cerami, ECS, Front, Janson Tsai, LERA, LSM, Richter, George Sexton, Walker, Wiles Mensch, WSP

Стеклянные двойные фасады

Здания с большим процентом остекления зачастую имеют повышенные нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Стеклянный двойной фасад является интересным решением оболочки здания, приспосабливающейся к изменениям наружного климата.

Стремление максимального использования в строительных конструкциях светопрозрачных конструкций, начавшееся в Европе и США ещё в прошлом столетии, повысило интерес к технологии стеклянных двойных фасадов. Повсеместное применение двойных фасадов началось в 1990-х годах и продолжается до сих пор. Особенно часто такие конструкции можно увидеть в высотном строительстве.

Широкую известность получили такие здания, как Commerzbank во Франкфурте-на-Майне (Германия, 1997), City Hall в Лондоне (Великобритания, 2002), а также Manitoba Hydro Place в Виннипеге (Канада, 2009). Здание One Angel Square, построенное в 2013 году, высотой в 14 этажей располагается в Манчестере (Великобритания) и отличается своеобразной трёхгранной конфигурацией со стеклянным двойным фасадом.

Небывалый размах строительства наблюдается в Китае, где активно возводят высотные здания, в том числе и с применением двойных стеклянных фасадов, например две башни Международного финансового центра (Гонконг, 1999 и 2003), Pearl River Tower (Гуанчжоу, 2011), Шанхайский всемирный финансовый центр (2008).

В России пока мало примеров использования данной технологии. Это решение встречается в основном в зданиях премиального класса, что объясняется, как правило, высокими инвестиционными затратами и сложностью реализации подобных проектов. Например, стеклянные двойные фасады установлены в штаб-квартире компании «Новатэк» (Москва, 2011). Здание оборудовано высокотехнологичными интеллектуальными системами, позволяющими обходиться без механической вентиляции и охлаждения.

Конструктивные особенности

Конструкция фасада основана на принципе многослойности - создания нескольких оболочек и использования определённых физических и эстетических свойств отдельных его слоёв. Основным материалом здесь служит стекло, которое благодаря своим эстетическим и физическим характеристикам обеспечивает нужное оформление здания и выполнение необходимых функций ограждающей конструкции.

Существует много различных конструкций стеклянных двойных фасадов. Общую классификацию приводит директор Института строительной физики им. Фраунгофера (Германия) Карл Гертис, опираясь на работу Вернера Ланга:

. по размещению поверхностей двойного фасада: установленные внутри конструкции внешней стены, частично выдвинутые вперёд или полностью выступающие за внешнюю стену;

. по наличию и размещению вентиляционных отверстий: без вентиляционных отверстий, с отверстиями только на внутренней поверхности или на обеих поверхностях двойного фасада. Кроме этого, система вентиляции может временно подавать воздух в обход двойного фасада;

. по сегментированию поверхностей: промежуток между поверхностями фасада сегментируется или выполняется в виде ширмы. Последний вариант имеет большое значение для переноса воздуха в промежутке между поверхностями.

Схематичные вертикальные разрезы в фасадах, характеризующие виды разработки и размещение конструкции стеклянных двойных фасадов, представлены на рис. 1 и 2.

В зависимости от расстояния, на которое выдвигается наружная стеклянная поверхность, воздушный зазор между поверхностями фасада может иметь следующие характеристики:

. в него нельзя попасть; зазор служит только для размещения между поверхностями приспособлений для защиты от солнца;

. в нём можно разместиться при мытье стёкол;

. он может использоваться наподобие зимнего сада как общий зал или в качестве помещения для переговоров.

Вентиляция

В зданиях со стеклянными двойными фасадами может предусматриваться как система механической, так и естественной вентиляции через соответствующие отверстия. Опыт показывает, что использование и того и другого видов вентиляции позволяет добиться наилучших параметров микроклимата и высокого уровня энергоэффективности.

