Вопросы освещения зданий должны прорабатываться заранее – еще на стадии проекта,— считают специалисты «Лаборатории света Бартенбаха» (Bartenbach LichtLabor). И если для россиян фраза «освещение здания» означает, прежде всего, освещение искусственное, то, по мнению сотрудников этой лаборатории, люди должны, по возможности, наслаждаться естественным солнечным светом.
Выступление ведущего специалиста «Лаборатории света Бартенбаха» Андреаса Данлера на Фестивале архитектуры «Зодчество» собрало полный зал. Интерес к разработкам лаборатории был настолько высок, что многие даже стояли в проходах. Редакция журнала «Кровли», пользуясь случаем, подготовила ряд вопросов господину Данлеру, накоторые он, несмотря на плотный график, любезно ответил после своей лекции.
Андреас Данлер и Яна Мазуренко на выставке «Зодчество» в Москве
— Господин Данлер, расскажите, пожалуйста, немного о «Лаборатории света Бартенбаха» и ее истории.
— Лаборатория была создана в 1976 году. С самого начала своей деятельности ее основатель профессор Кристиан Бартенбах работал с естественным освещением, потому что оно дает возможность сэкономить на потреблении электроэнергии (соответственно — повлиять на выбросы СО2 и снизить затраты на эксплуатацию здания) и благотворно влияет на людей. Правильно организованное естественное освещение здания позволяет использовать электрический свет только в темное время суток.
Основная сфера деятельности нашей лаборатории — профессиональное светотехническое проектирование естественного и искусственного освещения, начиная от концептуальной разработки вплоть до осуществления светотехнического надзора за проектом. Результатом слаженной совместной работы наших специалистов в области проектирования, психологии восприятия, моделирования является оптимальное световое решение каждого проекта.
Кристиан Бартенбах
Основатель фирмы — профессор Кристиан Бартенбах, который в 1976 г. открыл «Проектно-конструкторское бюро Кристиана Бартенбаха» (Инсбрук, Австрия), известное сегодня как «Лаборатория света Бартенбаха». Будучи первопроходцем в вопросах комплексного подхода к естественному он является автором многочисленных изобретений в этой области: систем рассеивания солнечных лучей, управления дневным светом, солнцезащиты и др. К. Бартенбах преподает во многих европейских университетах, имеет звание почетного профессора Мюнхенского технического университета и почетного доктора Инсбрукского университета. Мы имеем собственный научно-технический отдел, где наши специалисты занимаются изучением проблем естественного и искусственного освещения зданий. Межотраслевая группа, состоящая из инженеров, техников, физиков и математиков, занимается разработкой и созданием приборов искусственного освещения, систем естественного освещения зданий, проводит исследования в области строительной физики и светотехнические расчеты, осуществляет экспертизы различных объектов. Хочу подчеркнуть, что мы являемся независимым бюро по проектированию и не производим никаких систем, хотя многие наши разработки сейчас внедрены в производство рядом компаний.
В настоящее время, в силу разнообразной деятельности и близости к рынку, мы стали лидером в области проектирования естественного освещения зданий.
Разрабатывая решения для естественного освещения зданий, наиболее важным моментом мы считаем взаимодействие дневного света с архитектурой, способствующее максимальной освещенности помещений при минимальной тепловой нагрузке помещения. Таким образом, мы решаем главную задачу — обеспечиваем оптимальную рентабельность проектного решения в сочетании с наивысшим визуальным и тепловым комфортом.
— В каких странах работает «Лаборатория света Бартенбахa»?
Станция метро в Копенгагене (Дания)
— В основном мы работаем в Германии и других странах Европейского союза (Австрия, Италия). В течение последних 10 лет значительно увеличилось количество международных проектов, среди них такие страны, как США, Египет, Сингапур. Если говорить о Северной Европе, то интересным с точки зрения естественного освещения является наш проект в Копенгагене (Дания), где при проектировании естественного освещения подземных помещений станции метро мы использовали специальные параболические отражатели.
В южных странах, где большое количество солнечных дней, сделать проект естественного освещения нетрудно. В северных регионах все гораздо сложнее – там зимой количество светлых часов в сутках небольшое, много пасмурных дней. Поэтому для этих территорий особенно важно грамотно выполненное проектирование естественного освещения.
— Что представляет собой академия «Лаборатории света Бартенбаха»?
