facebook Vkontakte LiveJournal e-mail
ПОДПИШИСЬ НА НОВОСТИ:


 

Освещение

9 декабря 2015 | Александр ОВЧАРОВ, Юрий СЕЛЯНИН
Технология Solatube®: перспективы в архитектуре и строительстве России

Фото 3. Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Эффективное использование естественного света в зданиях в настоящее время рассматривается как мощный резерв энерго- и ресурсосбережения. Вектор общемировых тенденций в освещении ориентирован на комфортную световую среду и дальнейший рост производства и потребления световой энергии. В такой ситуации избежать конфликта между стремлением человека к световому комфорту и энергетическим кризисом возможно только путем безальтернативного перехода на энергосберегающие технологии, на использование альтернативных источников энергии [1,2]. Здесь актуальны техника и технологии использования естественного света, ярким представителем которых являются полые трубчатые световоды (ПТС).

Полые световоды в системах общего освещения в России постепенно начинают утверждаться как эффективные технологии энергосбережения и создания световой среды высокого качества. На отечественном рынке естественного освещения ПТС представлены несколькими зарубежными фирмами: система Solatube® Daylighting Systems американской (США) компании Solatube International Inc. [3], система Solarspot® итальянской компании Solarspot International S.r.l. [4-6] и система ALLUX чешской компании Lightway [7].

Значительную долю мирового рынка (до 80%) занимает продукция фирмы Solatube International Inc. Эффективным стимулом для развития технологий и производства систем Solatube® Daylighting Systems выступает государственная программа США по использованию альтернативных источников энергии. В России возлагаются надежды на действенность предпринимаемых усилий правительства и принятый в 2009г. закон РФ №261-ФЗ «Об энергосбережении и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», а также на подвижнические усилия наиболее прогрессивной части профессионалов строительного рынка.

Современные осветительные системы естественного света (ЕО) на основе ПТС ведущих фирм мира доведены до высокого уровня совершенства и укомплектованы опциями для создания комфортного светового климата в помещении. Следует отметить конструктивное подобие и примерно одинаковый уровень технического совершенства и опций систем. В этой ситуации лидерство на рынке систем ЕО будут определяться преимуществами технологического, эксплуатационного и ценового порядка.

Общая схема построения и принцип действия систем ЕО на основе ПТС разных производителей подобны, однако существенные конструктивные особенности позволяют обратить внимание на системы Solatube® Daylighting Systems (Solatube®).

¨á. 1

Рис.1. Принцип работы Solatube Daylighting Systems. Рекордные оптические характеристики световода сохраняют главные положительные качества солнечного света: непрерывный спектр, суточный ритм естественного света, соответствующий «биологическим часам» человека, динамику, позволяющую судить о погоде.

На примере системы Solatube® (рис.1) представим основные конструктивные элементы:
• светособирающий купол (светоприемное устройство) из ударопрочного акрила, располагаемый на крыше или на стене здания; купол имеет на внутренней поверхности насечки, благодаря чему приобретает свойства линзы Френеля, направляющей диффузный свет неба вдоль оси световода, уменьшая количество отражений и повышая эффективность передачи света при транспортировке;
• флешинг, бесшовный металлический адаптер под различные типы кровли с защитным покрытием, обеспечивающий сопряжение конструкции ПТС с крышей и надежную гидро- и термоизоляцию;
• световод, набор стыкуемых алюминиевых труб прямолинейной или изогнутой формы, покрытых изнутри многослойной полимерной пленкой с коэффициентом отражения 99,7% во всем диапазоне видимого излучения; свет от приемного устройства, пройдя в результате многократных отражений через полость световода, поступает в освещаемое помещение через светорассеивающий диффузор; форма и конструкция труб позволяют легко интегрироваться в архитектуру строений различного назначения;
• диффузор (светорассеиватель) с широкой КСС, устанавливаемый в потолке помещения и обеспечивающий равномерное рассеяние естественного света в помещении.

