Световые фонари, светопрозрачные панели и покрытия
Фонари верхнего света
СВЕТОВЫЕ ФОНАРИ, СВЕТОПРОЗРАЧНЫЕ ПАНЕЛИ И ПОКРЫТИЯ
Общие сведения. Световые фонари и светопрозрачные покрытия должны иметь: высокую светоактивность и постоянство светового режима, низкую инсоляционную способность, простое конструктивное решение, небольшие теплопотери и эксплуатационные расходы.
Многие промышленные предприятия размещаются в одноэтажных зданиях значительной длины и ширины. Естественное освещение помещений в таких зданиях (а также и в других) может быть обеспечено только с использованием верхнего света. Для этих целей применяют фонари различных видов.
Фонарями называют специальные конструкции в покрытиях зданий, способные пропускать внутрь помещений лучистую энергию видимой части солнечного спектра и предназначенные для естественного освещения и аэрации зданий.
Конструктивное решение и форму фонарей определяют требованиями, предъявляемыми к освещенности и микроклимату в помещениях, а также климатическими условиями района строительства.
Фонари классифицируют:
- по назначению (световые, светоаэрационные, аэрационные);
Таблица 33.3
- по расположению (продольные, поперечные);
- по форме профиля поперечного сечения (прямоугольные, трапециевидные, М-образные, пилообразные, треугольные, многоугольные, сводчатые и др. – рис. 26.66);
Рис. 26.66. Формы поперечных сечений световых и светоаэрационных фонарей: а – прямоугольный; б, в – М-образные; г – трапециевидный; д, е, ж, и – односкатные; з – треугольный; к – сводчатый
- по размерам: точечные (световой проем устраивается в плите покрытия без нарушения основных ее несущих функций), панельные (световой проем образуется путем изъятия одной плиты), ленточные (путем изъятия нескольких плит);
- по возможности открывания (глухие, открывающиеся);
- по направлению света (двухстороннее, одностороннее, зенитное).
Конструкции фонарей должны соответствовать классу зданий по долговечности, быть водо- и воздухонепроницаемыми, обладать соответствующими микроклимату помещений теплоизоляционными характеристиками, не допускать образование конденсата на внутренних поверхностях прозрачного ограждения, быть безопасными в эксплуатации, легко подвергаться очистке и ремонту, возводиться индустриальными методами. Фонари должны обеспечивать требуемую освещенность помещений.
Светоактивность фонарей и светопрозрачных панелей и покрытий в основном зависит от их размеров, конструкций и угла наклона остекления. Геометрические размеры светопроемов определяют на основе точных или приближенных расчетов, методика которых приведена ранее [2, с. 180].
В результате проведенных исследований установлены необходимые соотношения между пролетом здания и шириной фонаря, шириной и высотой фонаря, высотой от горизонтальной рабочей поверхности до нижнего края светового проема и расстоянием между осями смежных фонарей, и, наконец, между расстоянием остекленных поверхностей смежных фонарей и высотой фонаря (рис. 35.1). Эти соотношения приводятся в табл. 35.1. На рис. 35.2 показан характер образования сугробов между фонарями при различном поперечном их очертании. Наклонное и вертикальное положение остекленных поверхностей фонаря способствует образованию сугробов, причем в последнем случае может быть закрыто снегом до 60-70% остекленных поверхностей фонарей. Поэтому в районах с большими снегопадами наиболее экономично применять зенитные фонари куполообразного профиля и плоские светопрозрачные панели или покрытия, с которых ветер будет сдувать снег.
Рис. 35.1. Взаимосвязь размеров фонаря с размерами здания (табл. 35.1)
ТАБЛИЦА 35.1
ВЗАИМОСВЯЗЬ основНЫХ РАЗМЕРОВ СВЕТОВЫХ ФОНАРЕЙ И РАССТояниями между ФОНАРЯМИ ОТ ГАБАРИТОВ ЗДАНия
| Фонарь | Соотношение | |||
| Между шириной фонаря lф и пролетом здания L | Между осями смежных фонарей С и высотой h от горизонтальной рабочей поверхности до нижнего края светового проема | Между остеклением фонарей b и высотой фонаря Нф | Между высотой фонаря Нф и шириной lф | |
| Прямоугольный (с двусторонним рас положением остекления) | lф = (0,4-0,6) L | С не более 4h | b – не менее 1;5  где  – высоты смежных фонарей |  , но не более 5 |
| Трапецеидальный (с двусторонним расположением остекления) |  = (0,4 – 0,6) l, где – средняя линия трапеции фонаря | С не более 2h | b – не менее | - |
| Зенитный | - | С не более 2,5h | b – не менее | - |
Рис. 35.2. Световые фонари: а – образование снежных заносов у фонарей различного профиля; б – проникновение прямых солнечных лучей через фонарь в здание; в, г – защитные мероприятия от инсоляции: 1 – снежные заносы; 2 – специальное светорассеивающее покрытие; 3 – светорассеивающие элементы
Системы верхнего освещения, имеющие большую светоактивность, способствуют прониканию в рабочую зону помещений прямых солнечных лучей. До последнего времени защита рабочей зоны производственных помещений от инсоляции достигалась путем применения фонарей с вертикальным остеклением и с ориентацией остекленных поверхностей односторонних фонарей на север (рис. 35.2, б). В последнее время защиту рабочей зоны от инсоляции осуществляют применением светопрозрачных материалов, не пропускающих прямых солнечных лучей, устройством светорассеивающих покрытий и солнцезащитных элементов.
