МАЛОЭТАЖНОЕ И КОТТЕДЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Проектирование зимних садов

Под современным понятием «зимний сад» понимают 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 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 особое, специфическое чувство зрительного контакта с окружающей средой, а городская застройка или прилегающий парк становятся своеобразным элементом интерьера.

Рис.1 Зимний сад (REYNAERS)



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 с вето прозрачной 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. Ряд крупных произ­водителей считают, что применение ПВХ в конструк­ции светопрозрачной кровли является неоправданным, и уступают эту сферу произв­одителям алюминиевых систем. Другие производители 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.
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. 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 (стеклошкеты 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.
В настоящее в время в России применяются светопрозрачные кровли из стекла или поликарбоната.
Поликарбонаты прочны, оптически прозрачны, морозостойки, являются хорошими диэлек­триками. В светопрозрачных конструкциях используются поликарбонаты, как сплошные, так и имеющие ячеистую структуру


При заполнении ячеек между несущими элементам профильной системы стеклопакетами. Разница коэффициентов температурного расширения ПВХ и стекла за счет накопления остаточных деформаций в профиле, находящемся под  нагрузкой, неизбежно приведет к разуплотненинию 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.


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. 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 30° 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 R=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 0С — (-26) 0С. Зная коэффициент температурного расширения поликарбоната, можно рассчитать прогиб кровли, возникающий под воздействием зимнего перепада температур.

Применение полимерных материалов в конструкции свегопрозрачной 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. 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.
Следует отметить, что существуют специальные системы на основе алюминие­вых профилей и уплотнений, позволяющих свободные температурные подвижки по­ликарбоната, предназначенные для устройства навесов над бензоколонками, торго­выми рядами и т.п. При этом, как правило, предполагается арочная форма покрытия, в которой гибкий лист поликарбоната будет работать наиболее эффективно.
Таким образом, наибольшее число проблем, возникающих при проектировании зимних садов, связано с устройством свегопрозрачной кровли, как с точки зрения профильной системы, так и заполнения. Кроме того, на сегодняшний день остаются практически нерешенными 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 заказало монтажа. Можно выделить лишь некоторые минимально необхо­димые основные этапы.


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.);
  • 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;
  • 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.).

УПРАВЛЕНИЕ МИКРОКЛИМАТОМ

Поскольку стеклянная оболочка практически мгновенно передает во внутреннее пространство изменения внешнего климата, - при проектировании зимнего сада принципиально важно включение в него специальных приспособлений и устройств, при помощи которых можно было бы быстро и эффективно выравнивать пиковые климатические нагрузки. К таким устройствам можно отнести мобильные системы солнцезащиты, а также системы автоматики, управляющие микроклиматом.
В зимнее время температура и влажность наружного воздуха не претерпевают резких скачкообразных изменений на протяжении суток. Стабильность параметров микроклимата внутри зимнего сада поддерживается за счет регулирования мощности системы отопления и элементов переменной теплоизоляции (рольставен и жалюзей), закрываемых в ночное время для сбережения дополнительного тепла от солнца, поступающего в помещение зимнего сада в течение светового дня. Основным негативным фактором в зимнее время является возможное падение или повышение влажности внутреннего воздуха, неблагоприятное для людей и провоцирующее возникновение болезней растений.
В летнее время температура наружного воздуха характеризуется высокими амплитудами на протяжении суток.
В жаркий солнечный день внутри зимнего сада возникает накопление солнечного тепла, проникающего через стеклянные стены и кровлю и вызывающего повышение температуры внутри помещения за счет «парникового эффекта».
Для регулирования параметров микроклимата в зимних садах применяются автоматизированные системы, включающие в себя группу устройств, управляемых с единого пульта, программируемого вручную или при помощи компьютера.