Световой фонарь на крыше — что это такое?

В процессе эволюции архитектуры световой фонарь на крыше зданий из эксклюзивного элемента постепенно превратился в распространённую архитектурную форму. Теперь их можно увидеть не только на монументальных сооружениях и памятниках культуры. Зенитные фонари присутствуют в проектах частных домов, коттеджей, торговых и развлекательных центров, в офисных зданиях крупных предприятий. Служат они как украшением, так и выполняют ряд полезных функций, основная из которых — естественное освещение помещений.

Что такое зенитный фонарь?

Зенитный фонарь — это трёхмерная конструкция из светопропускающего материала, установленная на крыше здания. Может быть как в виде отдельного элемента, так и выполнять роль кровли. Физически представляет собой аналог собирающей линзы, через которую солнечный свет в любое время светового дня проникает внутрь здания с одинаковой эффективностью. Ориентация здания относительно сторон света, при этом, принципиального значения не имеет.

Световые фонари применяются не только в проектах зданий. Их способность эффективно пропускать дневной свет с успехом используется при проектировании подземных сооружений, когда классические вертикальные окна применить невозможно. Целые комплексы зенитных фонарей разных видов можно увидеть в подземных переходах, ресторанах, торговых рядах, парковках. Наружная часть таких подземных сооружений — непосредственно конструкция зенитного фонаря — зачастую обустраивается, как элемент архитектуры города.

Ближайшим аналогом рассматриваемого понятия является мансардное окно. От зенитного фонаря оно отличается по определению только тем, что не выступает за пределы плоскости крыши. То есть, мансардное окно — плоское, двумерное. Световой же фонарь — это трёхмерная конструкция, выступающая над плоскостью, в которой установлена. Именно это условие делает его очень эффективным в плане собирания естественного света, и передачи его в помещения.

Функции зенитных фонарей

Световые фонари на кровлях в зависимости от формы и конструкции могут выполнять от одной до нескольких функций:

1. Декоративный элемент архитектуры здания.
2. Эффективное естественное освещение помещений.
3. Естественная вытяжная вентиляция.
4. Удаление дыма при пожаре в здании.
5. Визуальное расширение внутреннего пространства.
6. Единственная альтернатива классическим окнам.
7. Элемент архитектуры города.

Рассмотрим вкратце перечисленные функции — как и за счёт чего они выполняются.

Декоративный элемент архитектуры здания

Декоративная роль зенитного фонаря обычно реализуется за счёт интересной формы конструкции. Например, он может быть спроектирован в вид большого купола или пирамиды, которые первыми бросаются в глаза при внешнем обзоре здания. Известные архитекторы часто используют зенитные фонари, как инструмент «подписи», или как «визитную карточку». Сама же конструкция может быть особенностью проекта, украшением, туристическим объектом, рассчитанным на любителей необычной архитектуры.

Естественное освещение помещений

Основная функция зенитного фонаря — эффективное освещение одного или нескольких помещений. Его трёхмерная конструкция природным образом способствует наилучшему собиранию солнечного света независимо от времени дня, а также суточного и азимутального положения светила. В отличие от тех же вертикальных окон, которые «смотрят» только в одну сторону, световой фонарь делает это на все 360 градусов.

За счёт купольной формы зенитный фонарь является собирающей линзой, как бы усиливая падающий на него свет. В результате при одной и той же площади остекления сила естественного освещения заметно увеличивается. В некоторых случаях это делается с упором на экономию электроэнергии, в других — для создания уникальных интерьеров, подчёркивания особенностей дизайна и условного зонирования помещения.

Естественная вытяжная вентиляция

За счёт того, что более тёплый воздух стремится вверх, крышное расположение зенитного фонаря природным образом превращает его в очень эффективную вытяжную вентиляцию. Чтобы эта функция была доступной, в конструкции предусматриваются открывающиеся створки.

В продвинутых проектах они оснащаются электронным и даже автоматическим управлением — производительность «вытяжки» регулируется посредством сервоприводов на основании сигналов с датчиков температуры и концентрации углекислого газа.