На рис. 35.2, в показана схема прямоугольного зенитного фонаря, исключающего возможность попадания прямых солнечных лучей в помещение. Двойной ассимметричный купол выполнен из прозрачного бесцветного органического стекла. Купол очерчен двумя параболами, одна из которых сильно выпуклая, а другая пологая. Расположение парабол наружного и внутреннего куполов диаметрально противоположно. Выпуклые участки куполов покрывают светорассеивающим составом. При расположении купола по меридиану прямые солнечные лучи не могут проникать через выпуклые участки, а от полого лучи будут отражаться из-за малого угла падения. Рассеянный свет северной части небосвода будет свободно проникать в помещение. Такая конструкция купола получила название Селекталюкс. Она применяется при строительстве промышленных объектов в ФРГ.
Другой тип зенитных фонарей с использованием солнцезащитных элементов, получивший название Рефлекталюкса (также разработан в ФРГ), характерен тем, что на световой купол из органического стекла на летний период надевают дополнительный полукупол из специального молочного стекла (рис. 35.2, г). Полукупол ориентируют на южную сторону небосвода в целях отражения и рассеивания прямых солнечных лучей. В зимний период верхнюю полусферу снимают.
На световую активность фонарей, светопрозрачных панелей и покрытий в значительной мере влияет степень загрязнения стекол газами, дымом, а также оседающей пылью. Поэтому следует предусматривать регулярную очистку остекления.
При выборе системы верхнего освещения следует учитывать световой климат местности. Окончательный выбор системы верхнего освещения осуществляют с учетом всех перечисленных факторов и технико-экономического анализа первоначальных и эксплуатационных затрат.
Современные системы верхнего освещения, выполняемые в виде зенитных фонарей, светопрозрачных панелей и покрытий, более экономичны по сравнению с традиционными типами световых фонарей и находят все большее применение в практике промышленного строительства.
В настоящее время наибольшее распространение получили зенитные фонари, наиболее полно удовлетворяющие требованиям современного строительства. Они имеют простое конструктивное решение, небольшие размеры в плане и по высоте, незначительный вес, индустриальны в изготовлении и удобны при монтаже. При устройстве зенитных фонарей световые проемы располагают горизонтально или под небольшим углом и поэтому их световая активность в 2...2,5 раза превышает этот показатель прямоугольных световых и светоаэрационных фонарей. Благодаря универсальности конструктивного решения зенитные фонари можно применять в покрытиях зданий любых видов.
Для освещения помещений высотой от низа несущих конструкций до 6 м рекомендуется применять точечные зенитные фонари с площадью световых проемов до 3 м2. В зданиях с большей высотой помещений следует принимать панельные и ленточные зенитные фонари. Площадь световых проемов зенитных фонарей не должна превышать 15% площади пола помещений.
Зенитные фонари можно устанавливать в покрытиях из железобетонных плит и профилированных стальных листов. В первом случае световые проемы образуют путем устройства специальных отверстий в плитах или делая пропуск плит при их монтаже в покрытии; во втором случае размеры проемов для зенитных фонарей принимают с учетом расположения прогонов и ширины настила. Основание (форма в плане) может быть круглое, квадратное, прямоугольное, в том числе протяженное.
Распространенные размеры зенитных фонарей: ширина – 1,5 и 2,9 м; длина – 1,7; 2,9; 3,9 и 5,9 м.
Общими элементами всех видов зенитных фонарей являются: опорный стакан, светопропускающее заполнение, защитная сетка, фартуки, механизмы открывания (для открывающихся конструкций).
