Полые трубчатые световоды в храмовом строительстве

3cb9fa1343ae1b1c05997c88df83e553.jpg

Уникальный на сегодняшний день опыт применения инновационной системы освещения при строительстве православного храма в Ханты-Мансийском автономном округе.

Авторы:

770f183b7467730d5cf0ee1b8c8bce5a.jpg

  1. А. Н. Оболенский, президент АНО «АРХХРАМ» (г. Москва)
  2. П.О. Егорьев, генеральный директор ООО «ЭнергоСервисКонсалтинг» (г. Москва)

Возведение христианских храмов — дело очень деликатное, требующее в первую очередь соответствующего духовного состояния и необходимого художественного вкуса его создателей, а также высокого профессионализма строителей. Талант храмоздателей, по-видимому, заключается в способности не только гармонично объединить в одном проекте духовную, художественную и техническую составляющие, но и суметь передать своим творчеством проявления особого Божьего промысла в отношении каждого нового объекта храмового зодчества.

Большой размах храмового строительства в последние годы, безусловно, обращает на себя внимание как верующих людей, так и меценатов, представителей власти и общественности, понимающих, что вера является необходимой частью духовной жизни, оказывает важнейшее влияние на формирование основ нравственного стержня коренного населения страны. Понимание значимости храмового зодчества предопределяет серьезную ответственность за качество возведения культовых сооружений как в художественной, так и в технической сферах.

Вопросам храмового зодчества посвящается много общественных мероприятий с участием представителей Русской православной церкви, власти, архитектурного и строительного, образовательного и медицинского сообществ, которые единодушно обращают внимание на такие вопросы, как соответствие зданий каноническим нормам, наличие дополнительных помещений для образовательной деятельности, экономические аспекты эксплуатации и многие другие.

Эволюция храмоздательства продолжается тысячелетия, и за это время преобразились как внутреннее убранство, так и внешние формы церквей. Изменения коснулись также инженерных систем, обеспечивающих людей комфортными условиями внутри помещений.

    e593481a14dc65b7e53fbac5dd228783.jpg

Рис. 1. Принцип действия полого трубчатого световода SOLATUBE®

В этом материале расскажем об уникальном храме Святой мученицы Татианы, построенном в 2018 году в городе Когалыме Ханты-Мансийского автономного округа. Уникальность этого сооружения заключается в эксклюзивном архитектурном решении, которое позволило в экстремальных условиях Севера создать компактное здание, сочетающее воедино церковную (два храма — главный и крестильный), хозяйственно-бытовую (административные и торговые помещения, санузлы), трапезную и инженерно-техническую части, а также двухярусную звонницу («под колоколы»). Реализация такого композиционного принципа была вызвана необходимостью сведения к минимуму перемещения персонала на открытом воздухе в суровых климатических условиях.

Главный молельный зал храма, выполненный в виде единого безопорного пространства благодаря оригинальной конструкции купола и огражденный портиком колонн из «оселкового» мрамора, вызывает в памяти интерьеры Никольского Морского собора в Кронштадте — лидера технического прогресса в храмоздательстве своего времени. В этом смысле продолжением тенденции применения высоких технологий в строительстве храмов вполне можно считать выбор полых трубчатых световодов для обеспечения естественным светом помещений, которые благодаря компактности композиционных решений лишены светопроемов или имеют их в недостаточном количестве.

Для компенсации недостатка естественного (и даже солнечного) света внутри помещений, которые необходимо освещать по эстетическим, психологическим или санитарным (трапезная, кухня) соображениям, автором проекта храма Святой мученицы Татианы, архитектором Андреем Оболенским была заложена в проект и гармонично интегрирована в архитектуру система световодов SOLATUBE®. Такой технический прием в истории храмового строительства применен впервые. Проектные и монтажные работы, касающиеся использования в храме этого уникального оптического оборудования, выполнены ООО «ЭнергоСервисКонсалтинг» при технической и организационной поддержке ООО «СОЛАР».

