Преимущества зенитных фонарей перед вертикальными боковыми окнами налицо. Это не только в два ― три раза больше естественного света, энергосбережение, прекрасная тепло-, звукоизоляция.
Продолжительный срок эксплуатации легкой изящной конструкции. Созданные в современных заводских условиях, прозрачные купола легко устанавливаются в кровлю самой разной формы.
Проектирование зенитного фонаря
Начинается оно с расчета расположения в зависимости от его функциональной нагрузки. Подробно изучается покрытие здания, особое внимание уделяется местам примыкания к крыше.
Прозрачная конструкция должна быть герметична. В алюминиевую систему часто вставляют вентиляционный люк и/или вытяжное устройство.
Как открывать зенитный фонарь? В крупных торговых павильонах, оранжереях, спортивных комплексах створки оборудованы электрическим приводом.
Можно заказать и ручное открывание горизонтального окна или с помощью винтового механического устройства. Некоторые промышленные и бытовые постройки имеют глухой зенитный фонарь (неоткрывающийся).
На заводе в современную конструкцию вставляются ГОСТовские стеклопакеты с внешними закаленными стеклами и внутренними из триплекса. Внутри алюминиевых профилей нередко планируется электропроводка для монтажа подогрева.
Существует множество видов светопрозрачных и матовых куполов:
- Точечные фонари;
- Ленточные структуры с малым количеством световых проемов, хорошим коэффициентом теплоотдачи;
- Двухскатные по складу кровли, П-образные строения;
- В виде полукруглых, треугольных арок неограниченной длины. Они занимают меньшую площадь, а световой эффект хороший;
- Плоские крыши из поликарбоната или стекла, устойчивые от пожара;
- Предполагаются разные габариты и нестандартные формы, начиная от маленьких стильных «бабочек» на крышах частных строений и заканчивая стеклянными покрытиями огромных площадей. Прозрачными куполами объединяют несколько строений, включая маленькие дворики между ними.
У производителя имеются все инновационные технологии для разработки собственного уникального производства зенитных фонарей, пригодных для российских морозов и снеговых нагрузок.
Принцип установки самостоятельной системы достаточно прост
После разметки выбранного места подготавливается проем крыши под будущую установку. Обязательно крепится предохранительная сетка.
Затем собирается и монтируется по представленной схеме сама металлическая конструкция. После монтажа обрешетки устанавливают стеклопакеты. Окончательно всю конструкцию крепят вместе с декоративными элементами.
Ставятся такие зенитные фонари на любом участке крыши нового или старого дома. При сборке ленточные фонари, например, накладываются на стальные прогоны (швейлеры, квадратные трубы, уголки), на железобетонную основу.
Они часто оборудуются системой для удаления дыма, лишнего тепла, ядовитых испарений, как на больших новых объектах, так и при реконструкции старых зданий.
Материал основания и наполнители подбираются индивидуально, в зависимости от вида кровли, конструктивных составляющих зенитного фонаря, архитектуры и функционального назначения постройки.
Высокие эксплуатационные характеристики и современный дизайн делают зенитные фонари самыми популярными конструкциями при строительстве современных гражданских, промышленных зданий.
В проектах строительства (или реконструкции) объектов расчеты и согласования по зенитному фонарю проводят, как минимум в 4 разделах, что обусловлено ролью этих конструктивных элементов в обеспечении защитных свойств ограждающей оболочки домов, зданий, освещения, а часто и аэрации (вентиляции) помещений.
Несмотря на сравнительную простоту конструкции и небольшую долю заполнения в общей площади покрытия дома или здания, световые или комбинированные светоаэрационные фонари могут решить проблему недостатка естественной освещенности рабочих мест и функциональных зон помещений. В свою очередь с помощью аэрационных (или «дымовых») и светоаэрационных фонарей обеспечивают естественную вентиляцию домов, зданий и выполнение противопожарных требований по дымоудалению в случае пожара на объекте.
Дополнительными бонусами мероприятий по естественному освещению и естественной аэрации помещений становятся сокращение расходов на энергоносители и снижение (или нивелирование) зависимости от систем электроснабжения. Поэтому зенитному фонарю уделено большое внимание в действующей нормативно-правовой базе страны, причем поддержка проектирования, установки и эксплуатации обеспечивается целевыми профильными СП 363.1325800.2017, МДС 31-8.2002, ГОСТ Р 54850-2011 и др.
