ПРИРОДНЕ ОСВІТЛЕННЯ ЯК ОСНОВА КОМФОРТУ

Віконні системи є основним каналом для проникнення природного світла в будівлю, а також ключовим фактором її теплового балансу. Правильний вибір склопакета та профілю є критично важливим для забезпечення комфорту та енергоефективності. Сучасні склопакети можуть бути однокамерними, двокамерними або навіть трикамерними, кожен з яких має свої переваги та недоліки. Наприклад, двокамерні склопакети з аргоновим заповненням та низькоемісійним покриттям (Low-E) забезпечують відмінні показники теплоізоляції з коефіцієнтом теплопередачі U-value в діапазоні 0.8–1.1 Вт/(м²·К), що відповідає вимогам ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’ для більшості кліматичних зон України.

Профіль віконної системи, що утримує склопакет, також має значний вплив на теплові характеристики. Найпоширеніші матеріали – ПВХ, алюміній та дерево, а також їх комбінації. ПВХ-профілі, особливо з 5-7 камерами та монтажною глибиною понад 70 мм, забезпечують Uf-value (коефіцієнт теплопередачі профілю) близько 1.0–1.2 Вт/(м²·К). Алюмінієві профілі без термічного розриву мають високу теплопровідність, тому для житлових будівель використовуються системи з поліамідними термовставками, що дозволяє досягти Uf-value в діапазоні 1.5–2.5 Вт/(м²·К). Дерев’яні профілі з багатошарового бруса мають природну низьку теплопровідність і можуть досягати Uf-value близько 1.1–1.3 Вт/(м²·К).

Фурнітура відіграє роль не тільки в функціональності (відкривання/закривання), але й у забезпеченні повітронепроникності вікна. Багатоточкове замикання та регульовані петлі дозволяють створити герметичне прилягання стулки до рами, що мінімізує інфільтрацію повітря. Це безпосередньо впливає на показник повітронепроникності n50 (кратність повітрообміну при різниці тисків у 50 Па), що для сучасних енергоефективних будівель має бути значно нижчим за 3.0 год⁻¹.

Крім того, вибір кольору та текстури профілю, а також тип фурнітури, впливає на естетику будівлі та гармонію з архітектурним стилем. Важливо враховувати довговічність матеріалів та їх стійкість до ультрафіолетового випромінювання та перепадів температур, що є актуальним для клімату України.

Таким чином, комплексний підхід до вибору всіх компонентів віконної системи – склопакета, профілю та фурнітури – є запорукою створення комфортного, світлого та енергоефективного простору, що відповідає сучасним будівельним стандартам. Також варто звернути увагу на сучасні тенденції дизайну вікон для оптимальної естетики та функціональності.

Оптимізація природного освітлення вимагає глибокого розуміння світлопроникності (Light Transmittance, LT) та сонячного фактору (Solar Factor, g-value) склопакетів. Ці параметри є критичними для балансування кількості світла, що потрапляє в приміщення, та контролю за тепловим надходженням від сонячної радіації. Світлопроникність (LT) – це відсоток видимого світла, що проходить через склопакет. Високий показник LT (наприклад, 70-80%) забезпечує яскраве природне освітлення, зменшуючи потребу у штучному світлі та, як наслідок, знижуючи енергоспоживання. Однак, занадто висока світлопроникність може призвести до сліпучого блиску, особливо в приміщеннях з прямими сонячними променями.

Сонячний фактор (g-value) або повне пропускання сонячної енергії – це частка сонячної радіації, що проходить крізь склопакет і перетворюється на тепло всередині приміщення. Значення g-value варіюється від 0 до 1, де менше значення означає кращий захист від перегріву. Наприклад, склопакет зі стандартним склом має g-value близько 0.7-0.8, тоді як склопакети з селективним покриттям (Solar Control) можуть мати g-value 0.3-0.5. Для південних та західних фасадів в Україні, де сонячна інсоляція влітку інтенсивна, використання склопакетів з низьким g-value є обов’язковим для запобігання перегріву та зменшення навантаження на системи кондиціонування. Згідно з EN 410 та EN 673, які регламентують оптичні та теплові характеристики скління, вибір цих параметрів має бути обґрунтований кліматичною зоною та орієнтацією будівлі.

Низькоемісійне покриття (Low-E), нанесене на одну з поверхонь скла, відіграє подвійну роль: воно відбиває довгохвильове інфрачервоне випромінювання назад у приміщення взимку, запобігаючи втратам тепла, і відбиває короткохвильове сонячне випромінювання влітку, зменшуючи перегрів. Завдяки цьому досягається оптимальний баланс між теплозбереженням та сонцезахистом. Наприклад, сучасні мультифункціональні склопакети можуть поєднувати високий LT (близько 60%) з низьким g-value (близько 0.35), забезпечуючи комфортний мікроклімат протягом усього року. Вибір склопакета з оптимальними LT та g-value є інвестицією в довгострокову енергоефективність та комфорт будівлі.

