Инсоляция зданий – выбор окон с учетом естественного освещения

Принятие закона об отмене старых советских норм СанПин по инсоляции жилых помещений и светопропусканию* может привести к сокращению расстояния между жилыми домами и увеличению их высотности. Поступление солнечного света и естественное освещение в помещениях снизится. Установка современных окон со стандартными энергосберегающими стеклопакетами еще больше усугубляет ситуацию с затемнением помещений и снижением инсоляции. Как окна влияют на светопропускание и инсоляцию зданий, и какую оконную конструкцию выбрать в случае недостатка света, читайте в статье ОКНА МЕДИА.

Россияне все больше уделяют внимание количеству естественного света в помещениях

Основными характеристиками окон часто считают энергоэффективность и звукоизоляцию. На коэффициент естественной освещенности и требования по инсоляции покупатели раньше практически не обращали внимания. За исключением части владельцев недвижимости, у которых деревья затеняют остекление, из-за чего повышаются счета на электроэнергию.

Но ситуация меняется. В современных высотных жилищных комплексах, где дома расположены в непосредственной близости, они закрывают солнечный свет друг от друга. Инсоляция квартиры, расположенной в теневой зоне, проблематична. Не спасает даже увеличение светового проема в современных домах. Тем более никто не задумывается какое использовано стекло, а оно за последние два десятилетия приобрело массу и не всегда при определенных условиях полезных для человека. Это приводит к росту заболеваний и ухудшению самочувствия жителей. Ограничение проникновения солнечного света вынуждает россиян пересмотреть свое отношение к естественному освещению и инсоляции. Люди стали больше ценить комфорт во всех его проявлениях – нужно, чтобы дома было не только тепло и тихо, но еще и светло. Об этом свидетельствуют результаты опроса, проведенного крупным российским застройщиком. Ответственные девелоперы заранее предоставляют покупателям недвижимости карту инсоляции, для понимания степени освещенности квартир. Инсоляция общественных зданий не менее важна для здоровья людей, проводящих в них много времени.

Инсоляция простыми словами - это попадание солнечных лучей в пространство или на поверхность. Нарушение инсоляции приводит к плохому самочувствию, снижению иммунитета.

Фото: инсоляция жилых зданий © oknamedia Уровень поступления солнечного света и излучения в помещение частично можно регулировать с помощью правильного подбора окна и стекла в нем. Рассмотрим выбор детально.

Размеры окна

Через окна больших размеров поступает больше солнечного света в помещение, уровень инсоляции и естественной освещенности выше.

Соотношение прозрачной и непрозрачной частей окна

• Высота профильной системы

Оконный профиль - это непрозрачная часть оконного блока, не пропускающая солнечный свет. В различных профильных системах рама и створка имеют разную высоту. Чем меньше высота профиля рамы и створки, тем больше солнечного света проникает, а уровень естественной инсоляции и освещенности выше.

На рисунке ниже представлены сечения двух профильных систем. Слева комбинация рама-створка окна имеет меньшую высоту – 96 мм. У варианта справа высота комбинации рама-створка 120,5 мм, что на 20% больше.

Фото: сечения окон с разной высотой рамы и створки © oknamedia 

Проведем расчет площади прозрачной части окна, там где видно стекло и инсоляции на примере 1-створчатого окна размерами 1х1 м (1000 х 1000 мм). 

Профиль находится по периметру с 4 сторон стекла. Для расчета площади прозрачной части нужно вычесть из ширины и высоты окна размер комбинации рама-створка с каждой стороны. То есть надо понять площадь поверхности стекла. На рисунке выше синим цветом выделено, где начинается видимая прозрачная часть. 

Ширина видимого стекла:

• Для левого рисунка: 1000-96-96 = 808 мм;
• Для правого рисунка: 1000-120,5-120,5 = 759 мм.

Высота видимого стекла:

• Для левого рисунка: 1000-96-96 = 808 мм;
• Для правого рисунка: 1000-120,5-120,5 = 759 мм.

Ширина и высота прозрачной части стекла правого окна в примере меньше на 49 мм (808 мм – 759 мм = 49 мм). 

Рассчитаем площадь видимой прозрачной составляющей стекла, для удобства переведем размеры из мм в см:

Ширина видимой части стекла:

• Для левого рисунка: 80,8х80,8 = 6 528 см²;
• Для правого рисунка: 75,9х75,9 = 5 760 см².

