» » Зенитные фонари

Зенитные фонари

19.04.2016

Зенитные фонари наиболее полно удовлетворяют требованиям промышленных зданий с технологическими тепловыделениями, не превышающими 23 Вт/(м2*ч). По сравнению со светоаэрационными они имеют простое конструктивное решение, небольшие размеры в плане и по высоте, исключающие возможность образования больших снеговых отложений на покрытии, отличаются малой массой, индустриальностью в изготовлении и монтаже.
В зависимости от профиля поперечного сечения зенитные фонари могут быть односкатные, двускатные и криволинейные. Угол наклона светопропускающего заполнения не менее 12°. Поиск оптимальных конструктивных решений, их технико-экономический анализ показали, что наиболее рациональной формой поперечного сечения фонарей шириной до 1,5 м является односкатная, а шириной 3 м — двускатная. Зенитные фонари большей ширины устраивать нецелесообразно.
Общие элементы всех видов зенитных фонарей — опорный стакан, светопропускающее заполнение, защитная сетка и фартуки из оцинкованной стали. Опорные стаканы изготовляют обычно из листовой стали толщиной 2—3 мм и холодногнутых профилей, соединенных на сварке или болтах. Для более рационального распределения светового потока боковые грани опорных стаканов часто выполняют наклонными и покрывают эмалями с коэффициентом отражения поверхности не менее 0,7. Высоту опорных стаканов принимают с учетом возвышения светопропускающего заполнения над уровнем кровли не менее чем на 300 мм.
Стенки опорных стаканов утепляют эффективными теплоизоляционными материалами, в качестве которых чаще всего используют минераловатные плиты повышенной жесткости.
Светопропускающее заполнение зенитных фонарей может быть одно-, двух- или трехслойным из листового стекла, стеклопакетов, в виде куполов или сводов, сформованных из листовых полимерных материалов.
Номенклатура точечных и панельных зенитных фонарей с номинальными размерами световых проемов 1,5х1,5, 1,5х3, 3х3, 1,5х6, 3х4 и 3х6 м, разработанная ЦНИИПромзданий, полностью удовлетворяет все потребности промышленного строительства. В России широко используют зенитные фонари со светопропускающими заполнениями из двух- и трехслойных стеклопакетов.
Зенитные фонари размещают над проемами, предусмотренными в железобетонных плитах покрытий или образованными пропусками этих плит, а при применении стального профилированного настила — над ячейками, ограниченными балками и прогонами.
Зенитные фонари

Наиболее широко распространены зенитные фонари со светопропускающим заполнением из двухслойных стеклопакетов (рис. 36), предназначенные в соответствии с СНиП II-3-79 для применения в производственных зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом, строящихся в районах с расчетной температурой наружного воздуха до -30 °С. Зенитные фонари с трехслойным остеклением рекомендуется использовать при расчетной температуре ниже -30 °С. Однако опыт эксплуатации зенитных фонарей с двух- и трехслойным остеклением свидетельствует о том, что в цехах с сухим и нормальным режимами, как правило, не наблюдается образования конденсата на остеклении и при более низких температурах наружного воздуха, что обусловлено условиями воздухообмена в помещении. В связи с этим вопрос требует детального исследования, по результатам которого необходимо внести соответствующие коррективы в нормы строительной теплотехники.
Зенитные фонари с размерами световых проемов 1,5х1,7, 1,5х5,9, 2,9х5,9 м устанавливают в покрытиях из сборных железобетонных плит 1,5X6 м и профилированного стального листа, а фонари со световыми проемами размерами 1,5х1,7 и 2,7х2,7 м используют в железобетонных плитах размерами 3х6, 3х12 и 3х18 м. Фонари с размерами светового проема 2,9х2,9 м рассчитаны на применение в покрытиях из стального профилированного листа, а размерами 2,9х3,9 м — в беспрогонных покрытиях из профилированного стального листа с шагом ферм 4 м.