Варианты фасадов разнообразны - от стеклянного изолирующего фасада до конструкции с регулируемым открытием внешней и внутренней поверхностей (рис. 3). Может быть также реализован обход стеклянного двойного фасада, при котором приточный или удаляемый воздух направляется напрямую (в этом случае двойной фасад не будет выполнять своей прямой функции).

Преимущества и недостатки технологии

До сих пор ведётся широкая дискуссия о том, насколько целесообразно применение стеклянных двойных фасадов вместо традиционных фасадов, имеющих современную теплоизоляционную систему. Считается, что стеклянные двойные фасады имеют несколько лучшие показатели звукозащиты, чем традиционные фасады. Благодаря естественной вентиляции стеклянные двойные фасады улучшают внутренний климат. В воздушном зазоре между поверхностями фасада может наноситься прочное покрытие для защиты от солнца, а также устанавливаться элементы, отклоняющие свет. В многоэтажных зданиях при сильном ветре стеклянные двойные фасады уменьшают динамический напор, вызывающий повышенное давление прижима внутренних дверей. Конструкция фасада позволяет открывать окна на желаемую ширину даже при большой высотности здания.

Среди минусов отмечаются высокие капитальные и эксплуатационные затраты, связанные, например, с трудностью и частотой очистки внутренних поверхностей. Нет единого мнения среди специалистов о влиянии двойных фасадов на теплопотери зданий. Если речь идёт о высотных зданиях с большой внутренней тепловой нагрузкой, оба вида фасадов в зимнее время имеют приблизительно одинаковые показатели. Что же касается летней теплозащиты и затрат энергии на охлаждение, в зданиях со стеклянными двойными фасадами без систем кондиционирования воздуха очень сложно обеспечить приемлемые внутренние климатические параметры. Кроме этого, без применения дополнительных защитных мер (установка горизонтальных и вертикальных переборок) зазор между поверхностями стеклянных двойных фасадов повышает пожароопасность.

Несмотря на недостатки, это решение открывает большие возможности для строительства зданий высоких технологий. Многочисленные примеры сложнейших объектов (в том числе здание «Городские ворота Дюссельдорфа»), проекты которых предусматривают естественное освещение, пассивное использование энергии и др., демонстрируют, что стеклянные двойные фасады могут эффективно решать проблемы с перегревом помещений и повышенными нагрузками на систему охлаждения. Проекты подобного рода объединяет то, что в процессе их создания выполняется большой комплекс предпроектных исследований, в том числе создание аэродинамических стендов и проведение математического компьютерного моделирования. Немаловажны и высока заинтересованность, а также требовательность застройщиков.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЗДАНИЯ «ГОРОДСКИЕ ВОРОТА ДЮССЕЛЬДОРФА»

Двойной вентилируемый проходной фасад с регулируемыми наружными ограждениями.

Повышенная тепло- и солнцезащита наружных ограждений за счёт отличных теплофизических характеристик применяемых материалов и конструкций.

Естественная вентиляция помещений на протяжении продолжительного периода.

Использование панелей, размещённых на потолке, для отопления и охлаждения помещений, отказ от отопительных приборов, размещаемых под окнами из-за снижения потерь теплоты в холодное время года - расчётный расход теплоты на отопление составляет всего 2,87 МВт.

Пониженная до минимально необходимого уровня производительность системы кондиционирования воздуха за счёт снижения теплопоступлений в помещения в тёплое время года и использования естественной вентиляции.

Максимальное использование источников возобновляемой энергии: холода грунтовых вод, теплоты удаляемого воздуха.

Городские ворота Дюссельдорфа

В здании «Городские ворота Дюссельдорфа» (архитектор Overdiek Petzinka & Partner, Германия, 1997) применён вентилируемый стеклянный двойной фасад. Его особенностью является наличие горизонтальных поэтажных открытых проходов по периметру здания и атриуму.
Фасад этого здания может быть охарактеризован как рациональное и экономичное техническое решение, которое при значительной внешней шумовой и ветровой нагрузке позволяет на протяжении длительного периода в течение года осуществлять естественную вентиляцию офисных помещений. Кроме того, такой фасад является важным связующим элементом рабочих помещений и окружающей среды.