— Кристиан Бартенбах работает в области организации естественного освещения уже более 30 лет, им был накоплен колоссальный опыт, и он решил им поделиться. Академия света Бартенбах была открыта в 2003 году в Альдрансе под Инсбруком при кафедре стоительного факультета Инсбрукского университета имени Леопольда и Франца. Среди ее слушателей – архитекторы, дизайнеры, профессиональные светодизайнеры. Здесь преподаются основы проектирования как искусственного, так и естественного освещения зданий.
Гелиостат, установленный на крыше здания, позволяет перенаправить солнечный свет
внутрь через светопрозрачные проемы
Система перераспределения солнечного
света для стеклянных кровель
Образование, получаемое в Академии, приравнивается к высшему, о чем выдается соответствующий диплом. В настоящее время преподавание в Академии проводится только на немецком языке. Процесс обучения построен на симбиозе теории и практики: с первого курса студенты работают над реальными проектами (по заданию на семестр). Заказчикам это тоже интересно, так как студенты могут предложить неожиданные, оригинальные решения.
— Есть ли у «Лаборатории света Бартенбаха» представительство в России?
— Лаборатория является центром светотехнических инноваций и многолетнего опыта работы в данной области. Поэтому мы считаем разработку проектов освещения непосредственно в Австрии более целесообразной. Благодаря возможностям современной коммуникации мы активно и эффективно сотрудничаем с архитекторами и заказчиками по всему миру, в том числе и с российскими специалистами.
— Как можно грамотно организовать естественное освещение через кровлю здания?
— Отвечая на этот вопрос, я еще раз хочу подчеркнуть, что при проектировании здания необходим комплексный подход. Речь идет не об отдельных элементах, а о целостной системе.
Зачастую оптимальное световое решение проекта достигается в процессе диалога между архитектором и светодизайнером (взаимодополнение). На ранних стадиях проекта есть возможность достичь желанного результата без использования дорогостоящих систем естественного освещения зданий. Позже, когда здание уже построено, остается лишь возможность коррекции светопроемов при помощи дополнительных материальных и технических средств.
Солнцезащитная микрорешетка,
устанавливаемая внутри изолированного
стекла
Важным критерием естественного освещения зданий является достаточное количество дневного света внутри помещения. Кроме того, при разработке подобных проектов мы фокусируем наше внимание на достижении таких задач, как ограничение ослепления, защита от прямых солнечных лучей, перенаправление рассеянного света вглубь помещения, формируя таким образом равномерную освещенность.
Полностью остекленные фасады или крыши, являясь важнейшей частью конструкции здания, определяют потребление энергии, визуальный и тепловой комфорт внутри здания. Для выполненного из стекла фасада характерны неравномерное светораспределение внутри помещения, высокая тепловая нагрузка летом, слепящее действие светопроемов как в ясную, так и в пасмурную погоду. Обеспечить комфорт внутри помещения мы можем, используя перенаправляющие системы естественного освещения зданий.
В процессе разработки подобных проектов были созданы и частично запатентованы многочисленные системы естественного освещения зданий: зеркальные ламели, гелиостаты, разные виды призматических установок и т.д. Основным двигателем в создании и разработке систем естественного освещения послужило выполнение таких требований, как защита от прямых солнечных лучей, коэффициент общего пропускания солнечной энергии, температура поверхностей, уровень потребления энергии и тепловой комфорт.
Поскольку к каждому проекту у нас индивидуальный подход, приведу несколько ярких примеров.
Атриум здания Genzyme Headquarters, Кембридж (США)
При проектировании административного здания Genzyme Headquarters (Кембридж, США) мы использовали освещение, проникающее как сквозь фасады, так и сквозь стеклянный атриум. На крыше этого здания размещены три призменные гелиостатические установки со светоотражающей поверхностью, которые направляют лучи солнца вниз, на атриум. Передвижные призменные системы, следуя за солнечной орбитой, находятся постоянно в оптимальном положении. Они отражают прямые солнечные лучи, удерживая при этом теплоизлучение солнца вне внутреннего пространства сооружения и в то же время пропускают в него максимальное количество рассеянного дневного света.
Через стеклянную крышу атриума свет проникает вниз через все 13 этажей. В целях беспрепятственной транспортировки света вниз стены обращенных к атриуму этажей облицованы анодированным алюминием с высокими светоотражающими свойствами (> 90 %). Благодаря использованию естественного освещения более 90 % рабочих мест освещены только при помощи дневного света. В сравнении со стандартными зданиями такого образца потребление энергии сокращено на 42 %.