Светопропускающее заполнение выполнено из двухслойных стеклопакетов толщиной 27 мм, размерами 1420х870, 1460х920, 1520х940, 1560х980, 1560х1450, 1640х1530 мм; или из трехслойных стеклопакетов толщиной 42 мм размерами 1460х920, 1560х980, 1640х1530 мм. Толщина стекол в них принята равной 6 мм, а толщина воздушных прослоек 15 и 12 мм соответственно для изделий из двух и трех стекол. Стеклопакеты опираются на переплеты через прокладки из губчатой озоно-и морозостойкой резины и закреплены нащельниками из гнутых стальных швеллеров или алюминиевых профилей. Зазоры между стеклом и элементами крепления герметизируются тиоколовой мастикой.
Зенитные фонари в основном устраивают глухими, как уже указывалось, из-за трудности обеспечения требуемой герметичности и исключения возможности быстрого загрязнения в процессе эксплуатации. В глухих фонарях могут быть предусмотрены отдельные открывающиеся створки для очистки от загрязнения нижней поверхности остекления. В зенитных фонарях, используемых для вентиляции помещений, открывающиеся створки снабжены специальными механизмами с дистанционным управлением (механическими, пневматическими, электрическими и т. д.). Наиболее прост и безопасен в пожарном отношении пневматический механизм, состоящий из пневмоцилиндра, поршня, фиксаторов и кронштейна, с помощью которого он крепится к опорному стакану. Шток поршня соединен с открывающимся элементом фонаря. При движении его пневмоцилиндр поворачивается относительно горизонтальной оси по траектории подъема открывающегося элемента.
Для удаления дыма и газов из помещения в случае пожара за рубежом используют механизм, оборудованный под-пружинным рычажным устройством, которое срабатывает при разрушении ампулы с расширяющейся жидкостью или другими реагентами.
Открывающиеся зенитные фонари имеют размеры световых проемов 1,5х1,7, 1,5х5,9 и 2,7х2,7 м. В фонари со световым проемом l,5х1,7 м стеклопакет установлен в обрамляющую раму из стальных уголков, которая на шарнирах прикреплена к стенке опорного стакана. Фонарь с размером светового проема 1,5х5,9 м имеет шесть створных элементов, попарно соединенных между собой шарнирами, прикрепленными к продольным стенкам опорного стакана. В двускатном открывающемся фонаре с размером светового проема 2,7х2,7 м предусмотрено два среднеподвесных створных переплета, которые с помощью шарниров соединены с поперечными стенками опорного стакана. Переплеты фонаря выполнены из трубчатых стальных профилей, а створные части их могут поворачиваться на 180° для очистки внутренней поверхности остекления с кровли. Несмотря на ряд конструктивных новинок, опыт изготовления таких фонарей показал, что они требуют дальнейшего совершенствования как с точки зрения повышения жесткости открывающихся створок, так и улучшения их теплотехнических качеств.
При всех достоинствах решения естественного освещения производственных зданий с помощью зенитных фонарей точечного и панельного типов оно не лишено существенного недостатка, обусловленного тем, что при их применении покрытие изрезано большим количеством равномерно расположенных отверстий, которые в значительной мере осложняют как устройство кровли, так и обеспечение ее требуемой эксплуатационной надежности. С этой точки зрения более совершенны конструкции зенитных фонарей ленточного типа.
К ним, в частности, относятся разработанные Киевским Промстройпроектом зенитные светоаэрационные фонари треугольного очертания, имеющие глухую наклонно расположенную панель и вертикальную открывающуюся створку для аэрации.
Длина фонаря 84 м, ширина 1,5 м. Секция длиной 6 м включает две стальные полурамы, наклонную световую панель размерами 2х6 или 2,3х6, продольный прогон с подкосами и два боковых утепленных щита на деревянном каркасе, обшитом асбестоцементными листами.
Вертикальная створка высотой 0,86 м может открываться на угол до 48°. Аэрационная панель остеклена листовым оконным стеклом толщиной 4 мм, а глухая — оконным или профильным стеклом. Стальные полурамы крепят к железобетонным плитам покрытия или к стальным прогонам. Под фонарями предусматривается защитная сетка. Открывание створок осуществляется механизмом реечного типа.
В пролетах 18, 24 и 30 м размещают две ленты фонарей, с расстоянием 6 м. При этом створки располагают навстречу друг другу. Это обеспечивает отношение высоты к расстоянию между фонарями 1:3,5, при котором исключается их задувание. В пролетах 12 м устанавливается одна лента. При этом указанное выше отношение составляет 1:5. Фонари обеспечивают естественную освещенность в пределах 3—5%. Они не рассчитаны на применение в помещениях с большим тепловыделением и не могут заменить П-образные светоаэрационные фонари. Их рационально использовать в тех случаях, когда аэрация по расчету не требуется, но экономически обусловлена сокращением эксплуатационных расходов на вентиляцию.