Конструкция двойного фасада

Фасад в районе атриума представляет собой обычную застеклённую конструкцию с открывающимися фрамугами, а вся остальная часть здания имеет двойной фасад, разделённый по вертикали поэтажными перекрытиями. Принципиальная конструкция стеклянного двойного фасада приведена на рис. 4. Внешняя часть фасада прежде всего служит для защиты от наружных климатических воздействий в виде дождя и снега.

Помимо этого, в ней расположены отверстия для притока наружного воздуха в вентиляционные короба и удаления отработанного воздуха из них, а также для проветривания промежуточного пространства и естественной вентиляции помещений. Одинарное остекление внешней части фасада создают отражающие стеклянные модули размером 3 × 1,5 м.
Секции внутренней части фасада имеют рамную конструкцию, как правило, с двойным остеклением, что обеспечивает снижение теплопотерь в зимнее время. При помощи поворотных створок рамы могут отклоняться в сторону офисных помещений (открывается каждый второй элемент на оси) с целью естественной вентиляции офисных помещений.

Шанхайский всемирный финансовый центр (Шанхай, Китай)

В промежуточном пространстве фасада размером 1,4 или 0,9 м размещаются вентиляционные короба, которые являются конструктивным элементом перекрытия двойного фасада и выполняют также функцию защиты от воздействия наружного климата. Короба для приточного и удаляемого воздуха монтируются вместе с основными конструкциями фасада на одном поясе с чередованием направления воздушного потока. Отверстия приточного и удаляемого воздуха на фасаде можно видеть как пояса, идущие вдоль здания, на соседних этажах они находятся напротив друг друга. Короба для приточного и удаляемого воздуха монтируются с чередованием направления воздушного потока для предотвращения «коротких замыканий» потоков воздуха (поступления отработанного воздуха в приточное отверстие вышележащего этажа). Внутри каждого вентиляционного короба находится клапан с поворотными створками, предназначенный для регулирования расхода воздуха и при необходимости полного перекрытия прохода воздуха. Отверстия для забора и удаления воздуха закрыты вентиляционными решётками для защиты от атмосферных осадков. Аэродинамическая оптимизация коробов была выполнена на основе моделирования методами вычислительной гидродинамики. При этом преследовалась цель создания равномерного потока воздуха и обеспечения низкого уровня шума.

Внутри двойного фасада располагаются также регулируемые устройства солнцезащиты, которые способствуют сокращению теплопоступлений от солнечной радиации в помещения и, как следствие, снижению расхода холода в системе кондиционирования воздуха в тёплое время года. В холодное время они играют роль экрана, уменьшающего поток теплового излучения в ночные часы из помещений наружу, что уменьшает энергопотребление.

Защита от шума

Частой причиной использования установок кондиционирования воздуха в здании, размещённом в городе, является повышенный уровень внешнего шума при открытых окнах. Уровень звукового давления в районе размещения «Городских ворот Дюссельдорфа» составляет приблизительно 70-75 дБ(А) и вызывается в первую очередь транспортом. Для обеспечения приемлемой защиты от внешнего шума при открытых оконных створках во внутренней части фасада шумоизоляция должна обеспечить снижение уровня звуковой мощности ориентировочно на 15-20 дБ.

Если принять, что внутренняя часть фасада обеспечивает снижение уровня шума на 5-10 дБ в зависимости от величины открытия створок, то на внешней стороне фасада и во внутреннем пространстве уровень шума должен снижаться на 10 дБ. При этом следует учитывать, что снижение уровня шума во внешней части фасада зависит от степени открытия отверстий для прохода приточного и удаляемого воздуха. Фактически снижение шума во внешней части фасада при открытом воздушном клапане эквивалентно почти 10 дБ(А), а при клапане, открытом на 10 %, - 20 дБ(А). Требования по снижению шума во внутренней части фасада могут быть достигнуты за счёт увеличения звукоизоляции на внешней стороне фасада.