Площадь прозрачной части стекла, пропускающей свет, у правого окна меньше чем у левого на 768 см² ( 6 528 см² - 5 760 см²= 768 см²) или на 12%. Соответственно, инсоляция и естественное освещение у правого окна также меньше на 12%.

• Открывающееся окно и «глухое»

Площадь прозрачной части стекла «глухого» окна больше, чем в оконном блоке со створкой, оно пропускает больше солнечного света.

На рисунке ниже представлено: 

Слева: глухое остекление - рама + стеклопакет; 

Справа: остекление со створкой - рама + створка + стеклопакет. 

Фото: сечения глухого окна и окна с открыванием © oknamedia 

Слева высота непрозрачного фрагмента окна – 64 мм, справа – 120,5 мм, что почти в 2 раза больше. Размеры прозрачной части рассчитываем как в примере выше: ширина / высота окна - высота непрозрачной части.

Площадь видимого фрагмента стеклопакета в кв.см:

• Для левого рисунка: 87,2х87,2=7 604 см²;
• Для правого рисунка: 75,9х75,9=5 760 см².

Площадь стекла правого окна меньше левого на 1844 см² (7 604 см² - 5 760 см²) или на 24%. Это существенная разница.

Фото: 2-створчатое окно изнутри помещения – открывающееся справа, глухое слева, с разными площадями прозрачных фрагментов © oknamedia Невооруженным глазом на фото выше можно увидеть, что слева площадь стекла больше, чем справа. Створка в окне уменьшает световой проем, а значит светопропускание и уровень инсоляции помещения здания.

Фото: фрагмент двухстворчатого окна снаружи – открывающееся слева, глухое справа с разными площадями прозрачной части © oknamedia 

На фото выше показан увеличенный фрагмент этого же окна. Даже на таком небольшом участке окна отчетливо видно, что прозрачный фрагмент открывающейся части окна меньше, чем у глухой. 

• Импосты, штульп и шпроссы

Из-за дополнительных непрозрачных перегородок в окне перекрывающих стекло - импостов, штульпов, внутренних и наружных шпроссов, в помещение поступает меньше солнечного света. 

4 варианты конструкции окна при равных размерах

Ширина светового проема окон

На рисунке ниже представлен разрез оконного блока по ширине.

Фото: сравнение световых проемов по горизонтали 4 конструкций окна, © oknamedia 

Из этого рисунка можно смодулировать 4 варианта конструкции оконного блока одного габаритного размера и визуально оценить разницу световых проемов этих конструкций:

• двухстворчатое с вертикальным импостом и 2 открывающимися створками. В сечении присутствуют: рама (1), створка (2,3) и импост (4);
• двухстворчатое глухое с вертикальным импостом. В сечении присутствуют: рама (1) и импост (4);
• Одностворчатое со створкой. В сечении присутствуют: рама (1), створка (2);
• Одностворчатое глухое. В сечении присутствуют: рама (1).

Полосами разных цветов представлена ширина светового проема для каждого из 4 модификаций оконного блока. Для 2-створчатых вариантов в оконном блоке по ширине будет 2 световых проема.

Самую большой размер светового проема имеет 1-створчатое глухое окно (синяя полоса), а самый малый у 2-створчатого с импостом и 2 створками (2 красные полосы). 

Высота светового проема окон

Разрез светового проема по высоте для всех вышерассмотренных вариантов конструкций оконного блока выглядит одинаково. Он изображен на рисунке ниже (для удобства расположения рисунка в статье вертикальный срез расположен в горизонтальном положении).

Фото: сравнение световых проемов по вертикали 4 конструкций окна, © oknamedia 

Большую высоту светового проема имеют глухие окна (голубая полоса), а меньшую – окна со створками (оранжевая полоса).

Общая площадь светового проема окон

Учитывая размеры сечения профиля для каждого варианта оконного блока, наибольшая площадь светового проема у 1-створчатого глухого окна, а наименьшая у 2-створчатого с импостом. Двустворчатое без открывания и окно с одной створкой имеют примерно равные световые проемы.

Расчеты показали:

• Площадь самого большого светового проема у одностворчатого глухого окна (синяя и голубая полосы на рисунках) равна: 87,2 х 87,2=7 604 см²;
• Площадь самого малого светового проема (2 красные и оранжевая полосы) равна: 28,2 х 2 х 75,9 = 4 280 см².

Разница площадей светового проема составила 3 324 см² или 44%.