Зенитные фонари

В практике зарубежного строительства применяют зенитные фонари ленточного типа со светопропускающим заполнением из силикатного стекла, например, треугольные фонари финской фирмы «Икапал ОИ», которые использованы при строительстве грузового комплекса международного аэропорта «Шереметьево», вагоноремонтного депо в г. Тосно под Ленинградом и ряда Других объектов (рис. 37).
Принципиальная конструктивная особенность таких фонарей — использование самонесущих светопропускающих элементов «Витрал», представляющих собой двухслойный стеклопакет с фигурной обрамляющей рамкой из алюминиевого сплава, в которой предусмотрены специальные клапаны, заполненные пыленепроницаемыми фильтрами из стекловолокна для выравнивания внутреннего давления с атмосферным, предотвращения загрязнения внутренних поверхностей и накопления конденсата в прослойке. Такие элементы шириной 600 и 900 мм и длиной 1000, 1250, 1500, 1750 и 2000 мм представляют собой изделия заводского изготовления, которые поставляются на строительство в комплекте с металлоконструкциями, уплотнителями и механизмами открывания. В процессе монтажа элемент «Витрал» опирают по двум сторонам на стакан и коньковую балку. При этом глухие элементы закрепляют уголками, а открывающиеся навешивают на алюминиевые профили, прикрепленные к коньковой балке. Стыки между глухими элементами перекрывают нащельниками путем надвижки их на выступы обрамляющих рамок. Открывающиеся элементы устанавливают с заранее закрепленными на них нащельниками, перекрывающими стык с глухим элементом. Зазоры уплотнены самоклеящимися эластичными прокладками из неопрена. Остекление фонаря может иметь угол наклона от 30 до 60° и должно быть приподнято над кровлей на 250 мм. При использовании элементов «Витрал» из обычных стекол под остеклением фонаря для обеспечения безопасности предусмотрена металлическая сварная сетка с квадратными ячейками размером 50X50 мм, которая может быть исключена при использовании элементов с внутренним армированным стеклом.
В фонарях применена система пневматического открывания светопрозрачных элементов при удалении дыма в случае пожара. В фонарях длиной 12 м устанавливают по три открывающихся элемента с пневмоцилиндрами в чередовании с глухими. Включение пневмосистемы, открывающей створные элементы фонаря, производится автоматически при срабатывании датчиков температуры и вручную. К достоинствам таких треугольных зенитных фонарей относятся небольшая масса светопропускающих элементов, простота их сборки и замены, удобство монтажа, надежность стыковых соединений, унифицированность глухих и открывающихся элементов остекления, обеспечивающая их взаимозаменяемость, высокая атмосферо-стойкость алюминиевых конструкций. При использовании зенитных фонарей ленточного типа упрощается работа по устройству гидроизоляции кровли и ее примыкания к фонарям.
В то же время исследования ЦНИИПромзданий показали, что при применении таких фонарей не достигается требуемый уровень равномерности естественного освещения, поэтому их целесообразно использовать только при совмещенном освещении. Кроме того, если сопротивление теплопередаче элемента «Витрал» составляет 0,33 м2*°С/Вт, то по алюминиевому обрамлению оно в 2,5 раза ниже и не превышает 0,14 м2*°С/Вт. Наличие высокотеплопроводных участков и неравномерность температурного поля в таких элементах ограничивают рациональную область применения зенитных фонарей производствами с сухим режимом и незначительными избытками явной теплоты.