ПТС обеспечивают помещения естественным светом, создавая необходимый уровень КЕО и более равномерное распределение освещенности по всей площади помещения, чем с помощью традиционных вертикальных светопроемов (боковых окон) (рис.2).

hbhhh

Рис. 2. Распределение естественной освещенности в помещении при боковом (окно) и верхнем расположении светопроема (Solatube®) и нормируемые значения КЕО: Emin – минимальное значение нормируемой освещенности; РП – рабочая плоскость; eн – распределение нормируемого КЕО; eбок – распределение бокового КЕО; eверт – распределение верхнего КЕО

Высокий коэффициент отражения (передачи света) ПТС допускает транспортировку света на расстояние более 20м и освещение помещений, недоступных для традиционных технологий (подвалы, центральные помещения широких зданий, находящиеся на нижних этажах и пр.).  Благодаря высокому качеству материалов и узлов современные ПТС имеют КПД передачи света до 99%, при общем КПД системы до 83%.

Существенным преимуществом ПТС (Solatube®) перед традиционными светопроемами является значительное снижение теплопотерь в холодные периоды года и теплопоступлений в летнее время. Этим достигается дополнительная экономия энергии на отопление, вентиляцию и охлаждение помещений.

Но их главный экономический плюс – снижение затрат на электрическое искусственное освещение помещений. Использование естественного света как альтернативы искусственному в дневное время в зависимости от ресурса солнечной энергии региона позволяет снизить затраты на освещение на 50 — 75%. Оценки эффективности систем показывают, что передавать солнечное излучение во внутреннее пространство помещения в 50 раз более экономично, чем создавать для этого искусственное освещение. Расчетные оценки показывают, что продление использования естественного света на 1 час в течение суток только по промышленным зданиям позволяет в масштабе России сэкономить около 3 млн. кВт*ч ЭЭ в год.

Современные эффективные системы ПТС меняют традиционные представления об организации ЕО помещений и в силу своих уникальных свойств начинают влиять на архитектуру и современное строительство. В контексте оптимизации энергозатрат и повышения однородности световой среды помещения использование ПТС в качестве основного или дополнительного источника ЕО представляется наиболее эффективным [8]. Световая эффективность ПТС в сравнении с традиционными световыми конструкциями (зенитные фонари, вертикальные окна) в 2-3 раза выше.

История создания и развития, принцип действия и концепция архитектуры ПТС исчерпывающе изложена в книге Ю.Б. Айзенберга [9]. В настоящей статье представлена информация о системе ЕО Solatube®, полезная для проектировщиков и потенциальных заказчиков и перспективы их применения в России. Типоряд ПТС Solatube®, отражает этапы развития конструкции и производства и представлен моделями Solatube® Daylighting Systems серии Brighten Up® различного диаметра световодной трубы 160 DS (250мм), 290 DS (350мм), серии SolaMaster® (530мм) и Solatube® М74 серии SkyVault (740мм).

Первые три модели, представляющие собой традиционную конструкцию ПТС, легли в основу создания новой, более совершенной модели М74 серии SkyVault с рекордными параметрами, открывающей новые возможности в развитии технологии ЕО и расширяющей масштабы применения ПТС.

Отличительная особенность моделей Solatube® перед аналогами других производителей — непревзойденное значение отражательной способности покрытия трубы. Используемое покрытие Spectralight® Infinity имеет коэффициент отражения для всего видимого диапазона оптического излучения до 99,7%. Важным конструктивным отличием Solatube® от ПТС других производителей является применение линз Френеля в устройстве светособирающего купола (Raybender® 3000), что обеспечивает устойчивые нормированные световые характеристики системы на уровне предельно достижимых для современных материалов.

Особое внимание следует уделить последней модели М74 (серия SkyVault), которую смело можно отнести к зенитным фонарям нового поколения. Модель Solatube® М74 содержит несколько прогрессивных решений, среди которых некоторые можно назвать революционными. На рисунке 3 схематично показаны основные элементы системы.