Классификация конструктивных решений с зенитным фонарем
Сравнительно полная классификация конструктивных решений по зенитному фонарю приведена в СП 363.1325800.2017, но разработчики СП по малопонятной причине формализовали М-, П-, трапециевидные и зубчатые (или шедовые) фонари только с боковым остеклением и глухой верхней плоскостью. В действительности на практике светопрозрачное заполнение может интегрироваться в переплет из профилей с любой стороны, в том числе со всех сторон конструкции за исключением опорного фартука (стакана).
К наиболее популярным формам, используемыми в проектах по зенитному фонарю, можно отнести односкатные и двускатные, шатровые (пирамидальные) и вальмовые (с боковыми поверхностями в виде трапеций и треугольников), арочные (в виде сегмента круга) и купольные, М-, П-образные и трапециевидные (соответственно с вертикальными и наклонными боковыми поверхностями), а также шедовые (зубчатые), как разновидность односкатных с большой высотой боковой поверхности.
Влияние формы и размещения конструкций на светопропускающую способность фонарей учитывается специальным коэффициентом, повышение которого увеличивает коэффициент естественной освещенности помещений. Коэффициент формы для типовых конструкций выбирается по таблице ТСН 23-302-99, и он равен 1 для ленточного остекления (несколько смежных конструкций в одном ряду), повышается до 1.1 при штучном остеклении (с расстоянием между отдельными фонарями), до 1.15 у трапециевидных конструкций с наклонными светопрозрачными поверхностямии, до 1.2 у П-образных с вертикальными прозрачными поверхностями, до 1.3 и 1.4 у шедов с наклонными и вертикальным прозрачным заполнением соответственно.
Вне зависимости от формы силового каркаса, места расположения и доли светопрозрачного наполнения в общей площади оболочки к зенитному фонарю относят конструкции, используемые только для освещения (световые), исключительно для вентиляции (аэрационные) и комбинированные светоаэрационные. Фонари разного назначения могут отличаться друг от друга материалом каркаса (переплета из профилей), светопрозрачного заполнения, а также типом крепления заполнения к переплету.
Аэрационные и светоаэрационные фонари выполняют с открывающимися створками при рамном типе заполнения или с открыванием, в том числе сдвигом по направляющим всей конструкции переплета. Обычно в конструктивных решениях по зенитному фонарю с функцией аэрации предусматривают электромеханический привод для открывания, оснащенный средствами автоматики для дистанционного контроля и управления.
Таблица. Варианты материалов и креплений для конструктивных решений по зенитному фонарю.
Материал светопрозрачного заполнения
Крепление светопрозрачного заполнения к переплету
Алюминиевые профиля по ГОСТ 22233-2001
Стальной прокат из оцинкованной или нержавеющей стали
Профиля из поливинилхлорида по ГОСТ 30673-2013
Клееный деревянный брус по ГОСТ 30972-2002
Комбинированный профиль из деревянного бруса а алюминиевых накладок
Листовое одно- и многослойное стекло, в том числе профилированное
Стеклопакеты с разным заполнением и числом камер
Прозрачные полимерные монолитные и сотовые панели, в том числе профилированные
Мембраны и подушки (многослойные) из этилен-тетрафторэтилена (ЭТФЭ)
Рамное на базе профилей
Безрамное точечное зажимами или спайдерами по периметру
Безрамное прижимными планками по периметру наружное или внутреннее
Безрамное прижимными планками по сторонам
Клеевое по переплету снаружи или изнутри
Важно: Следует различать силовой каркас (или переплет) к зенитному фонарю и опорную конструкцию со стаканом, на которую собственно и устанавливается переплет. Опорная конструкция обычно изготавливается из стали, иногда железобетона по СП 63.13330 и интегрируется в покрытие дома, здания, а при выходе в помещения с подвесными потолками оборудуется специальной светопроводной шахтой с поверхностями, имеющими коэффициент отражения от 0.85. Если к зенитному фонарю с переплетом из алюминиевых сплавов из-за значительных нагрузок разрабатывается опорная конструкция из стали, то еще на этапе проектирования предусматриваются конструктивные и технологические мероприятия по нивелированию рисков электрохимической коррозии, провоцируемой парой металлов с разными потенциалами.
Общие требования к зенитным фонарям
Требования к зенитному фонарю для естественного освещения помещений определяют СП 52.13330.2010, СП 23-102-2003, СП 363.1325800.2017, в части теплозащитной функции СП 50.13330.2012, противопожарных свойств 123-ФЗ, СП 2.13130.2012, а в достаточно полной мере сведены в МДС 31-8.2002.