Представляет интерес разработанная в Югославии конструкция треугольного зенитного фонаря ленточного типа со светопропускающим заполнением из швеллерного профильного стекла, установленного в два ряда с наклоном 45°, которая применена на строительстве кожевенного завода в г. Рассказово Тамбовской обл. Несущей конструкцией фонаря является двухскатная стальная рама, выполненная из прокатных профилей толщиной 8 мм. Одна из особенностей конструкции — опорные железобетонные панели специального профиля длиной 6 м, утепленные пенополистиролом, установленные с обеих сторон
светового проема, что повышает индустриальность конструктивного решения. Металлические рамы фонаря прикреплены к ним сваркой через закладные детали. Профильное стекло отечественного производства марки ШП-300 опирается в трех точках: в верхней и нижней части на уголковый профиль, а в средней на промежуточный элемент из гнутого швеллера. В качестве эластичной прокладки использован выпускаемый предприятиями нашей страны профильный нетвердеющий герметик Бутепрол-2 (ТУ 21-29-26-74).
Нижний слой остекления состоит из швеллерных элементов, уложенных полками вверх, а верхний — полками вниз. Стыки между профильными элементами заполнены прозрачным силиконовым герметиком югославского производства. Эластичный герметик обладает высокой адгезией к стеклу и металлу, долговечность его превышает 15 лет.
Торцы профильного стекла закрыты уголковыми элементами. Металлический нащельник (съемный) в коньке фонаря позволяет в случае разрушения профильного стекла произвести его демонтаж и замену. В нижнем обрамляющем уголке рамы предусмотрены дренажные отверстия диаметром 8 мм, что обеспечивает отвод на кровлю влаги из межстекольного пространства в случае протечек в швах наружного слоя или образования конденсата.
Для открывания фонарей предусмотрены вставки с остеклением из армированного стекла в металлическом обрамлении, открывающиеся с помощью пневмоцилиндра. Над некоторыми помещениями фонари имеют третий дополнительный слой, из армированного стекла, размещенный у нижней части опорных панелей.
Обследования показали, что после года эксплуатации фонари находятся в хорошем состоянии, не обнаружено повреждений и протечек, надежно работают механизмы открывания. Использование двухрядного расположения швеллерного стекла в остеклении фонарей позволило повысить теплоизолирующие качества стыковых соединений и обеспечить их водонепроницаемость.
К недостаткам конструкции относятся ее более высокая (на 40%) металлоемкость по сравнению с панельными фонарями, остекленными стеклопакетами, а также относительная многодельность, обусловленная поэлементной раскладкой двух рядов профильного стекла. К тому же для обеспечения надежной работы профильного стекла по неразрезной схеме требуется соблюдение при монтаже точной установки опорных элементов.
Повышению теплотехнических качеств и эксплуатационной надежности зенитных фонарей способствует применению светопропускающих полимерных материалов, которые превосходят силикатное стекло не только по теплоизоляционным характеристикам и сопротивляемости удару, но и по технологичности переработки в изделия больших размеров любой формы. Для их изготовления в настоящее время преимущественно используют термопласты — полиметилметакрилаты (органическое стекло), ПВХ, поликарбонаты, а также реактопластные материалы, к которым относятся полиэфирные стеклопластики. К наиболее распространенным полимерным материалам принадлежит органическое стекло, которое сочетает высокую прозрачность (до 92%) с атмосферостойкостью и долговечностью. Однако оно является горючим материалом, что существенно ограничивает область его применения.
В состав поливинилхлоридов, кроме смол, входят стабилизаторы, красители и др., которые придают им заданные качества. Такие материалы, получившие название винипластов, характеризуются высокой химической стойкостью, самозатухаемостью и технологичностью переработки плоских листов в крупногабаритные изделия любой формы. Несмотря на достаточно широкое применение таких изделий в странах Западной Европы и значительные достижения в области их стабилизации, они уступают органическому стеклу по атмосферостойкости.
Поликарбонаты, обладая хорошими оптическими качествами и устойчивостью к возгоранию (самозатухаемостью), характеризуются также наиболее высокой по сравнению с другими светопропускающими термопластами ударной прочностью и термостабильностью. Вместе с тем по спектральным характеристикам в ультрафиолетовой области спектра (320—380 нм) и атмосферостойкости они значительно уступают органическому стеклу.
Высокие эксплуатационные качества поликарбонатов являются основой расширения их использования для строительных целей. Годовой прирост их мирового потребления, по данным ФРГ, Великобритании, Японии и Италии, составляет в среднем 6%, что значительно выше, чем других светопропускающих пластмасс. В настоящее время интенсивно ведутся работы по модификации поликарбонатов для повышения их атмосферостойкости, а также совершенствования технологичности переработки и снижения стоимости производства.