Ощущение солнца на первом этаже нам удалось передать при помощи призм, выполненных в качестве центрального элемента. По принципу спектрального разложения пучка солнечного света они образуют солнечные фигурации внутри атриума и оживляют помещение, создавая неповторимую атмосферу психологического комфорта.
К слову, в современных городах часто встречается ситуация, когда здания строятся в виде «колодцев» или когда расположенные рядом строения затеняют друг друга. В таких случаях также необходимо использовать системы перераспределения света.
— Используются ли в проектах лаборатории стеклянные кровли? Казалось бы – вот он, дневной свет, зачем применять специальные системы…
— Большая проблема всех стеклянных крыш большой площади и стеклянных атриумов, независимо от климатического пояса, где расположен объект, – перегрев внутренних помещений (что требует дополнительных энергозатрат на их кондиционирование) и слепящий свет при ясной погоде.
Вовсе нет необходимости целиком остеклять поверхность крыши, чтобы чувствовать дневное освещение. При разработке решений естественного освещения очень важно правильно и точно проводить расчеты необходимого количества дневного света. Так, например, при наличии стеклянной крыши большого размера, коэффициент освещения внутри помещения будет равен 30 %, что вызывает определенный дискомфорт (слепящий свет непосредственно
под крышей будет затмевать все, что находится в полумраке в глубине здания). Зачастую достаточно коэффициента, равного 10 %.
Это доказывает, какое большое значение имеет симбиоз работы архитектора и светодизайнера, так как при помощи специальных расчетов можно определить точный размер светопроемов и обеспечить внутренние помещения достаточным и максимально комфортным количеством естественного освещения.
Приведу пример выставочного центра в городе Линц (Австрия), где солнцезащиту здания следовало решить, отказавшись от ее расположения как внутри, так и снаружи фасада. Таковым было исходное условие архитектора. Из-за отсутствующих на рынке систем стандартного образца возникла идея размещения солнцезащитной микрорешетки внутри изолированного стекла. Солнцезащитная микрорешетка, отражая наружу прямые солнечные лучи, беспрепятственно пропускает внутрь рассеянный дневной свет. Благодаря этому мы снизили теплонагрузку внутри помещения и сократили слепящее действие солнца. Кроме этого, техническое обслуживание такой системы не требует дополнительных затрат.
— Что представляет собой установка «Искусственное небо»?
Световой проем, аэропорт Цюриха
(Швейцария)
— В принципе, мы работаем с оптимальным программным обеспечением, чтобы получить реалистические изображения и точные результаты светотехнических расчетов на компьютере. Однако изменить проемы и системы естественного освещения после реализации проекта очень сложно, и связано с чрезмерными дополнительными затратами. К тому же заказчику очень сложно принять решение только на основе красивой картинки, нарисованной на компьютере.
Для того чтобы предварительно убедиться в правильности выбранного решения, мы анализируем его на основе изготовленного макета при помощи симулятора дневного света «Искусственное небо». Моделирование естественного освещения посредством макета помогает увидеть, как в реальных условиях (тип света, уровень освещенности, отражающие характеристики поверхностей материалов) будет выглядеть помещение, оборудованное системой дневного света, в зависимости от времени дня. Этот метод надежнее любого компьютерного моделирования, применяемого в настоящее время.
Установка «Искусственное небо» представляет собой купол диаметром 6 м, в центре которого размещается макет будущего здания. Установленные за мембраной (внутренней оболочкой) осветительные приборы различных качественных характеристик способны имитировать как требуемое время дня (от восхода до заката солнца) и года, так и необходимые погодные условия (облачное, пасмурное небо и т.п.).
— Насколько широко специалисты лаборатории используют в своей работе световоды?
— Если дневному свету следует преодолеть большую высоту (чердачное помещение, верхние этажи), то при проектировании верхнего естественного освещения мы активно используем светопроемы прямоугольной или же круглой формы. При этом важно применять отражатели, выполненные из анодированного алюминия с высокими светоотражающими свойствами, которые сокращают, несмотря на многократное отражение, светопотери до минимума. Важным при использовании таких систем в жилых помещениях является ограничение слепящего действия, которое достигается при помощи специального, расположенного внутри светотрубы и снижающего яркость, элемента.
Например, в аэропоре Цюриха светопроемы выполнены в виде параболического отражателя, который ощутимо сокращает слепящее действие и оптимальным образом распределяет дневной свет внутри помещения. Кроме того, применив высококачественный алюминий, мы увеличили количество естественного освещения под светопроемом в три раза.