Температурный комфорт

Приведённый коэффициент теплопередачи двойного фасада имеет достаточно низкое значение, равное 1,1 Вт/(м 2 .°C). Кроме того, использование «тепличного» эффекта днём и снижение теплового излучения от наружной поверхности внутреннего остекления двойного фасада в ночное время обеспечивают дополнительную экономию теплоты. Даже в ранние утренние часы при температуре наружного воздуха -10 °C и температуре внутреннего воздуха 21 °C средняя температура внутренней поверхности двойного остекления составляет около 16,5 °C. При тех же температурных условиях в обычных фасадах с окнами, имеющими значение приведённого коэффициента теплопередачи 1,6 Вт/ (м 2 .°C), температура внутренней поверхности остекления составляет 14,5 °C.

Для снижения теплопоступлений в летнее время при использовании двойных фасадов важен не только правильный выбор материалов и конструкции устройств солнцезащиты, но и их расположение во внутреннем пространстве двойного фасада. Регулируемое устройство солнцезащиты должно обдуваться потоком воздуха с боков и снизу, чтобы отводимая избыточная теплота под действием восходящих конвективных потоков «выводилась» вверх, а не проникала во внутренние помещения. Общий коэффициент проникания потока солнечной радиации через конструкцию двойного фасада составил не более 0,1, что подтвердили натурные измерения. Такое значение показателя для фасада с одинарной оболочкой может быть достигнуто только при использовании наружных пластинчатых отражателей.

Manitoba Hydro Place (Виннипег, Канада)

При воздействии на фасад в летнее время прямых солнечных лучей во внутреннем пространстве фасада будет наблюдаться повышение температуры воздуха. Как показывает практика, при неверно выбранных конструктивных параметрах фасада температура воздуха внутреннего пространства может повышаться на 10 °C. Естественная вентиляция помещений здания в таких условиях должна быть значительно ограничена. Снизить температуру воздуха во внутреннем пространстве фасада возможно путём его вентилирования наружным воздухом. При этом должен быть обеспечен расход воздуха, необходимый для снятия перегрева, так что отверстия для притока и удаления воздуха на внешней части фасада должны иметь достаточные размеры для пропускания этого количества воздуха. В проекте «Городские ворота Дюссельдорфа» определено расчётом, что площадь сечения отверстий для прохода приточного и удаляемого воздуха должна составлять 0,15 м 2 на каждый метр периметра фасада.

Было рассчитано, что температура воздуха во внутреннем пространстве фасада на среднем по высоте уровне не должна повышаться более чем на 4-6 °C при максимальном потоке солнечного излучения. Результаты расчётов были подтверждены натурными измерениями в летние месяцы, при этом повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве зафиксировано ближе к нижней, чем к верхней границе указанного диапазона.

Две башни Международного финансового центра (Гонконг, Китай)

Оптимизация движения воздушных потоков в двойном фасаде

Повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве фасада зависит от расхода воздуха, а он в свою очередь - не только от площади отверстий, но и от аэродинамического сопротивления по пути движения воздушных потоков. При этом наибольшее значение имеет гидравлическое сопротивление, определяемое внутренней геометрией вентиляционных коробов. Поэтому прежде всего необходимо стремиться к уменьшению именно этого сопротивления.

Для этого в ходе разработки проекта были проведены многочисленные компьютерные расчёты, целью которых было достижение равномерного потока воздуха в вентиляционных коробах, т. к. даже небольшие углы и кромки могут вызывать завихрения воздушного потока, в значительной степени снижающие расход воздуха. При неблагоприятных условиях это может вызывать шум. Исследования по оптимизации конструкции вентиляционных коробов потребовали значительных затрат времени.
Как и предполагалось, в неоптимизированных в аэродинамическом отношении вентиляционных коробах при моделировании движения воздуха возникали обширные застойные и турбулентные зоны, повышающие аэродинамическое сопротивление и в условиях действия естественных сил уменьшающие расход воздуха.