Согласно действующим нормативно-правовым актам (упрощенно) для объектов с сухим или же нормальным режимом по температуре и влажности, но избытком тепловой энергии до 23 Вт/куб. м достаточно использовать световые фонари, с повышением избытка тепла до 50 Вт/куб. м к зенитному фонарю уже предъявляются требования по обеспечению воздухообмена в помещениях (светоаэрационные), а в случае превышания порога в 50 Вт/куб. м в покрытие дома или здания интегрируют и световые, и светоаэрационные (или аэрационные) фонари.
В целом к любому световому или светоаэрационному зенитному фонарю предъявляются требования по светопропускающей способности, теплоизоляции, воздухо- и водонепроницаемости, пожаростойкости, устойчивости комплектующих к атмосферной эрозии, коррозии, ультрафиолетовому излучению. Кроме того, уделяют большое внимание надежности конструкции и целостности светопрозрачного заполнения, причем СП 363.1325800.2017, как и МДС 31-8.2002 определяют необходимость обеспечения превентивной защиты фонарей со стеклом специальными сетками снизу, если в качестве заполнения не использовано противоударное многослойное или закаленное однослойное стекло толщиной от 8 миллиметров (или со специальным пленочным покрытием).
Светопропускающая способность конструкций с зенитным фонарем
Реальная светопропускающая способность фонаря зависит, как от используемого прозрачного заполнения, так и места объекта размещения объекта на территории конкретной группы по ресурсам светового климата (СП 23-102-2003), степени и высотности застройки в районе, расположения светопрозрачного заполнения конструкции по сторонам света, по углу наклона к горизонтали, степени запыленности региона и регулярности обслуживания фонаря.
При выборе светопрозрачного заполнения к зенитному фонарю отдают предпочтение материалу с большим коэффициентом светопропускания, но с учетом его приведенного сопротивления теплопередаче (Rо) и пожарных характеристик. Так, подушки из двух мембран ЭТФЭ имеют коэффициент светопропускания 0.9, но Ro всего 0.51 м2·°C/Вт и относятся к горючим материалам групп Г3 и Г4. У сотового поликарбоната толщиной 25 мм теплозащитные свойства лучше (Ro до 0.63 м2·°C/Вт), однако он тоже горючий (группы Г2 или Г3 у разных производителей) и имеет коэффициент светопропускания не более 0.4. В то же время стеклопакеты изготавливают из негорючих материалов с Rо на уровне норм московского региона и коэффициентом светопропускания от 0.75 до 0.85 (в зависимости от числа камер, наличия/отсутствия покрытий на стеклах, заполнения камер).
Теплозащита в зенитном фонаре
Уровень защиты от потерь тепла конструктивных решений по зенитному фонарю определяется, как материалами комплектующих (опорного стакана, переплета, заполнения), так типом крепления заполнения к переплету и качеством монтажа всей конструкции.
Наряду с этим, на реальные теплозащитные свойства фонарей с воздушными прослойками в заполнениях оказывает существенное влияние угол наклона прозрачного (или глухого) элемента к горизонтали, по сути, определяющий число и характер конвективных потоков внутри воздушного зазора. Так, при изменении наклона стеклопакета в конструкции от вертикального к горизонтальному происходит «дробление» одного конвективного потока на несколько отдельных, что по факту увеличивает скорость теплообмена и снижает Rо почти на треть. Поэтому в проектах к зенитному фонарю учитывают влияние на конечные теплозащитные свойства, как материалов, узлов, примыканий, так и формы конструкции, согласовывая полученные данные с нормами СП 50.13330.2012 и изменениями, внесенными ПП РФ N 603 весной 2018.
Зенитные фонари – это световые проемы на кровле здания, ничего общего с искусственными источниками света не имеющие. В больших помещениях они представляют собой остекление купольной кровли, а в небольшом частном жилище – одиночное кровельное окно.
Содержание
Остекление может быть различной конфигурации и типа, поэтому легко вписывается в архитектурный ансамбль здания и придает ему некую изюминку не только снаружи, но и изнутри.
Типы фонарей по конфигурации и назначению ↑
По типу зенитные фонари подразделяют на точечные и ленточные. Отдельно стоит выделить купольные конструкции, которые тоже причисляют к точечным.
Доступное точечное освещение ↑
Небольшие световые проемы может позволить себе практически каждый владелец частного дома. Такое остекление подойдет для спальни, кухни, ванной комнаты, зимнего сада, мансарды. Формы могут быть самыми разными: квадрат, круг, прямоугольник, купол, пирамида.