Это большой процент, который существенно влияет на инсоляцию и естественное освещение помещения.

Накладные или внутренние декоративные шпроссы, применяемые для декора также снижают уровень прохождения солнечных лучей. Степень снижения светопропускания и инсоляции зависит от количества и ширины шпроссов.

• Непрозрачное заполнение 

Непрозрачные заполнения, где вместо стекла используется сэндвич-панель или декоративные непрозрачные вставки снижают уровень поступления солнечного света.

• Конструкция прозрачной (стеклянной) части окна 

Площадь прозрачной части занимает наибольшую долю в общей площади окна.

До 2000-х годов в стеклопакетах в основном использовались обычные стекла без покрытий, толщиной 4 мм. Производство в России стекла с напылениями позволило сделать окна более теплыми и солнцезащитными. Тренд на увеличение размеров окон привел к использованию стекла толщиной 6 мм и более. Увеличенная толщина стекла и напыления на нем начали влиять на светопропускание окна и инсоляцию.

Солнцезащитные стекла – солярный фактор

Инсоляция бывает как недостаточной, так и избыточной. Для борьбы с чрезмерной инсоляцией (солнечным облучением) разработаны специальные солнцезащитные селективные стекла с разным уровнем пропускания солнечной энергии. Пропускание солнечной энергии описывается солярным фактором. Не стоит путать этот показатель со светопропусканием.

Какое светопропускание у стекла 

В таблице ниже представлены характеристики солярного фактора различных типов остекления.

Солярный (солнцезащитный) фактор различных типов остекления 

У 2-камерного стеклопакета с солнцезащитным стеклом показатель солнцезащиты на 12% больше.

Разберем влияние остекления на естественное освещение.

Естественное освещение – светопропускание

Современные стеклопакеты в окнах могут пропускать разное количество видимого глазу естественного света. За счет чего это происходит? Большую роль играет коэффициент светопропускания стекла.

Процент светопропускание у каждого вида стекла свой. Светопропускание окна может меняться при различной конструкции стеклопакета и сочетании нескольких стекол.

• Количество стекол в стеклопакете

Чем больше стекол, тем меньше общее светопропускание.

• Толщина стекла

Чем толще используемые стекла в стеклопакете, тем меньше его светопропускание.

• Цвет стекла

Цветные стекла снижают уровень светопропускания.

• Наличие энергосберегающих покрытий 

Сегодня стало нормой использовать в стеклопакетах энергосберегающее стекло с напылением. Все стекла с покрытиями снижают светопропускание .

В таблице представлены характеристики светопропускания различных типов остекления.

Светопропускание различных типов остекления (справочное)

Самые высокие коэффициенты светопропускания и инсоляции имеют обычные стекла без напыления, но они и самые «холодные».

В последнее время широкое распространение получили специальные стекла с комбинированными свойствами энергосбережения и солнцезащиты – мультифункциональные. Они существенно снижают уровни инсоляции и естественного освещения.

Стекла нового поколения – просветленные 

Тренд на панорамное остекление и сплошные стеклянные фасады, привел к широкому распространению стекла нового поколения – просветленного в нейтральных оттенках, а также мультифункционального и энергосберегающего на его основе.

Нейтральный оттенок остекления – индекс цветопередачи

Оттенок остекления оценивается параметром – цветопередача.

Обычное стекло часто имеет зеленоватый, иногда голубой или желтоватый оттенок из-за наличия в составе примесей металлов. Оттенок усиливается при использовании толстого стекла или увеличении числа стеклянных пластин в стеклопакете. Из-за этого стеклянные фасады имеют зеленый цвет и сниженное светопропускание.

Для изготовления инновационного нейтрального стекла Crystalvision применяют специальное, очищенное от железа сырье. Поэтому Crystalvision не имеет оттенков, присущих стандартному флоат-стеклу и классическим осветленным стеклам, а индекс его цветопередачи равен 100%. Все объекты за таким стеклом выглядят реалистично – ярко и естественно. Crystalvision обладает повышенным светопропусканием, поэтому его называют просветленным.

Повышенное светопропускание 

Светопропускание стандартного стекла составляет 88%-90%. У просветленного стекла показатель достигает 92%, оно обладает повышенной инсоляцией. Просветленное стекло с теплосберегающими и солнцезащитными покрытиями позволяет изготавливать стеклопакеты без снижения светопропускания. В застройках с высокой плотностью, где здания закрывают солнечный свет друг другу, продолжительность инсоляции значительно сокращена. Применение просветленного стекла обеспечивает нормальную инсоляцию жилых и общественных зданий.