¨á. 3

Рис.3. Конструкция Solatube® М74 серии SkyVault

Фото 1.   Коллектор Solatube® М74 серии SkyVault (740мм) на крыше здания. Сочетание коллектора и линз Френеля на куполе (технология Raybender®) обеспечивает постоянство светового потока в течение всего светового дня, в том числе в утренние и вечерние часы, улавливая световые лучи при низких углах солнцестояния.

Фото 1. Коллектор Solatube® М74 серии SkyVault (740мм) на крыше здания. Сочетание коллектора и линз Френеля на куполе (технология Raybender®) обеспечивает постоянство светового потока в течение всего светового дня, в том числе в утренние и вечерние часы, улавливая световые лучи при низких углах солнцестояния.

Первое среди таких решений – это использование светособирающего коллектора (рис.3, фото 1), значительно расширяющего зону захвата и втрое увеличивающего эффективность сбора света.

В коллекторе применена отражающая пластина LightTracker™ (LITD®) с отражающим покрытием Spectralight® Infinity и технология «холодного световода», благодаря которой, отсекается тепловая ИК составляющая солнечного света. Защита помещения от ИК излучения продолжается на всем пути транспортировки света по световоду благодаря технологии «холодной трубы». Суть технологии в том, что материал отражающего покрытия Spectralight® Infinity работает по принципу оптического фильтра. Обладая высокой отражающей способностью для видимого излучения в диапазоне 400-830нм, обеспечивает эффективную транспортировку его по световоду, но прозрачен для ИК излучения, которое, проникая через покрытие до металла трубы, поглощается им и рассеивается в окружающем пространстве вне освещаемого помещения.

Рис.4. Принцип действия усилителя. Усилитель фокусирует световой поток на плоскость диффузора, уменьшает потери на отражения и рассеяние, увеличивает световой поток, поступающий  в помещение, позволяет сформировать КСС, эффективную для целей освещения помещений с высокими потолками (КСС типа D).

Рис.4. Принцип действия усилителя. Усилитель фокусирует световой поток на плоскость диффузора, уменьшает потери на отражения и рассеяние, увеличивает световой поток, поступающий в помещение, позволяет сформировать КСС, эффективную для целей освещения помещений с высокими потолками (КСС типа D).

Следующее прогрессивное решение – усилитель (коллиматор) света (рис.3 и 4). Это конусообразный элемент на конце световода, который фокусирует световой поток на плоскость диффузора, увеличивая (примерно на 15 – 16%) долю проходящего через него света. Модульная конструкция систем Solatube® М74 серии SkyVault открывает широкие возможности применения таких ПТС для решения задач эффективного ЕО помещений больших площадей с высокими потолками от 6 до 30метров (фото 2).

Фото 2. Системы Solatube® M 74 в освещении помещений с высокими потолками.

Фото 2. 1 Системы Solatube® M 74 в освещении помещений с высокими потолками.

Фото 2. Системы Solatube® M 74 в освещении помещений с высокими потолками.

Фото 2.2 Системы Solatube® M 74 в освещении помещений с высокими потолками.

Фото 2. Системы Solatube® M 74 в освещении помещений с высокими потолками.

Фото 2.3 Системы Solatube® M 74 в освещении помещений с высокими потолками.

Комплектация систем серии SkyVault подбирается индивидуально под проект. Несмотря на объемность конструкции, системы легки, просты в установке и не требуют последующего обслуживания. В таблице 1 показаны конструкции вариантов исполнения Solatube® M 74.