Коефіцієнт теплопередачі (U-value) є основним показником енергоефективності віконної конструкції, що вимірює кількість тепла, яка проходить через одиницю площі вікна за одиницю часу при різниці температур в 1 Кельвін. Одиницею вимірювання є Вт/(м²·К). Чим нижче значення U-value, тим кращі теплоізоляційні властивості вікна, і тим менші тепловтрати через нього. Згідно з українськими будівельними нормами, зокрема ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, встановлені мінімальні вимоги до U-value вікон для різних кліматичних зон України.

Україна поділяється на дві температурні зони: Зона 1 (північна, з більш суворими зимами) та Зона 2 (південна). Для Зони 1 (наприклад, Київська область) нормоване значення U-value для вікон житлових та громадських будівель становить не більше 0.75 Вт/(м²·К). Для Зони 2 (південні регіони) це значення дещо вище – не більше 0.9 Вт/(м²·К). Досягнення цих показників можливе завдяки використанню сучасних склопакетів з низькоемісійним покриттям, аргоновим або криптоновим заповненням камер, а також високоякісних багатокамерних профілів з термічними розривами. Наприклад, склопакет 4Low-E-14Ar-4-14Ar-4Low-E (двокамерний з двома низькоемісійними склом та аргоном) може мати U-value близько 0.6 Вт/(м²·К), що значно перевищує нормативи.

Важливо розуміти, що U-value вікна (Uw) є комплексним показником, який враховує теплопередачу склопакета (Ug) та профілю (Uf), а також лінійний коефіцієнт теплопередачі дистанційної рамки (ψg). Формула розрахунку виглядає так: Uw = (Ag⋅Ug + Af⋅Uf + lg⋅ψg) / (Ag + Af), де Ag та Af – площі скла та профілю відповідно, а lg – периметр склопакета. Це підкреслює необхідність інтегрованого підходу до вибору всіх компонентів віконної конструкції.

Недотримання вимог до U-value призводить до значних тепловтрат, збільшення витрат на опалення та погіршення теплового комфорту в приміщенні. Особливо це відчутно в холодний період року, коли через неякісні вікна може відбуватися до 20-30% загальних тепловтрат будівлі. Тому інвестиції у вікна з низьким U-value є ключовим кроком до створення енергоефективного та комфортного житла.

Ефективність віконної системи визначається не тільки якістю самого вікна, але й правильністю проєктування та монтажу вузлів його примикання до стінових конструкцій. Містки холоду – це локальні ділянки огороджувальної конструкції з підвищеною теплопровідністю, через які відбувається інтенсивна втрата тепла. Вони є однією з основних причин конденсату, плісняви та дискомфорту в приміщеннях. Детальний розбір вузла примикання вікна є критично важливим етапом проєктування.

Основними містками холоду у віконних вузлах є: місця кріплення віконної рами до стіни, проміжки між рамою та стіною, а також неправильно виконані відкоси. Для їх уникнення необхідно дотримуватися принципів ‘теплого монтажу’. Згідно ДСТУ Б В.2.6-100:2010 ‘Вікна та двері. Методи монтажу. Технічні вимоги’, рекомендовано використовувати тришаровий монтажний шов. Перший (внутрішній) шар – паронепроникний, призначений для захисту монтажного шва від вологи з приміщення. Другий (середній) шар – теплоізоляційний (наприклад, поліуретанова піна або мінеральна вата), що забезпечує основну теплоізоляцію. Третій (зовнішній) шар – паропроникний, гідроізоляційний, що захищає шов від атмосферних опадів, але дозволяє виводити вологу назовні.

Додатково, для зниження лінійних теплових втрат через дистанційну рамку склопакета (коефіцієнт ψg), використовуються так звані ‘теплі рамки’, виготовлені з композитних матеріалів або нержавіючої сталі, які мають значно меншу теплопровідність порівняно з традиційними алюмінієвими. Це дозволяє зменшити конденсацію по периметру склопакета. Вузол примикання також може включати спеціальні термоізоляційні профілі (наприклад, підвіконні планки з поліуретану) або виносний монтаж віконної рами у площину теплоізоляційного шару стіни, що мінімізує вплив основної конструкції стіни на теплові втрати вікна.

Детальне промальовування кожного вузла в проєктній документації із зазначенням всіх шарів, матеріалів та товщин є запорукою якісного виконання. Використання BIM-технологій (Building Information Modeling) дозволяє не тільки візуалізувати вузли, але й провести теплотехнічні розрахунки для виявлення потенційних містків холоду ще на етапі проєктування. Це в комплексі з інтегрованих інженерних систем, як-от вентиляція, створює здоровий мікроклімат.

