В проектах строительства (или реконструкции) объектов расчеты, 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, аэрации (вентиляции) помещений.
Несмотря на сравнительную простоту конструкции, небольшую долю заполнения в общей площади покрытия дома или здания, световые или противопожарные зенитные 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, снижение (или нивелирование) зависимости от систем электроснабжения. Поэтому зенитному фонарю уделено большое внимание в действующей нормативно-правовой базе страны, причем поддержка проектирования, установки, эксплуатации обеспечивается целевыми профильными СП 363.1325800.2017, МДС 31-8.2002, ГОСТ Р 54850-2011 и др.
Противопожарные зенитные фонари: классификация конструктивных решений
Сравнительно полная классификация конструктивных решений по монтажу зенитных фонарей приведена в СП 363.1325800.2017, но разработчики СП по малопонятной причине формализовали М-, П-, трапециевидные, зубчатые (или шедовые) фонари только с боковым остеклением, 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, можно отнести односкатные и двускатные, шатровые (пирамидальные), вальмовые (с боковыми поверхностями в виде трапеций и треугольников), арочные (в виде сегмента круга), купольные, М-, П-образные, трапециевидные (соответственно с вертикальными, наклонными боковыми поверхностями), а также шедовые (зубчатые) противопожарные зенитные фонари, как разновидность односкатных с большой высотой боковой поверхности.
Влияние формы и размещения конструкций на светопропускающую способность промышленных фонарей учитывается специальным коэффициентом, повышение которого увеличивает коэффициент естественной освещенности помещений. Коэффициент формы для типовых конструкций выбирается по таблице ТСН 23-302-99, 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 поверхностями, до 1.2 у П-образных с вертикальными прозрачными поверхностями, до 1.3 и 1.4 у шедов с наклонными, вертикальным прозрачным заполнением соответственно.
Вне зависимости от формы силового каркаса, места расположения и доли светопрозрачного наполнения в общей площади оболочки к производству фонарей относят конструкции, используемые только для освещения (световые), исключительно для вентиляции (аэрационные), комбинированные. Фонари разного назначения могут отличаться друг от друга материалом каркаса (переплета из профилей), светопрозрачного заполнения, а также типом крепления заполнения к переплету.
Аэрационные и противопожарные зенитные 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 с функцией аэрации предусматривают световой электромеханический привод для открывания, оснащенный средствами автоматики для дистанционного контроля и управления.
Таблица. Варианты материалов и креплений для конструктивных решений по зенитному фонарю.
| Материал переплета | 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 Комбинированное |
Важно: Следует различать силовой каркас (или переплет) к 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 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 фонарям 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 противопожарные зенитные фонари, с повышением избытка тепла до 50 Вт/куб. м к 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 монтажу зенитных фонарей 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 светоаэрационных конструкций
Реальная светопропускающая способность фонаря зависит, как от используемого прозрачного заполнения, так и места объекта размещения объекта на территории конкретной группы по ресурсам 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 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 фонаре
Уровень защиты от потерь тепла конструктивных решений 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 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.
Материалы переплетов в зенитном фонаре
| 1. Колпак вершины пирамиды 2. Профиль полукруглый 3. Декоративная крышка наклонного ригеля 4. Профиль терморазрыва 5. Внешний уплотнитель 6. Внутренний уплотнитель 7. Профиль стойки 8. Винт + декоративная шайба 9. Прижимная планка 10. Стеклопакет |
В конструктивных решениях практически не используют ПВХ профиля из-за их горючести, ограниченной стойкости к УФ излучению, невысоких теплозащитных свойств даже в многокамерных армированных системах и спорной экологической безопасности. Не пользуется популярностью и деревянный брус, который даже после глубокой пропитки антипиренами быстро теряет свои противопожарные свойства при эксплуатации на улице, требует частого, регулярного обновления покрытий и имеет ограниченную теплозащиту.
Условно конкурируют между собой переплеты из нержавеющей стали и алюминиевых сплавов по СП 128.13330.2016, но при модернизации эксплуатируемых крыш или строительстве покрытий со щадящими нагрузками на несущие стены и фундамент предпочтение отдают переплетами из алюминия, имеющим небольшой удельный вес, хороший пакет теплофизических свойств и небольшую цену (в сравнении с нержавеющей сталью). Практически во всех решениях для жилых, коммерческих, муниципальных и производственных объектов используют рамочные комбинированные профиля по ГОСТ 22233-2001, имеющие термоизолирующую камеру для ограничения теплопередачи.
В комбинации с двухкамерными стеклопакетами алюмосплавные переплеты из комбинированного профиля дают возможность получить теплозащитные характеристики фонаря на уровне норм для средней полосы, а после проведения дополнительных мероприятий по энергосбережению даже северных районов России. В то же время путем точечной или ленточной установки фонарей в покрытии в помещениях обеспечиваются нормы освещенности по СП 23-102-2003 и СП 52.13330.2010, требования 123-ФЗ, СП 2.13130.2012 по пожарной безопасности, а также воздухообмена (при оборудовании фонарей приводами для открывания в автоматическом режиме).