С инженерной точки зрения световоды были использованы для дополнительной архитектурной подсветки главного свода, а также освещения обитаемого хозяйственно-бытового помещения в подклете естественным (солнечным) светом с помощью зеркальных труб, проводящих свет снаружи во внутренние помещения, в том числе и те, в которых в силу архитектурных и климатических особенностей невозможно обустроить классические окна.

В общих чертах полый трубчатый световод марки SOLATUBE® (рис. 1) представляет собой алюминиевую трубу, на внутреннюю поверхность которой нанесено специальное отражающее оптическое покрытие (зеркало). Сверху световод защищен прозрачным акриловым куполом, а снизу заканчивается специальным диффузором, рассеивающим свет.

381243fd9acc892f99db36b0c10fbd3a.jpg

Рис. 2. Светотехнические параметры системы освещения

Конструкция кажется очень простой и доступной, однако это не совсем так. Для того чтобы световод работал должным образом, то есть передавал именно естественный свет, не искажая его, внутреннее зеркальное покрытие должно быть очень качественным. В этом заключается первая особенность предложенной оптической конструкции. Коэффициент отражения используемого в данных световодах зеркала равен 99,7. Специальные исследования, проведенные на базе ФГБУН «Институт биохимической физики» им. Н. М. Эмануэля РАН, подтвердили, что световод SOLATUBE® передает внутрь помещения чистый естественный свет без искажения в диапазоне видимой части спектра (400–740 нм) (рис. 2).

Следующей особенностью рассматриваемого световода, вытекающей из приведенного рисунка, является факт того, что он не разрывает тепловой контур здания, так как не прозрачен для световых волн инфракрасного диапазона. Иными словами, световод, в отличие от типового окна, не пропускает тепло внутрь помещения летом и существенно снижает потери тепла в холодный период.

Очень важным элементом оптической конструкции является светособирающий купол. Если в качестве купола установить обычное стекло, то световод как элемент освещения не заработает. В данном случае необходимы специальные технические решения, имеющиеся в составе полых трубчатых световодов (ПТС) SOLATUBE®, которые позволяют уловить под купол как можно больше естественного света.

c0ac7f9816a188b085260be354d08267.jpg

Рис. 3. Светособирающие купола освещения подклета

Перечисленные уникальные технологические свойства данных световодов, во-первых, позволяют использовать их как полноценный источник естественного солнечного света, и во вторых, обусловливают их высокую эффективность с точки зрения качества теплового контура здания и энергосбережения в неблагоприятных с климатической точки зрения условиях.

Учитывая вышесказанное, применение ПТС в холодной климатической зоне Ханты-Мансийского автономного округа является вполне оправданным. Передача естественного света световодами SOLATUBE® в подземную часть храма создает комфортные условия пребывания людей в этих помещениях и обеспечивает их безопасность в случае аварийного отключения энергоснабжения. Значимым фактором является также снижение энергетических затрат на отопление и освещение, что немаловажно при неуклонном росте стоимости энергоносителей.

Подсветка естественным светом главного свода является исключительно архитектурным решением. В данном проекте прием естественного солнечного света для освещения подземной части храма производится светособирающими куполами, установленными на специальном бетонном коробе, расположенном на южной стороне здания, которая, как известно, наибольшее время освещается солнцем в течение светового дня (рис. 3). Передача света в подклет производится по световодам, проложенным в подвальном помещении (рис. 4, 5).

f87ec22d43ea8cb52c8a9ea15f5179c7.jpg

Рис. 4. Световод, проложенный в подвале здания;

Рис. 5. Смонтированная система освещения подклета

3ccd8b1e072cf65bbdc41372ab2d7a08.jpg

  Рис. 6. Мультиплексирование светового потока            

ef7687bf0ed40924c707966592abaaec.jpg

  Рис. 7. Помещение трапезной после отделки                    

  Длина световодов подклета от точки сбора света до точки его выхода составляет около 40 метров. Это очень большое расстояние с точки зрения величины потерь на такой протяженности световодов, однако используемое зеркало с высоким значением коэффициента отражения вполне справилось с этой задачей. Затухание света в данном случае составило не более 30%, что обеспечило нормативное значение коэффициента естественного освещения (КЕО) для находящихся в помещении подклета трапезной и вспомогательных технических помещений пищеблока.

