Под современным понятием «зимний сад», будем понимать помещение, образованное легкими светопрозрачными конструкциями стен и кровли, пристроенное к зданию, занимающее площадь на его верхних этажах или отдельно стоящее.Помещение зимнего сада может использоваться непосредственно как оранжерея для круглогодичного произрастания для теплолюбивых растений, а также для любых других функций, предусмотренных в жилом или административном здании (помещение для бассейна, тренажерного зала, отдыха, кафе, комната переговоров и др.). При этом, независимо от функционального назначения, в таких помещениях обеспечивается особенное, специфическое чувство зрительного контакта с окружающей средой, а городская застройка или прилегающий парк становятся своеобразным элементом интерьера.
В зависимости от объемов помещения, его размеров, расположения и функционального назначения, а также от пожеланий заказчика, зимние сады могут выполняться как в алюминии, так и в ПВХ. При этом, независимо от варианта исполнения стен, в конструкции светопрозрачной кровли ПВХ используется исключительно в комбинации с мощными стальными элементами(в основном коробчатого сечения), выполняющими роль несущих стропильных конструкций.
В настоящее время у различных производителей профильных систем из ПВХ можно проследить два принципиальных подхода к проектированию зимних садов. Первый
базируется на их сборке из элементов простой оконной системы, дополненной набором различных усилительных, соединительных, поворотных и удлинительных профилей, а также стропильными конструкциями кровли. Второй, более дорогой вариант, предусматривает применение фасадной системы.
При этом, в отличие от навесных фасадов, для зимнего сада, представляющего собой сплошную светопрозрачную тонкостенную оболочку, характерно отсутствие мощных несущих элементов здания (стен, перекрытий, колонн), на которые может быть перераспределена ветровая нагрузка. Наиболее сложный случай представляет вариант отдельно стоящего, либо пристроенного к зданию зимнего сада. В этом случае, помимо нагрузок от ветра, снега и собственного веса остекления следует принимать во внимание и усилия, воздействующие со стороны грунта.
В любом случае,выбор той или иной системы профилей, применяемой для остекления больших поверхностей, должен исходить из необходимости обеспечения пространственной работы всего сооружения в целом.
Следует отметить, что позиция производителей ПВХ-профилей по отношению к зимним садам носит сложный и неоднозначный характер. Многие крупные производители (в частности концерн «VЕКА») считают, что применение ПВХ в конструкции светопрозрачной кровли является неоправданным, и уступают эту сферу производителям алюминиевых систем. Концерны «Rehau» и «Thyssen» имеют специально разработанные системы зимних садов (ПВХ+ алюминий) с проработанными конструктивными элементами кровли.
С точки зрения потребностей рынка, вторая позиция несомненно заслуживает большего понимания. С точки зрения строительного проектирования, нам следует более внимательно присмотреться к первой.
Из всех наружных ограждающих конструкций здания конструкция кровли является наиболее подверженной воздействию избыточной солнечной радиации летом и обледенения зимой. При малых уклонах на кровле скапливается снег, водоотвод с нее становится затрудненным.
Как уже отмечалось в предыдущих главах, светопрозрачные конструкции обладают гораздо более низким термическим сопротивлением по сравнению с глухими участками наружных стен и покрытий. Поэтому теплопотери через светопрозрачную кровлю будут ощутимыми по величине. Как уже отмечалось в главе 4, через остекленные поверхности, расположенные под углом к горизонту, теряется гораздо больше тепла, чем через вертикальное остекление.
Скопление снега на крыше зимнего сада приведет к образованию льда в его нижнем слое за счет подтаивания, вызванного теплопотерями . В связи с этим можно говорить о том, что в суровом российском климате значительного обледенения кровли зимнего сада можно избежать лишь при условии сдувания с нее снега, т.е. при значительных уклонах и максимально гладкой поверхности заполнения, имеющей малую адгезионную способность (стеклопакеты с флоат-стеклом).
Для снижения риска разрушения стеклянной кровли, вызванного скоплением снега, ее термическое сопротивление может быть искусственно занижено от требуемых норм теплотехники. Таким образом, искусственно создается возможность для более интенсивного таяния снега за счет высоких теплопотерь через крышу (особенно во время обильного снегопада), и стекания образующейся воды в водоотводные желоба.
Наглядным примером такого решения могут служить тепличные хозяйства советского периода, в которых крыши теплиц имеют одно стекло, а снег на них полностью растапливается. При этом стены таких «парников» были запроектированы в два стекла. Современным аналогом такого решения может служить зимний сад с двухкамерным стеклопакетом в стенах и однокамерным - в крыше.
