Энергосберегающее стекло — основной элемент современных зданий

«При выведении окон необходимо иметь в виду, чтобы они пропускали света не более и не менее того, что требуется, и чтобы они были не слишком часты и не слишком редки».
Андреа Палладио, «Четыре книги об архитектуре», книга 1, глава 25. 1570 г.

Как видно из приведенного эпиграфа, к окнам проявляли повышенное внимание всегда, с самого зарождения архитектуры. Иногда приводят в изумление проекты древнегреческих или древнеримских зданий с необычайно грамотно организованными световыми проемами. Да и в старых русских зданиях есть чему поучиться современным архитекторам.

Правда, следует отметить, что в те стародавние времена было очень плохо с оконным стеклом, проще сказать, его не было совсем. Сегодня, когда в любом крупном городе на каждом углу стоит стеклянный небоскреб, или полностью остекленный торгово-развлекательный центр, в это трудно поверить. В этой статье СтройПРОФИ сделана попытка ретроспективного анализа того, как появились здания с максимальным использованием стекла на фасадах, а также как сегодня обеспечиваются современные требования по энергосбережению в них.

Пожалуй, первым знаменитым зданием со стеклянными фасадами стал так называемый «Хрустальный дворец» архитектора Джозефа Пакстона в Лондоне. На самом деле по профессии он был садовником и построил довольно много оранжерей по всей Англии. Однако именно он предложил идею этого грандиозного по тем временам сооружения, а также разработал модульные конструкции из металла, которые позволили построить трехэтажное здание площадью более 90 тыс. кв. м менее чем за год.
Завершенное в 1851 г. к Всемирной выставке, здание поразило не только английских обывателей. Дж. Пакстон показал остальным архитекторам, что технологически возможно использовать максимальное количество стекла в достаточно масштабных проектах: 84 тыс. кв. м стекла поставила на строительную площадку английская фирма Chance Brothers (мы не смогли найти данных о судьбе этой компании в дальнейшем). Однако «Хрустальный дворец» недолго простоял в Гайд-парке — консерваторы потребовали привести этот дискуссионный клуб под открытым небом в первоначальный вид. Дворец был разобран, перенесен в другой район Лондона, в публичный парк, и там восстановлен, где и простоял до 1936 г., когда полностью сгорел. Кстати, проблемы с огнем были в этом сооружении и раньше. Небольшой пожар там случился еще в 1866 г., причем ровно за два дня до того, как в этом здании должна была состояться лекция по противопожарной дисциплине.

«Хрустальный дворец» произвел неизгладимое впечатление на современников, и аналогичные сооружения появлялись на последующих всемирных выставках в Нью-Йорке, Мюнхене и Порту. Именно сооружение Джозефа Пакстона дало толчок строительству стеклянных дебаркадеров на многочисленных железнодорожных вокзалах (значительно позже такую конструкцию возвел Шухов на Киевском вокзале), а также пассажей (только вспомните Верхние торговые ряды на Красной площади в Москве — все привыкли говорить «ГУМ») и курортных павильонов. С тех пор на долгие годы, с незначительными перерывами, о которых будет сказано дальше, воцарилась эра «стеклянной архитектуры».
Пожалуй, своего пика на начальном уровне развития стекольной промышленности эта эра достигла в произведениях Вальтера Гропиуса и Миса ван дер Роэ, в основном у второго из названных. Этот архитектор — один из основателей знаменитого течения «Баухаус». После переезда в США в конце 30-х гг. прошлого века он очень активно строил стеклянные небоскребы в Чикаго и Нью-Йорке. Одним из наиболее известных его произведений является нью-йоркский «Сигрэм-билдинг», законченный в 1958 г. По мнению многих, правда, он не является произведением «высокой архитектуры», а больше напоминает гигантский стеклянный чемодан, поставленный «на попа». Но о вкусах не спорят, как известно.

Большинство из читателей видели такие, довольно уродливые, общественные здания с ленточным или сплошным остеклением — они возводились во всех климатических регионах нашей страны. В годы правления Л. И. Брежнева их было понастроено видимо-невидимо (в обиходе их называли «стекляшками» или «аквариумами»). Самым, пожалуй, известным из них является здание института «Гидропроект» на развилке Ленинградского и Волоколамского шоссе в Москве. Несчастные проектировщики падали в обморок летом от жары, а зимой мерзли. Все окна были заклеены листами ватмана и газетами. Вид был, действительно, очень «парадным» — достойным дороги к международному аэропорту (вероятно, именно поэтому на здании постоянно вывешивают огромные рекламные транспаранты).

