Комплекс башен «Федерация» — структурное остекление фасада на высшем уровне энергосбережения

30 января 2009

Dr. Werner Wagner, Ulli Muller
Sika Services AG, Tuffenwies 16, 8048 Zurich, Switzerland
перевод: Кобылкин Р. Н., Steklo.com, 2009 ©

Нет сомнений, в том, что комплекс «Федерация» станет визитной карточкой России и Москвы в частности. Башня высотой 360м станет самым высоким зданием в Европе. Фасад здания впервые в России реализован по технологии структурного остекления стеклопакетами китайского производства с заполнением аргоном. В своей статье в GPD 2005 [1] я делал обзор технологии стеклопакетов и разработках в области аргонного заполнения стеклопакетов с герметиком, подверженным ультрафиолетовому излучению. Данный проект позволяет детально изучить особенности применения стеклопакетов с аргонным заполнением и влияние неблагоприятных российских погодных условий на герметик.

Погодные условия комплекса башен «Федерация» и г. Москвы

Температура

Россия известна своими суровыми зимами. При высоте проекта более 300м возникает возможность наступления температурных условий близких к −50C, устоять при которых сможет только высококачественный герметик.

Ветер

Конечно, Восточная Европа не является территорией ураганов. Но при данной высоте башен (башня «Восток» 360м, башня «Запад» 243м и шпиль 506м) ветровые нагрузки могут достигать 3,75кПа. Выбранная формула стеклопакета 6+6/16/8. Высота шва герметика была рассчитана на основе нормативов ETAG № 002 Annex 2.3.4 Европейской Организации Технических Разрешений (EOTA) и составляет 33 мм для стеклопакетов больших размеров (2367×3091 мм) для башни «Восток» и 24 мм для башни «Запад» (с характерной меньшей ветровой нагрузкой в 2,75 кПа). Для меньших стеклопакетов башни «Запад» (1795×3091 мм) достаточно герметика высотой 18 мм.

Климатические нагрузки

В нормативах ETAG говорится «для стеклопакетов небольших размеров и не стандартных форм должны приниматься во внимание климатические нагрузки». Что это означает для комплекса башен «Федерация»?

Расчеты высоты герметика были основаны на работах профессора Франца Фельдмайера из университета прикладных наук в Розенхейме [2], и представлены в виде удобных для понимания диаграмм Улли Мюллером.

Метод вычислений состоит из четырех шагов:

Шаг 1: вычисление изохорного давления р₀. Изохорное давление представляет собой теоретическое давление, оказываемое такими факторами как дельта изменения температур ∆T, дельта измерения атмосферного давления ∆p_atm и дельта высоты над уровнем моря ∆H места производства стеклопакетов и места их установки. Средним значением р₀ принято считать 16кПа, но в связи со значительными температурными колебаниями, а так же изменением р₀ связанным с высотой, в данном проекте рассчитывать показатель р₀ приходится по формуле: p₀ = (∆T x 0.34 kPa/K) + ∆p_atm + (∆H x 0.012 kPa/m) Разница в высоте над уровнем моря места производства стеклопакетов (Шанхай) и высотой установки достигает 500м, что делает необходимым скорректировать показатель р₀ на 6кПа. Таким образом расчетный показатель р₀ составит 18кПа.

Шаг 2: Оценка отклонения светопрозрачных алюминиевых конструкций. Основываясь на значении показателя р₀ отклонение стеклянных панелей может быть рассчитано с помощью нескольких методов. Например, «Пластинчатым» методом или по методу Тимошенко.

Шаг 3: реальное внутреннее давление. Увеличение внутреннего пространства стеклопакета в результате отклонения стеклянных панелей приводит к уменьшению отношения изохорного давления р₀ к внутреннему давлению, что в конечном итоге приводит к климатическим нагрузкам на герметик стеклопакета.

Шаг 4: общая нагрузка на второй слой герметика

Сумма климатических нагрузок описанных в шаге 3 и ветровых нагрузок даёт общую нагрузку на герметик стеклопакета.

По значениям осей X и Y приведенных диаграмм (рис. 2 и 3) можно определить размеры стеклопакета при соответствующих параметрах герметика. Если выбранный размер стекла находится в пределах светлой зоны (например 3,1×2,4м для герметика 26 мм), то высота герметика является достаточной. Если размеры стекла попадают в тёмную зону (0,6×0,6м на рис. 2) до необходимо увеличить толщину герметика (см. рис. 3).

Климатические нагрузки не будут оказывать влияния на большие стеклопакеты, покрывающие основную часть фасада. В их случае определяющими являются ветровые нагрузки. Более важными будут стеклопакеты небольших размеров, например в местах соединения стеклянных мостов между башнями и шпилем и небольшие, частично треугольные стеклопакеты на крышах, как показано на рис. 4. Вычисления доказывают, что утверждение «чем меньше стеклопакет, тем меньше высота герметика» является ошибочным.

Аргонное заполнение стеклопакетов в структурном остеклении. Два года практики.