Таблица 1

Варианты исполнения и комплектации системы Solatube® М 74

A. Базовая модельSolatube® M 74 B. Система Solatube® M 74 с усилителем светового потока C. Система Solatube® M 74с коллектором D. Система Solatube® M 74 с коллектором и усилителем
       
Классический вариант: купол, бордюрный флешинг, ПТС, призматический диффузор;диаметр световода — 740мм;рекомендуемая высота установки диффузора — 5 — 8м;средний световой поток — 18500лм. увеличивает на 15-16% световой поток;способствует формированию оптимальной КСС диффузора и эффективному применению при любой высоте установки;высота установки диффузора: от 8м;высота усилителя -600мм;диаметр диффузора усилителя — 949мм;средний световой поток — 21500лм. расширяет зону и втрое повышает эффективность сбора света, в том числе при низком солнцестоянии; высота коллектора — 1067мм.рекомендуемая высота установки диффузора — от 8м.средний световой поток — 35000лм. Интегрированная конструкция, объединяющая достоинства предыдущих моделей: A, B, C.

 

В таблице 2 приведены некоторые характеристики системы Solatube® Daylighting Systems.

Таблица 2

Сравнительные показатели системы Solatube® и искусственных ИС

(критерий – световой поток)

Модель Solatube® Световой поток*, лм Аналог — искусственный источник света**
Система Solatube®, серия SolaMaster® (530мм) от 13500 (средний) — до 20500 (макс) Аналоги: • светильник с МГЛ 150 – 250Вт;три двухламповых светильника с лампами Т8, 36Вт;четыре четырехламповых светильника типа «Армстронг» с лампами Т5, 14Вт.
Система Solatube®, серия Brighten  Up® 290 DS (350мм) от 6000 (средний) до 9100 (макс) Аналог: два четырехламповых светильника типа «Армстронг» с лампами Т5, 14Вт.
Система Solatube®, серия Brighten Up® 160 DS (250мм) от 3000 (средний) до 4600 (макс) четырехламповый светильник типа «Армстронг» с лампами Т5, 14Вт. светильник с четырьмя КЛЛ, 18Вт.
Система Solatube® М 74, серия SkyVault от 18000 (средний) до 35000 (макс) Аналог: светильник с МГЛ 250 — 400Вт;
Значения светового потока разрядных ламп
МГЛ ВД:150Вт-11250лм250Вт-20000лм400Вт-35000лм Люминесцентные лампы:Т-5: 14Вт Ф=1200лм28Вт Ф=2600лм.Т-8: 18Вт Ф=1350лм. 36Вт Ф=3350лм.КЛЛ 18Вт Ф = 1100 — 1200лм
 Примечание; * данные для системы Solatube® с длиной трубы 1,82м. Предельное и среднее значения светового потока получены в пиковый световой период года.** Световой КПД светильника принят равным 0,75.

 

Освещаемая площадь помещения (приблизительно) для нормативного КЕО и типового помещения (средняя длина световода 1.82м, высота потолка 2.4м):

• система Solatube®160 DS (250мм) — до 14м².
• система Solatube® 290 DS (350мм) — до 23м².
• система Solatube® 21-O/21-C (530мм) – до 37м².
• система Solatube® М74 (740мм) — до 100 м² (при высоте установки 6м)

Сравнение оптических и теплотехнических характеристик системы Solatube® и традиционного окна, являющегося ее прототипом, дает основание утверждать, что мы имеем дело с принципиально новой технологией, которая позволяет устранить противоречие между светопередачей и теплопроводностью. Система Solatube® (таблица 3) в отличие от традиционных способов передачи света обеспечивает эффективную передачу света с минимальным притоком солнечного тепла, создавая комфортную среду в помещении.

Таблица 3

Сравнительные оптические и теплотехнические характеристики светопередающих систем

Конструкция светопередающей системы

Коэффициент светопередачи,

ηv, отн.ед.

Коэффициент теплопритока,

кQ, отн.ед.