Полиэфирные стеклопластики относятся к композиционным материалам, состоящим из полимерного связующего (60—70%) и стекловолокнистого наполнителя (30—40%). Их характеризует диффузный характер светопропускания, большая прочность и жесткость, чем у термопластов, что открывает широкие возможности изготовления крупногабаритных тонкостенных светопропускающих элементов. Однако они уступают всем термопластам по атмосферостойкости, несмотря на использование достаточно широкой гаммы стабилизаторов их свойств, а также менее технологичны в производстве изделий сложной формы.
Светопропускающее заполнение зенитных фонарей может быть выполнено из изделий в виде волнистых и гофрированных листов, куполов и других крупногабаритных профилированных элементов. Профилированные листы из оргстекла и винипласта с гофрами, аналогичными асбестоцементным и металлическим листам, применяют в качестве глухих светопропускающих вставок, как правило, в покрытиях неотапливаемых зданий. Для заполнения световых проемов большой ширины используют профилированные листы с кривизной в продольном направлении.
В зенитных фонарях отапливаемых зданий широко применяют изделия в виде куполов из органического стекла и поликарбоната площадью до 10 м2. Реже в таких конструкциях используют купола из стеклопластика.
Размеры двухслойных сварных куполов из органического стекла в отечественных конструкциях зенитных фонарей (рис. 38) 1400х1600 и 1300х1300 мм. В производственных зданиях сельскохозяйственного назначения применяют также купола из полиэфирных стеклопластиков размерами от 1000X1200 до 1000х2900. Аналогичные конструкции зенитных фонарей с различными видами куполов используются и в зарубежном строительстве. Так, в Финляндии выпускаются зенитные фонари «Унитерм» с одно-, двух-, трех- и четырехслойными куполами, особенностью которых является равномерная толщина воздушных прослоек по всей их площади, включая опорные части, что улучшает теплоизоляционные качества куполов и конструкции в целом.
Наряду с точечными фонарями в отечественном и зарубежном строительстве навестны конструкции с плоскими и криволинейными заполнениями, состоящими из секций или профилированных элементов. Наружная поверхность секций может быть гладкой или ребристой. Стыковые соединения таких секций уплотняют герметизирующими прокладками и перекрывают нащельниками.
Зенитные фонари

В новых конструкциях зенитных фонарей со складчатыми светопропускающими элементами, разработанных ЦНИИПромзданий, использование элементов с параллельными складками жесткости позволило увеличить размеры световых проемов зенитных фонарей, исключив промежуточные стыки, снизило трудоемкость монтажа конструкций и теплопотери по сравнению с панельными секционными фонарями, повысило их эксплуатационную надежность.
По аналогии с фонарями со светопропускающим заполнением из силикатного стекла конструкции из полимерных материалов в основном выполняют глухими. Открывание предусматривают обычно в зенитных фонарях точечного типа. Из-за повышенной пожарной опасности область применения фонарей из органического стекла ограничена помещениями, относящимися только к категориям Г и Д.
Расширение производства полимерных светопропускающих листовых материалов, улучшение их эксплуатационных характеристик — важный резерв повышения технического уровня и качества строительства, сокращения сроков и трудовых затрат при возведении зданий.
В зависимости от высоты помещения и типа фонаря на рабочей поверхности может быть обеспечено среднее значение KEO от 1 до 4,7% (см. рис. 35) с высокой равномерностью естественного освещения при точечных и панельных фонарях. При зенитных фонарях треугольного очертания неравномерность естественного освещения превышает требуемое нормами соотношение ecp/emin = 3:1.
Во избежание перегрева помещений в летний период при проектировании зенитного освещения необходимо учитывать теплопоступления от солнечной радиации.
Практика применения зенитных фонарей свидетельствует о том, что они эффективны только в производственных цехах, где отсутствует разветвленная сеть подвесных транспортных галерей, конвейеров и другого технологического оборудования, загораживающего световые проемы, а также в производствах с небольшими пылевыделениями. В этом убеждает опыт использования зенитных фонарей на здании АЗЛК и ряде других объектов, где высокая насыщенность технологического подвесного оборудования и значительное выделение аэрозолей окрасочных составов практически свели к нулю светоактивность конструкций фонарей.