Прозрачная противопожарная конструкция должна сдерживать распространение пожара и при этом оставаться полноценным элементом архитектуры. В регионах с суровым климатом к этой задаче добавляется еще одна: стекло приходится защищать от переохлаждения, конденсата и обмерзания.
Особенно заметна проблема на наружных ограждениях, входных группах, переходах между зданиями и в помещениях, где теплый влажный воздух соседствует с сильным морозом. Обычное решение напрашивается само собой: улучшить теплоизоляцию стеклопакета. Но этого хватает не всегда.
Тогда используется противопожарное остекление с подогревом. В одной конструкции объединяются огнестойкое заполнение, профильная система и прозрачный электрический нагревательный элемент. Стекло перестает быть просто ограждением: при необходимости оно само поддерживает заданную температуру поверхности.
Однако добавить нагреватель к противопожарному стеклу недостаточно. Огнестойкость, теплотехника, электробезопасность, температурные деформации и монтажные узлы должны рассматриваться как единая система. Именно здесь проектирование для Сибири и северных регионов становится особенно интересным.
Что представляет собой противопожарное остекление с подогревом
У такой конструкции две самостоятельные функции.
Первая — противопожарная. Ограждение должно в течение установленного времени сохранять характеристики, предусмотренные проектом: целостность, теплоизолирующую способность либо ограничение теплового излучения в зависимости от принятого класса огнестойкости.
Вторая — эксплуатационная. Электрообогрев повышает температуру поверхности стекла и помогает решать проблемы, возникающие из-за большой разницы между температурой внутри и снаружи здания.
Важно не смешивать эти задачи. Нагревательный слой сам по себе не делает стекло огнестойким. Точно так же наличие противопожарного заполнения автоматически не означает, что конструкция подходит для работы в условиях сильного мороза.
Российские требования к огнестойкости светопрозрачных ограждающих конструкций связаны с испытанием именно конструкции как системы, а не отдельного листа стекла. ГОСТ Р 53308-2009 включен в нормативную базу для испытаний светопрозрачных ограждающих конструкций и заполнений проемов на огнестойкость. СП 2.13130.2020 устанавливает общие требования к обеспечению огнестойкости объектов защиты.
Поэтому противопожарная перегородка или окно с электрическим нагревом проектируются не по принципу подходящее стекло плюс подходящий профиль. Необходимо проверить совместимость всего решения.
Зачем вообще подогревать противопожарное стекло
При температуре за окном около нуля разница между обычным энергоэффективным остеклением и активным обогревом может быть почти незаметной. При сильных морозах ситуация меняется.
Стеклянная поверхность охлаждается. Если температура определенного участка оказывается ниже точки росы окружающего воздуха, на нем может появляться конденсат. Физика процесса проста: при достижении точки росы содержащаяся в воздухе влага переходит в жидкое состояние на холодной поверхности.
Для объектов в северных регионах последствия выходят далеко за рамки запотевшего окна.
Влага способна появляться возле краевых зон, профилей и примыканий. В определенных условиях она замерзает. На наружном остеклении возможны наледь и снег. Для входных групп и переходов это уже эксплуатационная проблема, а для объектов с высокими требованиями к видимости через стекло — еще и функциональная.
Электрообогрев меняет температурный баланс. Ток проходит через токопроводящий слой или другой предусмотренный конструкцией нагревательный элемент, электрическая энергия преобразуется в тепло, а поверхность стекла прогревается.
Технология прозрачного электрически нагреваемого стекла применяется в том числе для борьбы с конденсатом и образования льда. Производители токопроводящих стекол описывают решения, в которых проводящее покрытие позволяет создавать прозрачную нагреваемую поверхность, визуально практически не отличающуюся от обычного остекления.
В противопожарной конструкции эту технологию приходится вписывать в более сложную многокомпонентную систему.
Как устроено огнестойкое стекло с электрообогревом
На первый взгляд перед нами обычная прозрачная панель. Основная инженерия скрыта внутри и по периметру.