Для предотвращения таких явлений были сконструированы направляющие пластины, обеспечивающие наилучшие характеристики воздушного потока. Для жалюзи наружных решёток, защищающих от дождя, были выбраны хорошо обтекаемые потоком воздуха узкие профили, создающие незначительное сопротивление в условиях небольшого располагаемого естественного циркуляционного давления. Аэродинамическое сопротивление вентиляционных коробов удалось значительно снизить по сравнению с начальным значением. Оптимизация конструктивных параметров вентиляционных коробов также оказала положительное влияние на повышение температуры воздуха во внутреннем пространстве.

Pearl River Tower (Гуанчжоу, Китай)

Конденсат

На внутренней поверхности внешней части фасада при определённых условиях может образовываться конденсат. Это явление возникает в холодное время года, когда влажный и тёплый воздух из помещений попадает во внутреннее пространство двойного фасада, а температура на внутренней поверхности внешней части фасада становится ниже температуры точки росы. Однако при достаточно интенсивном вентилировании внутреннего пространства фасада наружным воздухом этот конденсат быстро исчезает.

Давление на поверхности двойного фасада

При испытаниях модели здания в аэродинамической трубе определялись давление в атриуме и аэродинамические коэффициенты на поверхности фасадов и крыше. При этом выявилось, что распределение давления на поверхности фасада по горизонтали везде отличается большой неравномерностью, в то время как изменение давления по высоте здания остаётся сравнительно постоянным. Более заметные изменения отмечаются только на верхних этажах (в аттиковом пролёте), для которых из-за их протяжённости по длине и без того необходимо независимое управление воздушными клапанами на фасаде.

Поэтому на фасадах офисных помещений нет необходимости зонирования регулируемых воздушных клапанов по высоте. Угловые зоны прохода внутреннего пространства двойного фасада из-за значительного изменения давления в этих зонах отделены от основного пространства по горизонтали стеклянными перегородками. В середине внутреннего пространства фасада имеется отдельный участок с противопожарной лестничной клеткой, разделяющей проход.
Тем самым становится излишним дополнительное разделение в горизонтальном направлении. Для контроля условий комфорта в офисных помещениях при повышенном давлении ветра на каждой башне проводятся измерения общего перепада давления между внешним фасадом и атриумом. Для этого достаточно четырёх мест измерения в каждой офисной башне.

Вентиляция двойного фасада

В здании «Городские ворота Дюссельдорфа» отдельные элементы двойного фасада установлены по горизонтали в чередующемся порядке - как вентиляционные короба, так и отверстия для приточного или удаляемого воздуха.

Это означает, что в каждом втором модуле производится либо забор, либо удаление воздуха из пространства двойного фасада. Забор наружного воздуха в двойной фасад осуществляется через регулируемые воздушные клапаны, которые устанавливаются системой прямого цифрового управления зданием в соответствии с текущими наружными условиями в одно из трёх положений: «закрыто», «открыто», «защита от дождя».

Если температура наружного воздуха и интенсивность солнечного излучения уменьшаются ниже определённого уровня, воздушные клапаны на внешнем фасаде закрываются.

Оставляют открытыми только небольшие щели для предотвращения выпадения конденсата на поверхности остекления во внутреннем пространстве фасада.

При усилении ветра для обеспечения комфорта воздушные клапаны внешнего фасада вначале устанавливаются в промежуточное положение, а затем полностью закрываются. В случае если ветер достигает интенсивности урагана, воздушные клапаны вновь открываются для снятия статической нагрузки. Наряду с этим пользователь всегда имеет возможность открыть оконные створки внутренней части фасада и проветрить свой офис путём естественной вентиляции. При этом может осуществляться ночное охлаждение отдельных офисов.