Аварийное дымоудаление

В случае возгорания на объекте, внутри которого обычно много посетителей, количество выживших сильно зависит от того, насколько эффективно работает система дымоудаления. Поскольку зенитный фонарь является самой верхней точкой помещений, скапливающийся дым более стремительно поднимается вверх и удаляется через открытую створку в атмосферу. Концентрация дымовых газов снижается до безопасной, и создаются более благоприятные для успешной и безопасной эвакуации условия.

Если в зенитный фонарь закладывается эта функция, он оснащается автоматически открывающимися створками с независимым питанием. Управление осуществляется электроникой, принимающей сигналы с датчиков дыма и/или температуры, установленных в помещении.

Расширение внутреннего пространства

Функция работает за счёт визуального обмана человеческого зрения. Помещение кажется тем более просторным, чем лучше оно освещено, и чем больше площадь остекления, через которое видно небо. Аналогичный эффект используется при проектировании распространённой в частном домостроении архитектурной формы, которая называется «второй свет». Усиление этого эффекта достигается увеличением высоты помещения — при визуальном восприятии кажется, что его площадь больше, чем есть на самом деле.

Альтернатива классическому остеклению

Обычные вертикальные окна не всегда можно внедрить в проект в нужном для нормального освещения количестве, либо невозможно применить вовсе. Последнее справедливо для подземных сооружений, где пропустить дневной свет в помещения возможно только через зенитный фонарь. Выручает он архитекторов и в тех случаях, когда классическое вертикальное остекление не вписывается в концепцию здания.

Элемент городской архитектуры

Эту функцию часто выполняют зенитные фонари, обустроенные над подземными сооружениями — переходами, ресторанами и кафе, торговыми площадями. В таких проектах снаружи виден только рассматриваемый элемент, который используется, как часть общей композиции вместе с рядом расположенными зданиями, памятниками и другими типовыми деталями. Вокруг светового фонаря территория облагораживается под площадь или парк для пешеходных прогулок.

В ряде стран есть такие площади, где красуется целая композиция из нескольких зенитных фонарей, являющихся одновременно единственным источником дневного света в расположенных под землёй помещениях.

Виды зенитных фонарей

Зенитные фонари промышленных зданий, торговых комплексов, частных жилых домов принято классифицировать по ряду следующих признаков:

1. Возможность распахивания створки (створок).
2. Форма.
3. Светопропускающий материал.
4. Форма светопропускающего элемента.
5. Огнестойкость.
6. Конструктивное исполнение.
7. Материал рамы опорного контура.

Эти особенности, а также размеры зенитных фонарей на плоской кровле влияют на их вид, функциональность, стоимость проектирования и обустройства. Стоит также отметить, что сложность конструкции и особенности формы существенно влияют на стоимость обслуживания и ремонта световых фонарей.

Возможность распахивания створки

По этому признаку существует три вида зенитных фонарей на крыше:

1. «Глухие» — состоит из одного или нескольких светопропускающих элементов, которые являются единым целым с несущей рамой.
2. С распахивающейся створкой — такие обычно обустраиваются в частных жилых домах и торговых центрах с плоской кровлей. Представляет собой точечный световой фонарь, где вся прозрачная часть может открываться для выполнения функций проветривания или дымоудаления.
3. Комбинированные зенитные фонари — имеют сложную несущую конструкцию с многочисленными отдельными светопропускающими элементами, среди которых только некоторые могут распахиваться, тогда как остальные «глухие».

В тех проектах, где на световые фонари возлагаются функции вытяжной вентиляции и дымоудаления, реализуются распашные створки.

Форма

Самой распространённой формой светового фонаря является купол. Также популярны конструкции в виде пирамид, двускатные, четырёхскатные, ленточные, арочные. Большинство промышленных зенитных фонарей имеют квадратную форму, при этом, светопропускающие элементы имеют выпуклую поверхность, что обусловлено определением этого архитектурного решения.

Светопропускающий материал

Выбор пропускающего свет материала для зенитных фонарей осуществляется в зависимости от формы, размеров, требований к прочности. Конструкция должна выдерживать ветровые и снеговые нагрузки, град, перепады температур. При этом, высокие требования предъявляются к пропускной способности материала, иначе основная функция фонаря выполняться не будет.