  С целью минимизации потерь световой энергии и оптимизации стоимости световодов на объекте впервые применена схема мультиплексирования светового потока: один световод диаметром 530 мм разделил световой поток на два световода диаметром 350 мм. Таким образом, основной путь передачи света осуществляется световодом большего диаметра с меньшим затуханием, а короткий заключительный участок — световодами меньшего диаметра с большим затуханием (рис. 6).

 Выполненные технические решения позволили получить в помещении подклета равномерное распределение естественного света в соответствии с нормативным уровнем КЕО (рис. 7).

7fda7651f65d510007578e907affaa05.jpg

Рис. 8. Светособирающие купола главного свода

Световодная подсветка главного свода храма реализована по другому принципу. Восемь светособирающих куполов типа 750DS установлены горизонтально на стенах колокольни на отметке +23 м (рис. 8). Свет от куполов по световым каналам (рис. 9) подается на отметки +14 и +16 метров к диффузорам главного свода. На рис. 10 видно, что главный свод подсвечивается сильнее, чем прилегающие к нему поверхности.     

02dd5d97a11679ee94f5a03bd8ba44fd.jpg

Рис. 9. Внешний вид световых каналов

Важно подчеркнуть, что в данном проекте впервые в мире применена горизонтальная установка светособирающих куполов в архитектурном обрамлении. Этот прием потребовал разработки специальной конструкции крепления, принимающей на себя часть веса купола и компенсирующей ветровые нагрузки. При этом необходимо было обеспечить полугерметичность самого световода и защитить конструкцию от атмосферной влаги, осадков, сильных порывов ветра, обледенения и непредсказуемого термоциклирования в условиях Крайнего Севера. Особую сложность представляли монтажные работы: необходимо было на высоте 23 м над уровнем земли совместить в пространстве восемь световых каналов, куполов, компонентов их креплений и соответствующие архитектурные элементы с отклонением не более 2 мм. Для качественного монтажа пришлось разработать уникальную центрирующую оснастку

Отметим одну интересную деталь. Когда все сложности строительства были успешно преодолены, световоды смонтированы и свод освещен, авторский коллектив ждал неожиданный приятный сюрприз. Со школьной скамьи мы помним, что солнце в течение светового дня перемещается по небосводу с востока на запад. При этом время падения прямых солнечных лучей на купола световодов, расположенных по разным частям света, различается. Дольше всего освещается южный купол, а на северный прямые солнечные лучи не попадают совсем. Проектом учитывалось, что интенсивность работы диффузоров, расположенных по разным частям света, будет изменяться в течение светового дня в процессе смещения солнца от востока к западу. При этом северный световод ставился в основном для обеспечения архитектурной симметрии.

1429cf857d7c5bd32339728e3f300c38.jpg

Рис. 10. Главный свод храма

Практика же показала настолько хорошие светособирающие оптические способности куполов SOLATUBE® 750DS, что солнечные лучи захватывались на расстоянии около десяти метров от купола (северный купол смог захватывать лучи солнца, падающие за пределы зоны тени от колокольни). В итоге все диффузоры главного свода храма работают с одинаковой интенсивностью и равномерно подсвечивают свод практически независимо от положения солнца на небосводе в течение светового дня. Задача подсветки купола главного свода естественным солнечным светом была успешно решена.

Со всей уверенностью можно сказать, что воплощение в жизнь заложенных авторами проекта инженерных решений позволило создать объект храмового зодчества, исключительный в своем роде как с архитектурной, так и с технической точки зрения. Некоторые решения применены впервые в истории, а уникальный опыт, полученный при возведении храма, может быть успешно тиражирован и на объектах гражданского строительства в будущем.

_____________________________________________________________________

Подробнее о конструктивных особенностях, эксплуатационных характеристиках, преимуществах и сферах применения полых трубчатых световодов читайте: Овчаров А. Т., Селянин Ю.Н., Анцупов Я.В. Полые трубчатые световоды и гибридные системы освещения в архитектуре автономных энергоэффективных зданий // Технологии Интеллектуального Строительства. — 2018. — № 3. — С. 34–39.

Комментарии