Отношение

ηv/ кQ

Окно, тройной стеклопакет с зеркальной пленкой

0,22

0,16

1,38

Окно, тройной стеклопакет, зеркальное покрытие с низкой теплопроводностью

0,63

0,36

1,75

Окно, двойной стеклопакет, стекло с низкой теплоотражающей способностью

0,71

0,49

1,45

Solatube®серии SolaMaster® (530мм)

0,60

0,20

3,0

 

Эксплуатационные и инвестиционные характеристики

Система Solatube® сконструирована герметичной. Все узлы (купол, флэшинг, система световодов, диффузор-рассеиватель) имеют уплотнения, препятствующие проникновению в них насекомых и пыли. В отличие от зенитных фонарей, система Solatube® не нуждается в регулярном обслуживании.
Срок окупаемости системы Solatube® — от 3 до 5 лет.
Срок гарантии системы — 10 лет.
Срок службы системы — 30 лет.

Области применения систем Solatube®

Системы Solatube® относятся к разряду «зеленых» (экологически чистых) технологий, здания ими оснащенные, соответствуют требованиям СП 52.13330.2011, СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03, ФЗ №261 от 23.11.09г. (гл.3, ст.11) и переходят в разряд энергоэффективных и экологически безопасных. Энергосберегающая, экологически чистая технология передачи естественного света Solatube® обеспечивает достижение эстетических, функциональных и экологических целей освещения в интерьере.

Применение систем Solatube® в офисах, зданиях промышленного назначения и складах наряду с достижением существенной экономии затрат на освещение, привносит важнейший по значимости социальный и гуманитарный эффект, формируя здоровую и экологически безопасную световую среду для производственного процесса. Поскольку факторы гуманизации производственной световой среды ориентированы на экономическое благополучие предприятия [10], они способствуют капитализации инвестиционных средств, вложенных в модернизацию осветительных систем с использованием ПТС, и окупаются в течение 4-5-ти лет. В настоящее время проектные организации начали активно разрабатывать архитектурно-планировочные решения с использованием систем Solatube®, что позволяет в полной мере реализовать требования СанПиН по организации ЕО.

Фото 3. Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Фото 3. Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Фото 3.2 Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Фото 3.2 Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Фото 3.3 Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Фото 3.3 Системы Solatube® в освещении детского сада в г. Краснодар

Важной областью применения систем Solatube® являются социальные объекты (здания дошкольных и школьных учебных заведений, больниц), где в полной мере используются его гуманитарные свойства, позволяющие обеспечить полный световой комфорт и безопасность (фото 3).

Активный процесс урбанизации настоятельно требует принятия кардинальных мер по оздоровлению городской среды. Одним из путей устранения назревающего экологического кризиса является создание подземной инфраструктуры. Решить эту задачу без больших энергозатрат возможно только благодаря применению технологии ПТС. Например, системы Solatube® освещают подземные классы Правовой академии, г.Нижний Новгород (фото 4), подземный автосервис автосалона «КИА», г. Сочи, (фото 5).

Фото 4. Системы Solatube® 290DS в освещении подземных помещений Правовой Академии, г. Нижний Новгород.

Фото 4.1 Системы Solatube® 290DS в освещении подземных помещений Правовой Академии, г. Нижний Новгород.

Фото 4.2 Системы Solatube® 290DS в освещении подземных помещений Правовой Академии, г. Нижний Новгород.

Фото 4.2 Системы Solatube® 290DS в освещении подземных помещений Правовой Академии, г. Нижний Новгород.

Фото 5. Системы Solatube® 330DS в освещении подземного автосервиса автосалона «КИА», г. Сочи.

Фото 5. Системы Solatube® 330DS в освещении подземного автосервиса автосалона «КИА», г. Сочи.

Привлекательной областью применения Solatube® являются спортивные сооружения [3]. Впечатляющий пример масштабного использования системы в спортивном зале Пекинского Научно-технического университета, где по программе Олимпиады — 2008 проходили соревнования по дзюдо и тхэквондо (фото 6).