Для производства светопропускающих элементов зенитных фонарей применяются материалы:

• обычное стекло — в маленьких фонарях;
• триплекс;
• калёное стекло — хрупкое и тяжёлое, но прочное;
• органическое стекло — лёгкий и недорогой материал;
• монолитный поликарбонат — прочнее обычного стекла в 200 раз;
• ячеистый поликарбонат — легче монолитного, обеспечивает лучшую теплоизоляцию пакета;
• акрил — поскольку легко обрабатывается, применяется для изготовления сложных геометрических форм;
• прозрачные виды поливинилхлорида;
• полиэфиры — используются там, где требуется пожаропрочность и ударопрочность.

В частном домостроении и многих маломасштабных проектах используется акрил и поликарбонат, что обусловлено доступностью этих материалов.

Форма светопропускающего элемента

Геометрия светопропускающих элементов зенитных фонарей зависит от концепции и формы всей конструкции. В простых компактных решениях чаще используются формы квадрата и прямоугольника. В фонарях, выполненных в форме пирамид, удобнее всего использовать треугольники. Купольные конструкции реализуются из пятиугольных светопропускающих элементов. Бывают также и нестандартные решения, в которых детали остекления имеют криволинейные контуры.

Огнестойкость

Требования к огнестойкости светопропускающих элементов световых фонарей определяются в соответствующей нормативной документации и учитываются при проектировании. Когда необходимо изготовить противопожарные конструкции, в качестве материала для остекления используется специальное пожаростойкое стекло. Если здание относится к первой и второй категории, зенитные фонари допускается оснащать светопропускающими элементами из органического стекла и иных полимерных материалов.

Конструктивное исполнение

По этому признаку различают два типа зенитных фонарей:

1. Точечные.
2. Ленточные.

Точечные зенитные фонари визуально напоминают обычное вертикальное окно, за исключением формы светопропускающего элемента. Он по определению должен быть выпуклым или трёхмерным.

Ленточный зенитный фонарь — это решение, которое часто используется при разработке проектов промышленных зданий, торговых комплексов, складских помещений, подземных переходов. Представляет собой протяжную конструкцию, обычно арочной формы, включающее несколько отдельных светопропускающих элементов.

Материал рамы и опорного контура

Несущая часть световых фонарей должна быть прочной и жёсткой. Чаще рамы изготавливаются из алюминиевых или пластиковых профилей. В некоторых случаях для этих целей применяется дерево. Как правило, если зенитный фонарь имеет большие размеры и вес, его несущая часть полностью делается из алюминиевых элементов.

Типовое устройство зенитных фонарей

Световые фонари типовой конструкции состоят из следующих элементов:

1. Несущее основание.
2. Светопропускающее заполнение.
3. Гидроизоляция.
4. Теплоизоляция.
5. Фурнитура.
6. Приводы системы вентиляции или дымоудаления.

Типовое устройство точечного зенитного фонаря показано на рисунке ниже.

Конструктивные особенности зависят от формы, размеров и функциональности проекта.

Область применения

Панельные зенитные фонари, как источник естественного освещения, и как архитектурное украшение, применяется во многих проектах:

• промышленные здания;
• офисы;
• бизнес-центры;
• музеи;
• картинные галереи;
• складские помещения;
• торгово-развлекательные комплексы;
• спортивные арены.

Сравнительно недорогие точечные световые фонари часто используются, как альтернатива мансардным окнам в частных жилых домах. Компактные конструкции применяются там, где от них требуется только одна определённая функция. Например, вентиляционные или противопожарные зенитные фонари.

Преимущества и недостатки

Применение в проектах зенитных фонарей даёт следующие выгоды:

• повышение уровня освещённости помещений;
• экономия электроэнергии;
• визуальное расширение пространства;
• организация производительной естественной вентиляции здания;
• обустройство автоматической системы дымоудаления;
• украшение здания;

В ряде случаев световые фонари обустраиваются, как единственный источник качественного дневного света. Примером могут служить подземные сооружения, где обычные окна установить невозможно. Зенитное освещение часто внедряют в картинных галереях и музеях, где площадь стен выгоднее отдавать под размещение экспонатов.