В Советском Союзе строить подобные здания стали в 60-е гг. прошлого века — именно тогда, когда в Европе и США признали, что они чудовищно неэффективны. Там поняли, что в зданиях со сплошным (или близким к этому) остеклением невозможно (или безумно дорого) создать комфортный режим работы и проживания. Большие площади остекления обеспечивали огромные теплопотери в холодный период года, а также совершенно невыносимые условия в жаркие месяцы, особенно в помещениях, ориентированных на юг и запад. Именно поэтому в большинстве западных стран отказались от «стеклянной архитектуры» и стали строить такие, например, здания, как штаб-квартира ФБР в Вашингтоне. Мы выбрали эту иллюстрацию исключительно из-за громкого названия размещающейся здесь организации. Но таких зданий и в столице США, да и во многих других городах и странах очень много.

Только после того как в конце 70-х — начале 80-х гг. прошлого века были разработаны новые технологии, в частности магнетронное нанесение теплоотражающих покрытий на большеформатные стекла, стало возможным вернуться к полюбившимся многим архитекторам небоскребам с максимальным использованием стекла.
Можно сказать, что после этого технологического прорыва развитие оконных технологий получило новый импульс. За прошедшие 30 лет теплотехнические характеристики стеклопакетов и оконных конструкций улучшились кардинально. Успехи оконных компаний и исследовательских центров позволили перестать говорить, что окно — это «дыра в стене, через которую уходит все тепло» (это цитата из не таких уж и давних советских учебников).

Одним из первых зданий, построенных на новой идеологии — максимальное использование естественного освещения и динамический контроль солнечной радиации, стал проект сэра Норманна Фостера — знаменитый «Гонконг – Шанхай Банк» в Гонконге. Этот архитектор известен тем, что очень активно использует новейшие достижения строительной науки. Вот и в здании этого банка он применил несколько очень интересных идей. В частности, обеспечил естественное освещение атриума по всей его высоте с помощью подвижных отражателей, установленных на всех углах крыши здания. Эти устройства передают свет в помещения через систему специальных световодов, что позволяет обеспечить естественным освещением и офисы, выходящие в атриум. В достаточно экстремальном климате Гонконга использованы только что разработанные солнцезащитные стекла. Предпринята и попытка утилизации солнечной энергии с помощью фотоэлектрических батарей. К сожалению, в то время коэффициент полезного действия этих устройств был невысок.

Следует объяснить, почему мы обратили внимание на максимальное использование как естественного освещения, так и солнечных батарей. В последнее десятилетие много говорится о глобальном потеплении (или, как принято говорить в России, «необратимых изменениях климата»), истощении невозобновляемых источников энергии, катастрофических выбросах углекислого газа, необходимости запрещения ядерной энергетики (так говорят в Японии и западной Европе, в России мнение противоположное).
Работы по созданию новых солнечных батарей ведутся необычайно активно — только в Европе объемы продаж таких устройств растут экспоненциально.

В последние годы стекольными компаниями было разработано много новых и очень эффективных видов стекол: теплоотражающих, солнцезащитных, само-очищающихся, закаленных, упрочненных и мн. др. Разрабатывается и новое поколение стекол с фотоэлектрическим эффектом (есть предположение, что в ближайшее время они появятся на рынке). Новые разработки очень активно уже используются по всему миру. Доказательством тому последние сооружения: от супернебоскребов, зданий с использованием фотоэлектрических панелей и уникальной естественной вентиляцией, до удивительных, просто хулиганских, реконструкций старых построек.
В последние годы большинство высотных зданий, интересных по идее (не уверены, что по исполнению), строится в Китае. Появляются совершенно уникальные здания, например: небоскреб высотой 300 м с нулевым потреблением энергии.

Из стекла можно сегодня делать очень многое. Однако, нельзя забывать об основных ограничениях его использования.

1. Современное флоат-стекло имеет ограниченный размер — 3,21 х 6 м. Размер 3,21 м является абсолютным ограничением (говорят, что он был выбран как максимально возможный для автоперевозок из-за высоты мостов). Размер 6 м — условное ограничение, можно поставлять и большие размеры (до 15 м), но стоимость стекла будет значительно выше.
2. Значительный вес строительного стекла: 1 кв. м стекла толщиной в 1 мм весит 2,5 кг. Соответственно, стеклопакет размером 3 х 6 м, изготовленный по формуле 10.10.3–16–6.6.2, будет весить 1 665 кг.
Не каждый фундамент выдержит!
3. Стекло — достаточно хрупкий материал: не стоит заставлять его работать на изгиб. Имеются специально разработанные стеклянные строительные балки (но это совершенно другая история).
4. У простого стекла достаточно плохие теплотехнические характеристики. Без теплоотражающих покрытий и газозаполненных камер стеклопакеты не являются энергосберегающим продуктом.
5. Неправильно спроектированное остекление очень часто выходит из строя из-за так называемого «термошока», который возникает в случае неравномерного нагрева конструкций.

Еще наши предки знали, что со стеклом нужно обращаться очень аккуратно. Недаром В. И. Даль в своем Толковом словаре Живого Великорусского Языка при объяснении слова «стекло» привел русскую пословицу, которой мы и заканчиваем эту статью: «Стекло да девку береги до изъяну».