Опорные стаканы изготавливают из листовой стали, холодногнутых и прокатных стальных профилей, а также из железобетона, асбестоцементных листов и других материалов. Опорные стаканы утепляют эффективными теплоизоляционными плитными материалами. Для рационального распределения светового потока боковые грани опорных стаканов рекомендуется выполнять наклонными.
В зависимости от профиля поперечного сечения светопропускающего заполнения зенитные фонари подразделяют на односкатные, двухскатные и криволинейные. Угол наклона остекления в скатных фонарях принимают не менее 12°. Односкатные зенитные фонари могут иметь ширину светового проема не более 1,5 м. При большей ширине светопропускающее заполнение следует устраивать двухскатным.
Светопропускающее заполнение зенитных фонарей может быть двух- и трехслойным; для неотапливаемых зданий – однослойным. Остекление выполняется из стеклопакетов и полимерных материалов (акрил и поликарбонат). Элементы светопропускающего заполнения закрепляют в конструкциях фонарей с помощью упругих прокладок.
На рис. 26.67-26.71 приведены конструкции точечных и панельных зенитных фонарей с различными вариантами светопропускающего заполнения и опорных стаканов.
Рис. 26.67. Зенитный фонарь с куполом из органического стекла: 1 – кровля; 2 – стяжка; 3 – дополнительный слой кровельного материала; 4 – фартук из оцинкованной стали; 5 – деревянная рама; 6 – упругие прокладки; 7 – клеевой шов; 8 – кляммеры; 9,10 – наружный и внутренний слои купола; 11 – шурупы; 12 – стальная рама стакана; 13 – утеплитель; 14 – стакан из стального листа; 15 – цементно-песчаный раствор; 16 – закладная деталь; 17 – пароизоляция
Рис. 26.68. Панельные фонари с двухсторонними (а) и односторонними (б) секциями: 1 – рядовая секция; 2 – стакан; 3 – накладка; 4 – уплотнитель; 5 – кровля; 6 – механизм открывания; 7 – опорная часть; 8 – плита покрытия
Рис. 26.69. Панельный глухой зенитный фонарь с заполнением из стеклопакетов: 1 – опорный стакан; 2 – защитная сетка; 3 – стеклопакет; 4 – профнастил; 5 – гнутый уголок; 6 – фартук; 7 – нащельник; 8 – уплотнитель; 9 – болт; 10 – герметик; 11 – алюминиевый уголок; 12 – пароизоляция; 13 – утеплитель; 14 – гидроизоляция; 15 – винт; 16 – упор
Рис. 26.70. Открывающийся зенитный фонарь с заполнением из стеклопакетов: 1 – опорный контур; 2 – стекпопакет; 3 – шарнир; 4 – накладка; 5 – нащельник; 6 – коньковый нащельник; 7 – переплет; 8 – утеплитель; 9 – упор
Рис. 26.71. Точечный открывающийся зенитный фонарь: 1 - опорный стакан; 2 – стеклопакет; 3 – фартук из асбестоцементных листов; 4 – защитная сетка; 5 – уплотнитель; 6 – гнутый уголок; 7 – прокладка; 8 – крюк; 9 – петля; 10 – зажим
Конструкции фонарей верхнего света в виде двухскатных покрытий, сводов, пирамид, конусов и куполов для общественных зданий зального или атриумного типов проектируют преимущественно на основе системных алюминиевых профилей (рис. 26.72) по типу покрытий.
Рис. 26.72. Фонари верхнего света на основе али филей: а – скатные; б – купольный
Аэрационные и светоаэрационные фонари предназначены для производственных зданий со значительными тепловыделениями, в остальных случаях рекомендуется применять световые зенитные фонари, обладающие большой светоактивностью и теплоизолирующей способностью.
Светоаэрационные фонари разработаны шириной 6 и 12 м с покрытием из профилированного стального настила и из железобетонных плит при шаге стропильных конструкций 6 и 12 м. Фонари располагают по оси пролетов здания (продольное расположение) так, чтобы они своими торцами не доходили на один шаг ферм (балок) до торца или поперечного температурного шва здания. Несущие конструкции фонарей предназначены для зданий со стальными стропильными фермами, имеющих отметку верха фонаря не более 30 м над уровнем земли, и пролетами 18; 24; 30 и 36 м.