Конкретное строение зависит от производителя, требуемого класса огнестойкости, размеров изделия, условий эксплуатации и электрических характеристик. Поэтому универсального пирога, одинакового для любого проекта, не существует.
В состав решения могут входить:
- огнестойкое многослойное заполнение;
- дополнительное стекло или стеклопакет;
- токопроводящий прозрачный слой;
- контактные шины;
- электрические выводы;
- температурные датчики;
- управляющая автоматика;
- профильная система;
- уплотнения и огнестойкие материалы примыкания.
Многослойное стекло в строительстве представляет собой самостоятельный класс изделий и регулируется, в частности, ГОСТ 30826-2014. Стандарт распространяется на многослойное стекло для безопасного остекления зданий и сооружений. Однако применительно к противопожарной конструкции одной ссылки на характеристики стекла недостаточно: требуемые свойства должны подтверждаться для соответствующей системы и области применения.
Как работает прозрачный нагревательный слой
Один из вариантов технологии основан на электропроводящем покрытии.
В обычном состоянии оно остается практически незаметным. После подачи напряжения электрический ток проходит через покрытие, имеющее определенное поверхностное сопротивление. Выделяемое тепло распределяется по площади стекла.
Сходный принцип используется в серийных стеклах с прозрачным электропроводящим покрытием. Например, технические материалы NSG Pilkington описывают стекло с пиролитическим электропроводящим покрытием, предназначенное в том числе для нагреваемого остекления.
Но здесь появляется важная деталь: греть стекло просто сильнее нельзя.
Стекло чувствительно к неравномерному температурному полю. Если один участок значительно горячее соседнего, возникают термические напряжения. При чрезмерной разнице температур они могут привести к повреждению стекла. Поэтому конструкторам приходится учитывать размеры полотна, расположение токоподводов, свойства стекла, положение рамы, затенение, внутренние источники тепла и другие факторы.
Иными словами, равномерность нагрева для такой системы не менее важна, чем сама возможность нагреваться.
Почему для Сибири и Севера обычного стеклопакета бывает недостаточно
Холодный климат создает сразу несколько нагрузок.
Представим наружную противопожарную стену отапливаемого здания. Внутри поддерживается комфортная температура, снаружи долго сохраняется сильный минус. Между двумя сторонами ограждения формируется значительный температурный перепад.
Хороший стеклопакет уменьшает теплопотери, но не отменяет локального охлаждения поверхности. Более того, современное низкоэмиссионное остекление хорошо удерживает тепло внутри здания, поэтому наружное стекло может оставаться достаточно холодным. Производители стекла отдельно отмечают возможность образования внешнего конденсата именно на высокоэффективном теплоизоляционном остеклении.
В условиях северного объекта добавляются ветер, длительные морозы, снег и многократные циклы охлаждения и нагрева.
Поэтому проектировщик должен отвечать не на один вопрос какое стекло поставить, а сразу на несколько:
- какой будет температура внутренней поверхности;
- где может образоваться точка росы;
- не возникает ли риск промерзания краевой зоны;
- какая мощность обогрева действительно необходима;
- как поведет себя профиль;
- где расположить электрические подключения;
- что произойдет при отключении питания.
И только после этого определяется конфигурация конструкции.
Обогрев не должен компенсировать плохую теплотехнику
Иногда к электрическому стеклу относятся как к универсальному способу исправить холодное ограждение. Это неверный подход.
Если профиль образует выраженный мост холода, примыкание выполнено неправильно, стеклопакет не соответствует климатическим условиям, а в помещении нарушен режим влажности, увеличение мощности обогрева будет бороться с последствиями.
Гораздо рациональнее сначала сформировать нормальный теплотехнический контур, а нагрев использовать для конкретной задачи.
Например:
- защита от конденсата — необходимо удерживать поверхность выше точки росы;
- антиобледенение — требуется предотвращать образование льда либо способствовать его удалению;
- тепловой комфорт — нагрев уменьшает ощущение холодной поверхности возле большой площади остекления;
- поддержание видимости — актуально там, где через стекло необходимо постоянно наблюдать соседнюю зону.