В современных фасадах большинство стеклопакетов оснащаются двойной герметизацией. Основным препятствием для влажности, а так же наиболее эффективным барьером для газа (в заполненных газом стеклопакетах) является полиизобутилен (PIB), это основной герметик. PIB обладает хорошим сопротивлением к действию ультрафиолетового излучения, но он не эластичен. Изгибы стеклянных панелей связанные с изменением температуры и атмосферного давления (рис. 5) могут привести к утечке основного герметика и как следствие высокому уровню потери аргона. Таким образом, стеклопакет должен быть защищен от механических воздействий вторичным, эластичным герметиком.

В обычных фасадах с оконным остеклением 90% стеклопакетов герметизируется полисульфидом и полиуретаном. При структурном остеклении, где требуется высокое сопротивление ультрафиолету рекомендуется использовать только силиконовый герметик, причем как в качестве вторичного герметика, так и для герметизации всей структуры. Но высокая степень диффузии аргона в силикон была препятствием использования аргонного заполнения в стеклопакетах при структурном остеклении. Использование высокомодульного силиконового герметика в стекольной промышленности позволило производить стеклопакеты согласно инструкциям EN 1279, части 3. Высокомодульный силиконовый герметик обладает гораздо большей прочностью к механическим нагрузкам при меньшем растяжении (<1 мм) по сравнению с обычным вторичным герметиком (рис. 6), что минимизирует влияние эффекта «насоса» на бутиловый слой (рис. 5)

Нет необходимости говорить, что на заре стекольной промышленности к использованию данной технологии относились с большим подозрением. Тем временем, многие производители стеклопакетов обрели солидный опыт и доверие. Таблица 1 показывает различные условия производства и их влияние на степени потери аргона.

В колонке А тестируемые стеклопакеты (350×500 мм) были герметизированы стандартным вторичным силиконовым герметиком, и потери аргона были близки к пределу в 1%, установленному EN 1279 частью 3., что слишком близко для надежного стеклопакета. Во всех остальных случаях В-Е был использован высокомодульный силиконовый герметик. Он показывает безупречные производственные параметры, отвечающие стандарту EN 1279 части 3. Технология в колонке В объединяет в себе множество ноу-хау разработок компании в области применения PIB и позволяет достигнуть наименьшего уровня потери аргона. Всестороннее применение ноу-хау технологии использования слоя PIB, являющегося основным барьером для аргона, в производстве стеклопакетов является крайне важным.

Выводы.

Комплекс башен «Федерация» является испытанием для всех составных частей и материалов, использованных в производстве. Вычисления высоты шва герметика доказали, что меньшие стеклянные панели, которые требуют большего внимания при учете климатических нагрузок не только из-за московских суровых климатических условий, но и из-за разницы в высоте производства стеклопакетов и их монтажа. Самым важным в комплексе башен «Федерация» является опыт во многих аспектах применения светопрозрачных конструкций для фасадов: впервые примененная технология структурного фасадного остекления стеклопакетами с аргонным заполнением и двусторонним низкоэмиссионным покрытием, испытанными российской тестовой лабораторией, произведенными в Китае, герметизированными швейцарским вторичным силиконовым герметиком, установленными китайскими специалистами под контролем американского специалиста по фасадам—вот это глобализация! Но в конечном итоге, счета за электроэнергию докажут эффективность использования двухстороннего низкоэмиссионного покрытия и аргонного заполнения. А позже, арендаторы расскажут нам о комфортности в их офисах.

A	B	C	D	E
Материал дистанционной рамки	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Нерж. сталь	Пластик / металл	Алюминий
Обработка углов	Скругленные	Скругленные	Скругленные	Скругленные	Скругленные
Соединение	Покрытие PIB пленкой	Покрытие PIB пленкой	Покрытие PIB пленкой	Прямое соединение + PIB кромка	Прямое соединение + PIB кромка
Кол-во первичного герметика (г/м/сторона)	4	4	4	3	3,5
Время прессования	Удвоенное	Специальное наложение PIB	Удвоенное	Обычное	Обычное
Тип силикона во вторичном герметике	Стандартный	Высокомодульный	Высокомодульный	Высокомодульный	Высокомодульный
Высота герметика стеклопакета (мм)	6	4	4	7	5
Аргонное заполнение	Линейное	Линейное	Линейное	Линейное	Просверленные отверстия
EN1279 ч. 3: уровень потери аргона (%) Предел: 1%	0,97	0,21	0,37	0,54	0,50

Табл. 1: Параметры производства стеклопакетов

Справочные материалы:

[1] Wagner, Werner; GPD Proceedings 2005; Energy Saving in Sructural Glazing Facades

[2] Feldmeier, Franz; Stahlbau 75 (2006) issue 6; Climatic loads and load distribution in multipane insulating glass.

Оригинал статьи: http://www.glassfiles.com/library/23/article1225.htm

Примечание Steklo.com. Руководствуясь самыми высокими требованиями, предъявляемыми к энергосбережению, специалистами нашей компании были расcчитаны и готовы к запуску в производство стеклопакеты из моллированных триплексов из низкоэмиссионного стекла с художественной печатью выского разрешения на поливинилбутильной плёнке для объекта Мачта панорамных лифтов комплекса «Федерация». К сожалению, из-за мирового финасового кризиса, работы по проекту остекления мачты не были начаты...