В настоящее время в России применяются светопрозрачные кровли из стекла или поликарбоната.
При заполнении ячеек между несущими элементами профильной системы стеклопакетами, разница коэффициентов температурного расширения ПВХ и стекла, за счет накопления остаточных деформаций в профиле, находящемся под нагрузкой, неизбежно приведет к разуплотнению стыков между элементами остекления и профильной системы и появлению протечек. Время наступления подобной ситуации будет определяться такими факторами как:
- уклон кровли;
- качество монтажа (строгое соблюдение проектных размеров и геометрии, а также монтажных допусков в стыках между элементами);
- качество используемых монтажных материалов (уплотнительных лент, герметиков и т.п.);
- химический состав ПВХ, используемого в профильной системе; ' пространственная работа сооружения, схема закрепления узловых точек (жесткая или шарнирная) элементов и их свободная длина.
|
Физические характеристики сплошных листовых поликарбонатов
|
Поликарбонаты - твердые, бесцветные вещества - синтетические полимеры, продукты взаимодействия двухатомных фенолов и производных угольной кислоты. Наиболее распространен поликарбонат, получаемый из дифенилолпропана и фосгена - [С6Н4С(СН3)2С6Н4ОСО-]n. Поликарбонаты прочны, оптически прозрачны, морозостойки, являются хорошими диэлектриками. В светопрозрачных конструкциях используются поликарбонаты, как сплошные, так и имеющие ячеистую структуру.
При использовании в качестве заполнения панелей из поликарбоната, в конструкции кровли оказываются два материала, близких друг к другу по коэффициенту температурного расширения (80 • 10-61/°С у ПВХ и 60 • 10-61/°С у поликарбоната). При этом очевидно, что необходимо стремиться к максимально малым ячейкам между профилями, что в конструкции кровли удается реализовать крайне редко. Как правило, при уклоне кровли свыше 30о применяются листы поликарбоната, длиной более 4 м. Лист, укладываемый по скату кровли, должен иметь возможность свободной подвижки при нагревании-охлаждении во всех четырех направлениях. При этом можно заметить очевидное противоречие, заложенное непосредственно в конструкции профильной системы.
Уплотнители в любой системе предназначены для того, чтобы обеспечить максимально плотную фиксацию стеклопакета в профиле для предотвращения проникновения атмосферной влаги в окно. Лист поликарбоната, зажатый между двумя контурами уплотнения, не может иметь свободные подвижки, за счет возникающего трения. В результате при резких суточных колебаниях температур в жаркие летние дни, поликарбонат, уложенный на крыше зимнего сада, получает периодические выгибы из плоскости, и, при накоплении остаточных напряжений, коробится.
В зимнее время температура на внутренней поверхности кровли из поликарбоната, имеющего ячеистую структуру (термическое сопротивление порядка К= 0.4 - 0.5 м2 °С/ Вт) будет близка к температуре воздуха внутри помещения ( +16 - +18 °С), при этом температура на наружной поверхности будет составлять - 24 °С - (-26) °С. Зная коэффициент температурного расширения поликарбоната, можно рассчитать прогиб кровли, возникающий под воздействием зимнего перепада температур.
Согласно нормам БШ, прогиб панелей светопрозрачной кровли не должен превышать 8 мм. Расчетный прогиб, составивший к примеру 31.5 мм, превышает допустимый почти в четыре раза. Дополнительно отметим, что эта величина получена без учета нагрузки от снега.
Приведенные выше рассуждения говорят о том, что применение полимерных материалов в конструкции светопрозрачной кровли прежде всего связано с проблемами долговечности. Можно говорить о том, что может быть поставлена под сомнение сама вероятность использования поликарбоната как конструктивного материала для сооружений, долговечность которых должна быть максимально приближена к сроку службы основного здания (многоквартирного жилого дома, коттеджа, офиса и т.д.). Коробление и прогибы, вызванные температурными деформациями и снеговой нагрузкой, могут набрать критические значения уже в первый год эксплуатации кровли, что соответственно, приведет к разуплотнению стыков с профильной системой, неравномерному отводу воды и протечкам.