Неудивительно, что нестандартный выбор в первую очередь делает тот, кто хочет сэкономить на электроэнергии для освещения помещения. Кроме того, естественный дневной свет не вредит зрению в отличие от искусственных источников, к тому же, визуально создаётся эффект открытого неба – в помещении будет отражаться состояние погоды – солнечной или пасмурной.
Производители оконных конструкций выпускают готовые кровельные окна – стеклопакеты с контуром уплотнения, защитой от влаги и мостиков холода. Проще всего монтировать стеклопакет на стадии строительства дома.
Классический купол или прозрачная крыша ↑
При изготовлении зенитных фонарей не существует стандартов, что открывает широкие возможности для дизайна и практической стороны вопроса. Купольная застекленная конструкция выглядит, как многогранная или округленная надстройка из стекла, полиэфира, акрила или поликарбоната, которая увенчивает крышу здания.
Размеры здесь зависят от потребности, к примеру, в частном доме конструкция будет меньше, в то время как для торгового центра или бассейна понадобится большая площадь (это может быть несколько точек).
Ленточные конструкции зенитных фонарей ↑
Ленточные зенитные фонари, как на фото ниже, практически не используются для частного домостроения, так как рассчитаны на большие длинные помещения. Такие конструкции чаще всего можно встретить в производственных цехах, ангарах или складах, то есть там, где обычные окна попросту неэффективны из-за слишком большого внутреннего пространства.
Преимущество прозрачной стеклянной ленты на крыше здания перед обычными, пусть даже большими боковыми окнами, очевидно – солнечный свет проникает сверху вне зависимости от времени дня – его не закрывает противоположная часть постройки. Если солнечные лучи, точнее, ультрафиолетовое излучение нежелательно, то можно установить защиту от УФ в виде панелей со специальной плёнкой.
Эффект ощущается также и в проветривании – наверху устанавливают люки по принципу форточек, которые всегда можно открыть в нужное время вручную или автоматически. По законам физики тёплый воздух устремляется вверх и уносит с собой все запахи в атмосферу через открытые проходы. При необходимости там дополнительно устанавливают вытяжные вентиляторы.
Многолетние наблюдения, подтверждённые научными исследованиями, показали, что на предприятиях, где в цехах превалирует естественное освещение, повышается производительность труда, и сотрудники не так часто берут больничный лист.
Учитывая этот фактор плюс снижение затрат на электроэнергию для осветительных приборов, такое решение очень выгодно для работодателя.
Использование для вентиляции и удаления дыма из помещений ↑
Зенитные фонари используют для проветривания помещения и даже для удаления дыма.
Остекление крыши на промышленных предприятиях и в торговых центрах чаще всего предусматривает именно такие задачи. Но это не является стандартом или правилом и рассматривается, как вспомогательная функция, которую можно использовать в частном доме.
В большинстве случаев люки для проветривания открываются с помощью электропривода, а иногда там предусмотрен датчик для автоматической регулировки. Для высоких помещений это чрезвычайно удобно – не приходится специально залезать на крышу, чтобы поднять створку, а потом лезть ещё раз, чтобы её закрыть.
Горячий (тёплый) воздух, поднимаясь вверх вместе с дымом, выходит через открытую створку потолочного окна в атмосферу, после чего створка закрывается оператором или автоматически. Такая функция, предусмотренная на крыше здания, позволяет обходиться без приточно-вытяжной вентиляционной системы, либо использовать такие агрегаты меньшей мощности.
Очень удобны зенитные фонари для дымоудаления с принудительной вентиляцией с точки зрения пожарной безопасности – во время пожара или выделяется угарный газ, опасный для жизни. Здесь понадобятся термодатчики, реагирующие на температуру и задымленность – они подают сигнал на электропривод и створки на крыше автоматически открываются для проветривания.
Монтаж зенитных ленточных и купольных фонарей ↑
Функциональность световых проемов во многом зависит от материала, из которого они изготовлены, полезной площади и способа их монтажа на крыше. Но как бы там ни было, здесь следует учитывать не только потребность в бесплатном дневном освещении и вентиляции, но и в качественном дизайне конструкций.
Материалы для остекления и их свойства ↑
Для остекления необходимы прозрачные или тонированные материалы, которые способны удерживать тепло в помещении:
- монолитные листы поликарбоната или акрила;
- ячеистый поликарбонат;
- полиэфирные плиты;
- стекло, стеклопакеты, триплекс.