Недостатки:

• сложность расчётов и проектирования;
• высокие требования к используемым материалам;
• высокая себестоимость конструкции;
• расходы на обслуживание — чистку, регулировку, замену износившихся компонентов.

При желании установить зенитные фонари на уже эксплуатируемой крыше может потребоваться её частичная разборка, что зачастую оказывается затруднительным и затратным делом.

Производители

При выборе зенитных фонарей для частного дома, коттеджа, многоэтажки с плоской кровлей — обратите внимание на продукцию следующих производителей:

• VELUX — известная датская компания, специализирующаяся на изготовлении типовых конструкций для частных домов. В небольшом ассортименте есть промышленные световые фонари. Продукция отличается адаптированностью к нашим условиям эксплуатации, качественным утеплением, современным дизайном.
• CAODURO — итальянский бренд, под которым на рынок выпускаются как точечные, так и ленточные зенитные фонари. Некоторые модели оснащены солнечными панелями, посредством которых обеспечивается автономное питание автоматики.
• LAMILUX — немецкая компания, продукцию которой можно увидеть на таких объектах, как автомобильные павильоны, НПО, технопарки MLP. Отличительная особенность зенитных конструкций этой марки — система быстрого монтажа.
• AWAK — под этим брендом выпускаются польские световые фонари различных конфигураций. Есть модели с электроприводами. Часто встречаются в проектах, где зенитные фонари используются, как часть противопожарной системы.
• ЛЕРОН — отечественный производитель, специализирующийся на производстве арочных и двускатных зенитных фонарей шириной до 6 метров. В линейке есть также компактные точечные конструкции для частных домов. Отличаются приемлемым качеством и низкой ценой на фоне зарубежных аналогов.

На рынке есть и другие бренды, под которыми выпускается обширный ассортимент продукции достойного качества. Например, ZENIT, SCHUCO, INDU LIGHT, АЛАСТРА.

Особенности выполнения монтажных работ и нормативная документация

Установка зенитных фонарей — технически сложное дело, для выполнения которого практически всегда привлекается специальная бригада. Самостоятельный монтаж тоже возможен. Однако, по большей части это относится к небольшим точечным световым окнам, которые монтируются в крыши частных домов. Большие по масштабам проекты — проектируются и обустраиваются продолжительное время, а все работы выполняются командой специалистов, проектировщиков, архитекторов, строителей. Для работ на высоте привлекаются промышленные альпинисты.

При монтаже зенитных фонарей учитываются следующие особенности:

• конструкция, встраиваемая в крышу, должна проектироваться с учётом её несущей способности;
• несущие части и подвижная фурнитура выполняется так, чтобы функциональность не была нарушена из-за температурных колебаний;
• при обустройстве зенитных фонарей предусматривается надёжная гидро- и пароизоляция, а также теплоизоляция;
• между светопропускающими и несущими элементами необходимо устанавливать уплотнительные материалы;
• минимально допустимое расстояние между соседними зенитными фонарями не должно превышать 6 метров;
• уплотнители защищаются от воздействия ультрафиолетового излучения;
• в зенитных фонарях из минерального стекла предусматривается защитная сетка из оцинкованной проволоки, которая нужна для удерживания осколков в случае разрушения остекления.

Нормативная документация

Кроме общих правил монтажа зенитных фонарей специалистами учитываются требования и рекомендации, изложенные в профильной нормативной документации:

• СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.
• ГОСТ Р 54850-2011 Окна мансардные и зенитные фонари. Метод определения сопротивления теплопередачи.
• ГОСТ 22160-76 Купола из органического стекла двуслойные. Технические условия.
• СП 60.13330.2016 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.

Также специалисты руководствуются информацией из МДС 31-8.2002. Документ содержит свод правил и требований относительно проектирования зенитных фонарей, обзор современных конфигураций, применяемых материалов, принципы расчёта.