Новое поколение мультифункциональных стекол

Мультифункциональные стекла, благодаря комбинации "2 в 1" теплосбережения и солнцезащиты, получили широкое распространение. Однако у них, как и у других стекол с напылением, есть недостаток – более низкий, в сравнении с обычным стеклом, уровень светопропускания. Мультифункциональные стекла нового поколения, например, WIN Light (AIG) – для светопрозрачных конструкций стандартных габаритов, не требующих закаливания, и Vision Light (AIG) – для светопрозрачных конструкций фасадов зданий коммерческого назначения и специальных проектов в сфере ИЖС, производятся на основе стандартного флоат-стекла либо просветленного стекла Crystalvision. 

Высокое светопропускание базового просветленного стекла частично компенсирует снижение светопропускания из-за слоев напыления. Таким образом, остекление с просветленным мультифункциональным стеклом будет сохранять тепло, защищать от излишней солнечной радиации и обладать достаточно высоким уровнем светопропускания.

В таблице приведены показатели светопропускания и солярного фактора обычного мультифункционального стекла (MF) и классического осветленного мультифункционального стекла.

Характеристики стеклопакетов со стандартным мультифункциональным стеклом MF и классическим осветленным мультифункциональным стеклом 

Таблица ниже представляет собой обобщенную итоговую сводную таблицу с показателями солярного фактора и светопропускания наиболее востребованных двукамерных стеклопакетов из различных типов стекол и их сочетаний.

Светопропускание и солярный фактор 2-камерных стеклопакетов с различными типами стекол (справочное)

Из таблицы видно, насколько меняются показатели светопропускания и солярного фактора при различных комбинациях стекол.

Как выбрать окна по уровню инсоляции и светопропускания с учетом других важных характеристик окна

В окне есть несколько важных параметров, на которые стоит обратить внимание при выборе материалов. Начнем с естественного освещения и инсоляции. К чему надо стремиться – к максимальной, минимальной инсоляции или какому-то определенному ее уровню. От чего зависит инсоляция? Какое минимально допустимое значение светопропускания стеклопакета?

• Теплозащита и светопропускание

Существует дилемма – увеличение теплозащиты в большинстве случаев ведет к снижению светопропускания и естественного освещения. У стандартных вариантов остекления сопротивление теплопередаче оконного профиля выше, чем у стеклопакета.

Например, сопротивление теплопередаче оконного профиля со стальным армированием с 5 камерами и монтажной глубиной 70 мм составляет 0,76 м^2 °С/Вт. Для 2-камерного стеклопакета из 3 стекол толщиной 36 мм этот показатель равен 0,49 м^{2 °}С/Вт, в 1,5 раза меньше профиля. 

Чем выше доля непрозрачной части такого окна, тем оно теплее. Качественно изготовленный оконный блок со створками и импостами будет теплее, чем глухой. Но чем выше доля непрозрачной части, тем меньше светопропускание. 

Другой вариант улучшения теплозащитных свойств окна – использование низкоэмиссионных и мультифункциональных стекол в стеклопакете. 

Светопропускание однокамерного стеклопакета из 2-х обычных стекол составляет 80%, 2-камерного с обычными стеклами уже 72%, двухкамерного с 1 теплосберегающим стеклом с И-напылением – 66%, а 2-камерного с мультифункциональным и теплосберегающим стеклами – всего 56%, что меньше, чем у самого простого на 16%. Таким образом, улучшая 1 важный параметр, мы ухудшаем другие важные характеристики.

Как же быть?

Решение данной проблемы требует определенного компромисса. Исходя из внешних факторов: географического положения дома, солнечной активности, предпочтений собственника жилья требуется делать упор на теплосбережение либо на светопропускание, или находить баланс между ними.

• Когда важнее теплосбережение

При расположении помещения в холодном регионе или недостаточной мощности системы отопления, которая не позволяет создать комфортный температурный режим, высокая теплозащита окна является приоритетной. 

С каждым годом тарифы на отопление растут и оплата за отопление является самой высокой статьей расходов за коммунальные услуги. Тепловые потери здания через обычные окна доходят до 40%. Это ведет к повышенному потреблению энергоресурсов и росту расходов на их оплату. При этом, использование стеклопакетов с большим количеством стекол с энергосберегающим напылением снижает светопропускание.