Прозрачное нагреваемое стекло может применяться и как источник лучистого тепла либо как средство противообледенения. В технических материалах производителей среди вариантов использования прямо упоминаются предотвращение конденсации, повышение комфорта возле холодного остекления и удаление снега и льда с прозрачных покрытий.
Для противопожарной системы нужная функция определяется проектом.
Где особенно востребовано противопожарное остекление с подогревом
Наиболее логичное применение — там, где одновременно нужны прозрачность, противопожарное разделение и работа при значительной температурной разнице.
Входные группы
Большая площадь стекла возле наружного воздуха постоянно подвергается воздействию холода. Если входная группа одновременно относится к противопожарной преграде, обычное архитектурное решение уже не подойдет.
Обогрев помогает поддерживать прозрачность и уменьшать риск образования конденсата на холодной поверхности.
Переходы между зданиями
Остекленные галереи и переходы особенно чувствительны к климату. Здесь большие прозрачные поверхности соседствуют с наружным воздухом, а требования к противопожарному разделению могут зависеть от архитектуры и противопожарной концепции конкретного объекта.
Промышленные и энергетические объекты
В производственных зданиях встречаются помещения с разными температурно-влажностными режимами. Прозрачная противопожарная конструкция может одновременно разделять функциональные зоны и обеспечивать визуальный контроль.
Транспортная инфраструктура
Вокзалы, аэропорты и другие крупные общественные объекты используют значительные площади светопрозрачных конструкций. Для северных городов здесь особенно важна устойчивость решений к длительной зимней эксплуатации.
Объекты со специальными условиями эксплуатации
Технические помещения, диспетчерские, лаборатории, защищенные коридоры и другие зоны иногда требуют постоянного визуального контакта через противопожарную преграду. Запотевшее стекло фактически лишает конструкцию одной из основных функций, даже если формально оно продолжает выполнять роль ограждения.
Что происходит с профилем при сильном морозе
Акцент обычно делают на стекле, хотя профильная система испытывает не меньшие нагрузки.
Она удерживает тяжелое многослойное заполнение, компенсирует температурные деформации, участвует в формировании противопожарного контура и одновременно скрывает часть элементов электрического подключения.
При наружном применении одна сторона профиля находится в холодной зоне, другая — в теплой. Если добавить локальный нагрев стекла, температурная картина становится еще сложнее.
Поэтому проектирование должно учитывать не только прочность профиля, но и особенности теплообмена через раму, зазоры, уплотнения и примыкания.
Нельзя рассматривать панель отдельно от обрамления. Огнестойкость светопрозрачной преграды определяется поведением конструкции в целом, поэтому замена профиля, креплений или схемы примыкания способна оказаться принципиальным изменением решения.
Самая уязвимая зона — край стекла
Центральная часть большого полотна может прогреваться равномерно, а температура по краям отличаться.
Причина понятна. Там стекло контактирует с рамой, дистанционными элементами, уплотнениями и другими материалами. Через эти участки иначе передается тепло.
При проектировании электрообогрева поэтому важна не только средняя температура поверхности.
Гораздо интереснее минимальная температура в потенциально холодных точках.
Если середина стекла теплая, а край регулярно оказывается ниже точки росы, конденсат все равно появится. Именно поэтому расчет должен учитывать всю геометрию конструкции.
Для Сибири и Севера такая проверка особенно важна: чем больше расчетный температурный перепад, тем заметнее становятся слабые места ограждения.
Как управляется электрообогрев
Подогрев не обязательно должен работать круглосуточно на максимальной мощности.
Для большинства объектов логичнее автоматическое управление.
Система может использовать данные температурных датчиков и включать нагрев только при определенных условиях. Более сложная автоматика учитывает температуру поверхности, воздуха и параметры влажности.
Такой подход решает сразу две задачи.
Во-первых, стекло нагревается тогда, когда это действительно необходимо.
Во-вторых, уменьшается вероятность чрезмерного локального нагрева.