Фото 6. На первых в мире «Зеленых Олимпийских Играх» освещение спортивного зала Пекинского университета системами Solatube®.  Зал вместимостью более 8 тысяч зрителей (около 2400м2) был освещен 148 системами Solatube® 750 DS (530мм, серия Solatube® SolaMaster®) с  диффузорами OptiView® для открытого потолка и диммерами (Daylight Dimmer TM).

Фото 6. На первых в мире «Зеленых Олимпийских Играх» освещение спортивного зала Пекинского университета системами Solatube®.
Зал вместимостью более 8 тысяч зрителей (около 2400м2) был освещен 148 системами Solatube® 750 DS (530мм, серия Solatube® SolaMaster®) с  диффузорами OptiView® для открытого потолка и диммерами (Daylight Dimmer TM).

Поскольку традиционные зенитные фонари не обеспечивали выполнения требований по качеству освещения, спортивный зал был освещен системами Solatube®. Система Solatube® полностью оправдала возложенные на нее надежды, решив в комплексе все проблемы освещения, включая сложность конструкции стальной кровли и необходимость передачи солнечного света на расстояние более 8м.

За прошедшие 10 лет, в течение которых компания «СОЛАР», являясь представителем технологии Solatube® Daylighting Systems, выполнила множество установок систем Solatube® на зданиях различного назначения от частных жилых домов до крупных промышленных и социальных объектов на обширной территории от Санкт-Петербурга до Владивостока, от Москвы до Алма-Аты. Это стало возможным, благодаря активному участию в этом процессе заинтересованных профессионалов в различных уголках постсоветского пространства. В настоящее время технология Solatube® Daylighting Systems представлена на обширной территории крупнейшей в мире дилерской сетью (фото 7).

Фото 7. Дилерская сеть технологии Solatube® Daylighting Systems в России

Фото 7. Дилерская сеть технологии Solatube® Daylighting Systems в России

Такое организационное построение позволяет клиентам на любой территории получать оперативное информационное и техническое обслуживание.

Рекордные оптические и теплотехнические характеристики системы Solatube® прогнозируют их широкое использование для задач ЕО. Несомненно, прогресс в интерьерном освещении, повышении энергоэффективности осветительных систем и развитие эстетических концепций в будущем будут определяться применением систем ЕО на базе ПТС. Полагаем, что системы Solatube® займут в этих прогнозах достойное место.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Айзенберг Ю.Б. Полые световоды, или свет по трубам.//Иллюминатор.-2003.-№4(6)-5(7).-С.134-141.
2. Кинней Л., Мак-Клюни Р., Стайлз М. Солнечное освещение – новая отрасль промышленности. //Светотехника.–1999.– № 3. – С. 4–9.
3. Ю.Н. Селянин, А.Н. Ремизов, А.Н. Добровольский. Системы солнечного освещения Solatube® Daylighting Systems в архитектуре спортивных сооружений третьего тысячелетия. //Технологии строительства -2012. — №3. С. 80-86.
4. Дж. Бракале. Естественное освещение помещений с помощью новой пассивной световодной системы «Solarspot». // Светотехника. – 2005.– № 5. – С. 34–42.
5.Соловьев А.К. Полые трубчатые световоды: их применение для естественного освещения зданий и экономия энергии // Светотехника.–2011.– № 5. – С. 41–47.
6. Кузнецов А.Л., Оселедец Е.Ю., Соловьев А.К., Столяров М.В. Опыт применения полых трубчатых световодов для естественного освещения в России. //Светотехника.- 2011.-№6.-С.4-11.
7. http://lightway.iricond.ru/
8. Дженкинс Д., Мунир Т. Характеристики световодов и светопроемов, используемых в системах естественного освещения. //Светотехника.–2003.– № 6. – С. 34–38.
9. J.B.Aizenberg. Hollow Light Guides. Moscow, Publishing House «Znack». 2009. 208pp
10. Кинней Л., Мак-Клюни Р., Стайлз М. Солнечное освещение – новая отрасль промышленности. Дискуссия. //Светотехника.–1999.– № 4. – С. 28–29.

[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]