Светоаэрационный фонарь представляет собой П-образной формы надстройку на покрытии здания, продольные и торцовые проемы которой заполнены переплетами (рис. 33.13). Несущие конструкции фонаря состоят из фонарных панелей, фонарных рам, панелей торца. Фонарная панель состоит из несущего борта в виде специального гнутого профиля, вертикальных стоек, верхнего и среднего обвязочных швеллеров, к которым подшиваются переплеты. Фонарная рама является поперечным элементом фонаря, устанавливается на стропильную ферму и состоит из верхнего пояса, стоек и раскосов. Панель торца фонаря совмещает функции фонарной рамы и фонарной панели и состоит из стоек, раскосов и верхней обвязки.
Рис. 33.13. Схемы светоаэрационных фонарей: а – шириной 6 м с покрытием из профнастила; б – то же, из железобетонных плит; в – шириной 12 м с покрытием из профнастила с одним ярусом переплетов; г – то же, с двумя ярусами; д – шириной 12 м с покрытием из плит с одним ярусом переплетов; е – то же, с двумя ярусами; 1 – оси узлов стропильных ферм; 2 – верх стропильной фермы
Покрытие фонарей – горизонтальное с наружным неорганизованным водоотводом. Железобетонные плиты покрытия фонаря опираются на консоль стойки фонарной панели, опущенной на 300 мм ниже верхнего пояса фонарной панели.
Таблица 33.3. Классификация фонарей производственных зданий
Переплет состоит из рамы и устройств для крепления стекла. Переплеты имеют верхнюю подвеску и являются взаимозаменяемыми. Открывание и закрывание переплетов фонарей предусматривается с помощью механизмов с дистанционным управлением.
На рис. 33.13 показаны разрезы фонарей шириной 6 и 12 м с одним или двумя ярусами переплетов с покрытиями из стального профилированного настила или железобетонных плит. На рис. 33.14 изображены основные узлы конструкций фонарей и их сопряжение с покрытиями зданий.
Рис. 33.14. Продольный (а) и торцовый (б) фасады и узлы светоаэрационных фонарей
Аэрационные фонари используют в производственных зданиях, характеризующихся большим выделением избыточного тепла и вредных веществ. Такие фонари являются характерным типологическим элементом фасадов большинства «вредных» и «горячих» цехов.
Для обеспечения одновременной работы вытяжных проемов с обеих сторон фонаря чаще всего применяют незадуваемые аэрационные фонари (рис. 33.15). Их кон структивной особенностью являются специальные ветрозащитные панели (щиты), располагаемые на некотором расстоянии от фонаря вдоль их продольных сторон. По форме ветрозащитных щитов их разделяют на три тип,) прямолинейные вертикальные, прямолинейные наклонные и криволинейные.
Рис. 33.15. Схемы незадуваемых аэрационных фонарей: а - системы КТИС; б - системы ПСК-2; в - системы Гипромеза; г - системы Батурина—Бранта; 1 - ветрозащитные панели с нижней подвеской; 2 - направление ветра; 3 - отработанный воздух; 4 - ветрозащитные панели со средней подвеской; 5 - щель для отвода атмосферных осадков; 6 - поворотный клапан; 7 - защитный зонт; 8 - жалюзийная решетка; 9 - остекленные переплеты
Незадуваемые аэрационные фонари работают на вытяжку при любом направлении ветра, так как с подветрен ной их стороны создается отсос (разрежение) благодаря срыву струй ветра с ребер ветрозащитных панелей (щитов).
Наиболее распространенными являются аэрационные фонари системы КТИС (рис. 33.16). Они предназначены для аэрации цехов с круглосуточной работой и со средними значениями избыточных тепловыделений. Высота их аэрационных проемов бывает 1,25; 1,7; 2,4 и 3,4 м.
Рис. 33.16. Незадуваемый аэрационный фонарь системы КТИС: а – схема цеха с расположением фонаря; б – конструкция фонаря; 1 – покрытие; 2 – рама; 3 – верхний пояс фермы; 4 – ось штанги прибора; 5 – покрытие цеха; 6 – ветрозащитная панель
Фонарь имеет стальной каркас, по характеру аналогичный светоаэрационным фонарям. Несущие элементы ограждающей части покрытия – железобетонные плиты, которые в фонарях укладывают по поперечным рамам каркаса с образованием навеса, препятствующего попаданию внутрь здания косо падающего дождя. Покрытие по фонарям системы КТИС может быть утепленным и неутепленным.
Ветрозащитные панели выполняют поворотными, укрепляя на нижней горизонтальной оси. При помощи этих панелей регулируют расход воздуха через фонарь. Ветрозащитные панели изготавливают в виде стальных рам, заполненных асбестоцементными или другими листами. По торцам фонаря устанавливают торцовые ветроотбойные щиты.