Ставя в приоритет сохранение тепла, придется частично пожертвовать уровнем естественного освещения помещения, используя 2 стекла с энергосберегающим напылением или увеличивая количество камер в стеклопакете. Недостаток света в здании компенсируется искусственным освещением, хотя естественный свет и инсоляция для человека жизненно необходимы. 

Решать вопрос со светопропусканием или освещением можно другими способами: 

• Увеличить площадь или количество окон на стадии проектирования дома
• Использовать просветленные стекла
• Поддерживать необходимый уровень освещения в помещениях за счет искусственного освещения.

• Если важнее светопропускание и инсоляция

Когда помещение находится в теплом климате или в зоне недостаточного поступления солнечного света, стоит отдать приоритет светопропусканию. В данном случае можно ограничиться выбором однокамерного стеклопакета с обычными стеклами. Тогда светопропускание будет очень высоким.

• Компромисный вариант - нет ярко выраженного приоритета между теплосбережением и светопропусканием

Совместить приемлемое теплосбережение и светопропускание, можно выбрав компромиссный вариант: 1-камерный стеклопакет с 1 энергосберегающим стеклом или 2-камерный стеклопакет с обычными стеклами.

Использование просветленных стекол

Просветленные стекла позволяют частично решить дилемму между теплосбережением и светопропусканием. Светопропускание у него достигает 92%. Теплосберегающие и мультифункциональные стекла на просветленной основе имеют более высокое светопропускание по сравнению с аналогичными на основе обычного стекла.

• Выбор между безопасностью и светопропусканием

1. Безопасное обслуживание и светопропускание

Глухие окна имеют высокий процент светопропускания, но их мытье небезопасно, особенно если помещение находится на высоких этажах зданий. При мытье приходиться высовываться наружу. В данном случае приоритетом остается безопасность - выбор открывающихся створок, а частью светопропускания придется пожертвовать.

2. Защита от проникновения и светопропускание 

Панорамное остекление в последнее время завоевывает все большую популярность, особенно в частном строительстве. В конструкции дома могут присутствовать целые стеклянные стены. Помещения в таких домах светлые и комфортные за счет большого поступления естественного света. Инсоляция дома отличная, он защищён от плесени и грибка. Но панорамные окна могут привести к проникновению в дом злоумышленников. Современное противоударное и противовзломное остекление позволяет обезопасить жилье от кражи. Многослойное стекло триплекс надежно защитит от несанкционированного проникновения нежданных гостей. Также, если триплекс разобьется, его осколки не разлетятся, а останутся на межстекольном слое – специальной смоле или пленке. Это позволит не допустить травмирования. Триплекс имеет меньшее светопропускание, чем обычное стекло, но большая площадь остекления обеспечит высокий уровень пропускания естественного света.

3. Надежность (долговечность) и светопропускание

Неправильное проектирование тяжелого крупногабаритного остекления: выбор материалов или конфигурации с несоответствующей жесткостью, не подтвержденной статическим расчетом, приводит к деформации конструкции, ее разрушению и/или выпадению, возможности несанкционированного проникновение в жилье, травмам и более серьезным последствиям. 

Деление конструкции на фрагменты или выбор более массивного профиля приведут к снижению инсоляции и светопропускания. Но надежность и долговечность в данном случае являются приоритетными факторами, которыми нельзя пренебрегать. 

Для сохранения уровня светопропускания, лучше изготовить ее из алюминия. Алюминиевый профиль имеет высокую жесткость, обладает широкими конструкционными возможностями и позволит изготовить надежную конструкцию с увеличенными светопропусканием и инсоляцией. Хотя это приведет к удорожанию остекления.

Вывод

Современные окна и стекла оказывают сильное влияние на светопропускание и инсоляцию помещения за счет размеров, количества, конструктива прозрачных и непрозрачных фрагментов. В южных регионах люди сокращают инсоляцию жилых домов, а в средней полосе и за Уралом пытаются повышать ее и светопропускание. 

Отмена норм по инсоляции и светопропусканию приведут к снижению показателей при уплотнении застройки. Для здоровья многих людей снижение уровня инсоляции помещений жилых зданий окажется критичным. Жители для повышения светопропускания начнут обновлять свои стеклопакеты а, возможно, и менять полностью окна из-за малого поступления света и солнечных лучей.