Конкретная схема управления должна разрабатываться вместе с электрической частью проекта. Расчет мощности, напряжения, коммутационной аппаратуры и защитных устройств нельзя определять приблизительно по площади стекла.
Одинаковые по размеру панели могут потребовать разного режима работы из-за различий в сопротивлении нагревательного слоя, климате, ориентации фасада и требуемой температуре поверхности.
Что важнее: мощность или равномерность нагрева
Число ватт на квадратный метр выглядит удобно для спецификации, но само по себе мало о чем говорит.
Представим две панели одинаковой мощности. У первой поверхность прогревается равномерно. У второй большая часть энергии сосредоточена возле токоподводов.
Электрическая мощность совпадает, а эксплуатационное поведение совершенно разное.
Вторая конструкция получает локальные горячие зоны и холодные участки. Именно температурный градиент создает дополнительный риск термических напряжений.
Поэтому при разработке нагревательного остекления рассчитывают электрическое сопротивление, расположение контактных элементов, распределение температуры и допустимые режимы работы.
Принцип проще всего сравнить с теплым полом: важна не раскаленная полоса возле кабеля, а предсказуемая температура всей рабочей поверхности.
Что происходит при отключении электричества
Этот вопрос особенно важен для противопожарного остекления.
Функция электрообогрева и функция огнезащиты не должны восприниматься как одно и то же.
Если питание отключилось, нагрев перестает работать. Но требования пожарной безопасности к преграде никуда не исчезают. Поэтому огнестойкость должна определяться сертифицированным конструктивным решением и условиями его применения, а не самим фактом подключения электричества.
В зависимости от назначения объекта резервирование питания нагревательной системы может быть полезно для эксплуатации, однако его необходимость определяется проектом.
Например, на объекте, где обледенение критично для технологического процесса, требования к электроснабжению будут иными, чем у стеклянной перегородки внутри отапливаемого здания.
Как проектируют такую конструкцию для холодного региона
Работу желательно начинать не с выбора марки стекла, а с исходных условий.
Нужны расчетные наружные температуры, температура и влажность внутри помещения, размеры остекления, его ориентация, назначение противопожарной преграды, требуемый предел огнестойкости и режим эксплуатации.
После этого можно последовательно определить:
- необходимое противопожарное исполнение;
- состав светопрозрачного заполнения;
- теплотехнические характеристики;
- риск конденсации и промерзания;
- необходимость активного обогрева;
- требуемый режим нагрева;
- электрическую схему;
- систему управления;
- конструкцию профиля и примыканий.
Такой порядок кажется длиннее, чем выбор готового стеклопакета по каталогу. Но на сложном объекте он экономит гораздо больше времени, чем исправление уже смонтированной системы.
Какие ошибки особенно опасны
Выбирать нагревательное стекло отдельно от противопожарной системы
Электрически нагреваемое стекло может прекрасно выполнять свою функцию в обычном фасаде, но это ничего не говорит о его применимости в конкретной противопожарной конструкции.
Повышать мощность без температурного расчета
Больше мощности не означает лучше. Неравномерный или чрезмерный нагрев увеличивает температурные напряжения.
Не учитывать край стекла и профиль
Именно эти зоны часто оказываются наиболее холодными.
Прокладывать электрические соединения без учета огнестойкого контура
Кабели, контакты и технологические отверстия не должны произвольно нарушать конструкцию противопожарной преграды.
Пытаться устранить подогревом любой конденсат
Сначала нужно выяснить причину. Если проблема связана с влажностью помещения, дефектом примыкания или неправильной теплотехникой, дополнительный нагрев может только скрыть ее.
Менять элементы сертифицированной конструкции непосредственно на объекте
Противопожарное остекление чувствительно к составу системы. Самовольная замена профиля, стекла, крепежа или материалов заполнения шва может изменить фактические характеристики преграды.
Что означает опыт эксплуатации в Сибири и на Севере
Для северного проектирования полезен сам подход к конструкции: ориентироваться не на обычные условия эксплуатации, а на наиболее неблагоприятное сочетание факторов.