— Как велика стоимость проекта освещения, выполненного в «Лаборатории света Бартенбаха»?
— Стоимость предоставляемых нами услуг зависит в основном от размеров проекта. При этом следует учесть, что выполненное оптимальным образом освещение заметно снижает ежегодные расходы на электроэнергию (искусственное освещение, системы кондиционирования) и техническое обслуживание, таким образом окупая затраченные на проектирование освещения средства уже в ближайшем будущем.
Характерным примером является световое решение третьего терминала аэропорта Чанги в Сингапуре. Максимально используя дневной свет в светлое время суток, только на сбережении электроэнергии, которая была бы затрачена на искусственное освещение, мы экономим до 300 тыс. евро в год (3 млн кВт в год). Стоимость предоставленных нами услуг гораздо ниже этой суммы.
Технологии естественного освещения переживают бурное развитие во всем мире. Это связано с проблемами энергосбережения и экологии. Надеюсь, что они будут востребованы и в России.
Беседовала Анна Молчанова
АНДРЕАС ДАНЛЕР О ТЕРМИНАЛЕ ТЗ МЕЖДУНАРОДНОГО АЭРОПОРТА ЧАНГИ В СИНГАПУРЕ
Терминал Т3 международного аэропорта Чанги в Сингапуре — одно из самых современных сооружений для воздушного сообщения. Пропускная способность терминала составляет порядка 70 млн пассажиров в год.
Важным требованием при проектировании данного объекта было обеспечить возможность управлять дневным светом, попадающим внутрь здания, количество которого значительно отличается в разное время года. Крайне высокие требования предъявлялись также к ограничению поступающей с солнечными лучами тепловой энергии. Таким образом, нужно было найти решение, адаптирующее строение к изменчивым погодным условиям и одновременно создающее внутри него приятную атмосферу.
Перед сотрудниками «Лаборатории света Бартенбаха» стояла нелегкая задача, но тем интереснее была работа над проектом.
На крыше терминала площадью 66 000 кв. м размещено около 900 проемов-световодов, для которых была разработана специальная светотехническая облицовка — параболические алюминиевые отражатели. За счет этого солнечный свет без потерь направляется во внутреннее пространство терминала и при этом не слепит глаза пассажиров. Световоды обеспечивают оптимальное количество дневного света в зале вылета, благодаря чему днем не требуется искусственное освещение.
Над каждым световодом находится подвижная панель, которую из-за ее формы назвали «крылья бабочки». Она препятствует нежелательному проникновению тепла прямых солнечных лучей. «Крылья бабочки» управляются в зависимости от положения солнца, освещенности и погоды, обеспечивая не только гарантированную защиту от солнца, но и оптимальное распределение дневного света.
Даже когда солнце в зените и панели приходится полностью закрывать, в здании царит естественный свет, так как панели имеют 20-процентную перфорацию. Таким образом, для освещения используется точно дозированное количество солнечного света, и внутреннее пространство здания в облачную погоду освещено ровно настолько же, насколько и в ясную.
Ночью на смену солнцу приходит искусственное освещение, полностью интегрированное в систему естественного освещения, что позволяет ей в темное время суток в точности имитировать то впечатление, которое создает дневной свет.
Оформленные пальмами зоны и покрытые живыми растениями «зеленые стены» освещены специальными прожекторами, которые размещены на крыше и светят вниз через световоды. Эти прожекторы в зависимости от количества дневного света включаются в сумерках и при низкой облачности. За счет этого переход от естественного освещения к искусственному проходит для большинства людей практически незаметно. Благодаря размещению систем искусственного освещения на крыше были сокращены расходы на кондиционирование, так как тепло от прожекторов остается за пределами здания.
Все освещение контролируется системой управления светом. Сенсоры на крыше и внутри здания собирают информацию по освещенности и погодной обстановке для системы управления, которая распознает даже резкие изменения – например, быстро движущиеся грозовые облака – и автоматически вносит необходимые коррективы в настройки. Положение каждой солнцезащитной панели регулируется индивидуально. Благодаря этому можно точечно управлять освещенностью определенных участков терминала, высота которого составляет 18 м. Предусмотрена также резервная система управления, получающая питание от независимого источника напряжения, — она отслеживает все настройки и в случае неполадок принимает командование на себя.
«Кровли», № 4(23) 2009