При этом необходимо отметить, что кровельные конструкции из поликарбоната достаточно хорошо работают в условиях, не связанных с неравномерным нагревом их поверхностей: в конструкциях навесов над автозаправочными станциями, торговыми рядами, в кровлях неотапливаемых атриумов, в тепличных сооружениях и т.п. При этом в конструкции кровли применяются специальные системы на основе алюминиевых профилей и соединительных элементов, позволяющих свободные температурные подвижки поликарбоната. При этом, как правило, предполагается арочная форма покрытия, в которой гибкий лист поликарбоната будет работать наиболее эффективно.
Кровля из поликарбоната над атриумом отеля. Средиземноморское побережье
Таким образом, наибольшее число проблем, возникающих при проектировании зимних садов, связано с устройством светопрозрачной кровли, как с точки зрения профильной системы, так и заполнения. Кроме того, на сегодняшний день остаются трудно решаемыми вопросы температурно-влажностного режима и вентиляции. Не могут быть перенесены из технической документации немецких производителей значения снеговых нагрузок в силу существенной разницы климатических условий России и Германии. Поэтому, несмотря на реально высокий спрос, существующий на зимние сады, и уже определенно набранный опыт (в основном отрицательный) по их установке, трудно говорить об окончательной, полностью сформированной методике проектирования, позволяющей безошибочно реализовать весь путь от приема заказа до монтажа. Можно выделить лишь некоторые минимально необходимые основные этапы.
Разрушение внутренней отделки зимнего сада, расположенного на балконе жилого дома в г. Москве. Заполнение кровли - ячеистый поликарбонат с малым уклоном - (около 10°). Наступление аварийной ситуации - первая зима после установки.
При разработке общего архитектурно-конструктивного решения зимнего сада принимаемого на основании расчетов на действие статических нагрузок (ветер, собственный вес остекления, снег), необходимо проработать следующие основные элементы:
- план расстановки стоек, образуемых несущими профилями оконной системы;
- схему фасадов с расстановкой элементов их горизонтального членения (поперечины, внутренние и наружные накладки в стеклопакетах и др.), а также с указанием типа открывания окон и расположения непрозрачных участков (сэндвич-панели и др.)*;
Согласно рекомендациям концерна «Rehau» зимний сад должен иметь 40% открывающихся окон для обеспечения нормального режима вентиляции.
■ план кровли с раскладкой стропильных профилей, а также с указанием открывающихся мансардных окон;
■ характерные разрезы;
■ спецификацию применяемых стеклопакетов с указанием типа стекол, толщин распорных рамок, типа применяемых мастик и технологии их нанесения*, теплотехнических, светотехнических и звукоизоляционных характеристик;
Общее архитектурно-конструктивное решение зимнего сада. Сечения необходимые для проработки.
Как отмечалось выше, в стеклопакетах, применяемых в наклонной кровле, недопустимо использование технологии хот-мелт, поскольку возможно сползание верхних стекол пакета. Необходимо также учитывать характеристики герметиков, применяемых для герметизации сопряжений профильной системы и заполнения с точки зрения устойчивости к воздействию температур и УФ солнечного излучения (табл. 10.2.1.2).
Характеристики герметизирующих материалов
|
N п/п |
Наименование герметика |
Относительное удлинение при разрыве, % |
Долговечность, годы |
Интервал рабочих температурке |
Устойчивость к воздействию УФ излучения |
|
1 |
Полиуретан (однокомпонентный) |
300 - 450 |
Более 20 |
-50 ... + 135 |
Хорошая |
|
2 |
Силикон |
100 - 200 |
Более 20 |
-60 ... + 205 |
Отличная |
|
3 |
Акрил-термополимеры |
15 - 50 |
Более 20 |
Макс. + 85 |
Очень хорошая |
|
4 |
Полисульфид (однокомпонентный) |
200 - 300 |
Более 20 |
-50 ... + 120 |
Очень хорошая |
|
5 |
Бутил каучук |
75 - 125 |
7 - 10 |
-40 ... + 135 |
Средняя |
|
6 |
Акрил латексный |
25 - 60 |
2 -14 |
-30 ... + 100 |
Средняя |
- конструктивные детали сопряжения элементов оконной системы, в которые (при необходимости) могут быть включены элементы других оконных систем, а также нестандартные детали, индивидуально разрабатываемые проектировщиком;
- общестроительные конструктивные элементы и детали (примыкание светопрозрачных конструкций к стенам и кровле существующего здания, конструкция фундаментов и т.п.).
Компания "Сибирь" может предложить Вам:
- Зимние сады, входные вестибюли и холлы
- Светопрозрачные кровли
- Проектирование светопрозрачных конструкций
- Алюминиевые фасады
- Фасадные конструкции