Акрил, а также монолитный и ячеистый поликарбонат значительно опережают стекло по прочностным характеристикам, превосходя их в 200-250 раз! Большинство модификаций таких панелей обладают огнестойкостью, что в некоторых случаях может быть решающим при выборе материалов.
Для установки зенитных фонарей на крыше обычно применяют листы с защитой от ультрафиолетового излучения.
Как поликарбонат, так и акрил очень легко формуется, следовательно, они очень удобны при монтаже. Есть у них и ещё одна особенность – из таких панелей можно делать выпуклые (гнутые) поверхности. Но сотовый поликарбонат с наклонными перегородками (треугольное сечение ячеек) используется только для ровных плоскостей.
А вот полиэфирные конструкции, помимо устойчивости к высоким температурам и механической (ударной) прочности, обладают защитными свойствами к ультрафиолетовому излучению без дополнительного покрытия. Но здесь есть серьёзные недостатки, это – неоднородность цвета, приводящая к низкой прозрачности, и высокая стоимость по сравнению с поликарбонатом и акрилом.
В некоторых случаях прозрачность противопоказана и тогда используют полиэфирные плиты.
У стекла можно выделить три основных качества, которые не меняются в течение времени, это:
- Самая высокая прозрачность.
- Сопротивление абразивному воздействию пыли и песка.
- Устойчивость к химической обработке.
Главным недостатком стекла является его хрупкость, но при остеклении стеклопакетами или триплексом этот недостаток в какой-то степени компенсируется. Ещё один минус, это масса, которая требует более прочного основания (рамки) по сравнению с полимерами.
Требования к монтажу зенитных ленточных и купольных фонарей ↑
Для монтажа зенитных фонарей могут быть задействованы практически любые виды кровли:
- профилированный или вальцованный стальной настил;
- керамическая, битумная и металлическая черепица;
- железобетонные плиты или мембраны.
Главное требование – устойчивость и жёсткость конструкции, каковыми в принципе и являются ЖБ-перекрытия и стропильные системы.
Такое остекление делается с разными целями, следовательно, этот фактор следует учитывать ещё при проектировании. Сюда входит площадь отдельных секций и всей конструкции, степень прозрачности материала и его защита от ультрафиолета, необходимость механического или электрического привода.
Хаотичность при монтаже недопустима, так как расположение зенитных фонарей очень хорошо видно снизу, из помещения, значит, конструкция должна иметь правильное расположение и чёткие контуры. Если в здании предусмотрен обогрев, то лучше всего использовать ячеистый поликарбонат или стеклопакеты – такое остекление максимально сохраняет тепло.
Также утепление необходимо для опорных металлических контуров, что обычно достигается при помощи различных теплоизоляционных уплотнителей. При проектировании и установке избегают строго горизонтального расположения секций, делая их наклонными или выпуклыми – такая конфигурация способствует более рациональному распределению светового потока и не задерживает снежный покров.
При проектировании следует учесть возможность образования конденсата, которого быть не должно, следовательно, утепление здесь очень важно.
В расчёт также принимается и высота конструкции – она должна возвышаться над кровлей как минимум на 30 см.
Ошибки и заблуждения некоторых заказчиков ↑
Зенитные фонари в России и странах бывшего СССР встречаются не очень часто, поэтому неудивительно, что заказчики проявляют осторожность и даже некоторое недоверие. И вот наиболее распространённые примеры:
- в зимнее время такая конструкция на крыше бесполезна, так как её почти полностью заносит снегом. На самом деле за счёт наклона или закругления поверхности, которая возвышается на 30-60 см, снежный покров сдувается ветром. Самое главное, чтобы высота снежного покрова не превышала высоту фонаря;
- двускатные или П-образные конструкции надёжнее. Но наиболее эффективной является закругленная, арочная форма, так как, во-первых, она занимает меньшую площадь и, во-вторых, лучше противостоит ветру и с неё быстрее сходят осадки;
- можно использовать дешёвые материалы. В конечном итоге низкая стоимость сказывается на качестве, что со временем может привести к необходимости ремонта. После этого общая стоимость получится больше по сравнению с качественным материалом, который можно было выбрать сразу.
В заключение можно сказать, что зенитные ленточные и купольные фонари для проветривания и/или дневного освещения – это сложные конструкции с технической точки зрения.
Тем не менее, в некоторых ситуациях, это самый лучший и экономный вариант при строительстве здания. Затраты окупаются очень быстро, и это могут подтвердить те, кто уже решился на модернизацию.