Таким образом, реализуется регулирование, предусматривающее простое автоматическое открытие или закрытие воздушных клапанов во внешней части фасада или оконных створок во внутренней части фасада самим пользователем.

Результаты

Были проведены натурные измерения параметров микроклимата. Наряду с температурой и скоростью воздуха измерялись также локальная асимметрия результирующей температуры и распределение температуры воздуха по высоте помещения. Если соответствующие значения параметров превышают допустимые пределы, люди в помещениях чувствуют сильный дискомфорт. Но, как и ожидалось, таких критических условий в здании «Городские ворота Дюссельдорфа» не отмечалось. Все измеренные значения параметров воздуха находились в допустимых пределах, и было показано, что установившие в действительности значения контролируемых параметров являются для людей ещё более благоприятными, чем предсказываемые по результатам моделирования и лабораторных испытаний, проводившихся при менее жёстких предельных значениях. Например, при температуре наружного воздуха меньше 0 °C разность температуры внутреннего воздуха и температуры на внутренней поверхности остекления в помещении составила 1-2 °C. При том что, согласно данным предварительных испытаний и расчётов, эта разность температур должна была составить 3-4 °C. Такие хорошие результаты можно объяснить достаточно низким значением общего приведённого коэффициента теплопередачи (порядка 1 Вт/ (м 2 .°C)) двойного фасада. Это совпадает с оценкой людей, работающих в помещениях здания, которые единодушно заявляют об очень хорошем качестве микроклимата даже в холодные зимние дни.

В проекте «Городские ворота Дюссельдорфа» устройство двойного фасада доказало свою экономическую эффективность. Предполагая, что двойной фасад используется в течение 30 лет и ставка дисконтирования составляет 8 %, получена ежегодная сумма приведённых капитальных затрат и амортизационных отчислений от 53 до 160 евро на 1 м 2 фасада. Кроме того, были учтены дополнительные затраты на поддержание конструкций фасада в исправном состоянии и на очистку, которые составили соответственно от 3 до 8 евро на 1 м 2 в год и 8 евро на 1 м 2 в год при очистке поверхностей фасада, выходящих во внутреннее пространство, два раза в год. Общие годовые затраты составили от 64 до 176 евро на м 2 поверхности фасада.

Затраты на сооружение стеклянного двойного фасада не превысили стоимость высококачественного фасада с одинарной оболочкой, обладающего аналогичными теплофизическими характеристиками. Это обусловлено, с одной стороны, простотой принятых решений и большим объёмом проведённых предварительных работ по оптимизации конструктивных параметров, а с другой, хорошими ценами за работу, которые предложил подрядчик.

Литература

1. Здание биоклиматической архитектуры - «Городские ворота Дюссельдорфа» // АВОК. 2006. № 2, 3.

2. Инженерное оборудование высотных зданий / под ред. М. М. Бродач. 2-е изд., испр. и доп. М.: АВОК-ПРЕСС, 2011.

3. Покорение климата / Б. Кувабара и др. // Здания высоких технологий. 2012. Осень.

4. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.

5. Шилкин Н. В. Возможность естественной вентиляции для высотных зданий // АВОК. 2005. № 1.

6. Шилкин Н. В. Здание высоких технологий // АВОК. 2003. № 7.

7. Gertis K. Стеклянные двойные фасады. Имеют ли смысл, с точки зрения строительной физики, новые разработки фасадов? // АВОК. 2003. № 7, 8; 2004. № 1.

8. Poirazis H. Double Skin Façades for Office Buildings. Lund University, 2004. ●

Марианна Бродач - вице-президент НП «АВОК», профессор МАрхИ, главный редактор журнала «Здания высоких технологий».

Николай Шилкин - канд. техн. наук, профессор МАрхИ.

СТАТЬИ