Сильный мороз редко действует один. Вместе с ним появляются температурный перепад между помещением и улицей, ветер, снег, возможное образование наледи и повышенные требования к надежности инженерных систем.
Именно поэтому для таких объектов особенно важны предварительные расчеты.
Нельзя переносить решение, нормально работающее в умеренном климате, на северный объект только потому, что совпадают размеры проема. Требования к огнестойкости могут остаться теми же, а тепловой режим стекла окажется совершенно другим.
Такой подход и составляет главный практический вывод из применения сложного остекления в холодных регионах: конструкцию нужно адаптировать к условиям конкретного объекта, а не к названию климатической зоны.
Электрообогрев и энергоэффективность: противоречат ли они друг другу
На первый взгляд противоречат. Сначала мы пытаемся уменьшить теплопотери через стекло, а затем специально расходуем электричество, чтобы его нагреть.
Но задачи разные.
Энергоэффективный стеклопакет сокращает постоянный теплообмен между помещением и улицей. Активный нагрев решает локальную эксплуатационную задачу, например удерживает поверхность выше точки росы.
Если система управляется автоматически, она может работать только в периоды, когда условия действительно приводят к образованию конденсата или льда.
Поэтому правильнее сравнивать не наличие и отсутствие энергопотребления, а два инженерных сценария: правильно рассчитанное ограждение с управляемым подогревом либо конструкцию, которая регулярно промерзает и требует устранения эксплуатационных проблем.
Можно ли сделать полностью прозрачную противопожарную стену с подогревом
Технически большие светопрозрачные конструкции возможны, но слово полностью не должно вводить в заблуждение.
У системы все равно останутся несущие и соединительные элементы: профили, примыкания, контактные зоны, крепления. Чем больше площадь стены, тем серьезнее требования к расчету отдельных модулей.
Большую панорамную преграду поэтому удобнее рассматривать как систему повторяющихся стеклянных модулей.
Для каждого из них необходимо обеспечить требуемую огнестойкость и корректный режим электрообогрева, а для всей стены — непрерывность противопожарного контура.
Что нужно проверить перед заказом
Для сложного объекта недостаточно узнать только класс огнестойкости и стоимость квадратного метра.
Проектировщику стоит проверить:
- область применения противопожарной конструкции;
- подтвержденный предел огнестойкости;
- допустимые размеры элементов;
- конструкцию профиля;
- способ примыкания к строительным конструкциям;
- конфигурацию обогреваемого стекла;
- расчетную электрическую мощность;
- схему подключения;
- алгоритм управления;
- условия эксплуатации;
- расчетные температуры;
- требования к техническому обслуживанию.
Особенно внимательно стоит относиться к совмещению разных функций в одном изделии. Чем больше задач выполняет стекло, тем меньше места остается для приблизительных решений.
Противопожарное стекло с подогревом — это система, а не дополнительная опция
В холодном климате прозрачная противопожарная конструкция сталкивается с тем, чего практически не замечают в мягких условиях: сильным температурным перепадом, локальным переохлаждением поверхности, конденсатом и риском обледенения.
Электрообогрев помогает управлять температурой стекла, но работает эффективно только как часть правильно спроектированного ограждения. Сначала определяются требования пожарной безопасности и теплотехнические условия, затем рассчитываются стекло, профиль, нагрев, электрические подключения и автоматика.
Компания ФОТОТЕХ занимается разработкой и производством противопожарного и безопасного остекления. На собственной производственной площадке компании работают конструкторское бюро, научный центр и специализированные участки, в том числе цех сборки стеклянных обогревателей. Это позволяет рассматривать огнестойкость, электрический обогрев и конструктивное исполнение не как разрозненные элементы, а как взаимосвязанные части проектного решения.
Если на объекте требуется противопожарное остекление с подогревом для эксплуатации в Сибири, на Севере или в другой зоне с низкими расчетными температурами, имеет смысл перед заказом передать специалистам исходные данные по проему, климату, требуемой огнестойкости и режиму эксплуатации. Это позволит подобрать конструкцию под реальные условия объекта, а не адаптировать стандартное решение уже после монтажа.