Коефіцієнт природної освітленості (КПО або KEO – коефіцієнт природного освітлення) є ключовим показником, що характеризує достатність природного світла у приміщенні. Він визначається як відношення горизонтальної освітленості, створюваної природним світлом у розрахунковій точці приміщення, до одночасної горизонтальної освітленості зовнішньої горизонтальної поверхні, що освітлюється розсіяним світлом небосхилу, і вимірюється у відсотках. Чим вище КПО, тим краще освітлене приміщення природним світлом.

В Україні вимоги до КПО регламентуються ДБН В.2.2-22:2008 ‘Будинки і споруди. Житлові будинки. Основні положення’ (для житла), ДБН В.2.2-10:2023 ‘Заклади освіти’ та іншими галузевими нормами. Для житлових кімнат та кухонь нормоване значення КПО становить не менше 0.5% у розрахунковій точці, яка зазвичай розташована на відстані 1 м від зовнішньої стіни та на висоті 0.8 м від підлоги. Для приміщень громадського призначення (наприклад, навчальних класів, офісів) вимоги до КПО значно вищі, що може сягати 2.0–2.5%, залежно від типу діяльності.

Розрахунок КПО є складним процесом, що враховує низку факторів: розміри та форму віконних прорізів, світлопроникність скла, кут падіння світла, розміри приміщення, світловідбиваючі властивості стін, стелі та підлоги, а також зовнішні перешкоди (сусідні будівлі, дерева). Існують різні методи розрахунку: від спрощених табличних (для попередньої оцінки) до детальних комп’ютерних симуляцій (наприклад, за допомогою програмного забезпечення Radiance або DIALux), які дозволяють побудувати карти освітленості та оптимізувати архітектурні рішення.

Недостатній КПО може призвести до зорової втоми, зниження продуктивності та погіршення загального комфорту. Це змушує частіше використовувати штучне освітлення, що збільшує енергоспоживання. Навпаки, оптимальне КПО сприяє економії електроенергії, покращує візуальний комфорт та позитивно впливає на циркадні ритми мешканців. При проєктуванні будівель, особливо великих об’єктів або тих, що вимагають високого рівня освітленості (наприклад, медичні заклади), важливо залучати фахівців з архітектурної світлотехніки для забезпечення відповідності всім нормативам та створення якісного світлового середовища.

Досягнення оптимального природного освітлення не обмежується лише пасивним проєктуванням вікон. Сучасні енергоефективні будівлі активно інтегрують динамічні системи сонцезахисту та автоматизації для підтримки ідеального світлового та теплового режиму протягом усього дня та року. Це дозволяє ефективно керувати надходженням сонячної радіації, запобігати перегріву влітку та максимально використовувати пасивне сонячне опалення взимку.

Системи сонцезахисту можуть бути зовнішніми (жалюзі, ролети, сонцезахисні ламелі, маркізи) або внутрішніми (ролети, жалюзі, штори). Зовнішні системи є найбільш ефективними, оскільки вони перехоплюють сонячну радіацію ще до її проникнення через скло, запобігаючи накопиченню тепла в приміщенні. Наприклад, зовнішні автоматичні жалюзі можуть зменшити надходження сонячної енергії до 80-90%. Внутрішні системи, хоч і менш ефективні для запобігання перегріву, дозволяють регулювати розсіювання світла та забезпечувати приватність.

Автоматизація цих систем є ключовим елементом ‘розумного будинку’. Датчики освітленості, температури та присутності інтегруються з централізованою системою управління будівлею (BMS) або ‘розумним будинком’. Це дозволяє автоматично регулювати положення жалюзі або ролет залежно від інтенсивності сонячного світла, зовнішньої та внутрішньої температури, а також часу доби. Наприклад, вранці жалюзі можуть автоматично підніматися, щоб забезпечити максимальне денне світло, а в обідню пору, коли сонце найактивніше, вони можуть опускатися або змінювати кут нахилу ламелей, щоб уникнути сліпучого блиску та перегріву. Взимку система може оптимізувати відкриття для максимального пасивного сонячного обігріву.

Використання високотехнологічні рішення також включає електрохромне скло, яке змінює свою світлопропускну здатність під дією електричного струму. Це дозволяє динамічно регулювати кількість світла та тепла без механічних рухомих частин. Хоча такі технології поки дорожчі, вони пропонують найвищий рівень комфорту та контролю. Правильно інтегровані системи сонцезахисту та автоматизації не тільки підвищують енергоефективність, але й створюють адаптивне, динамічне світлове середовище, що позитивно впливає на самопочуття та продуктивність користувачів будівлі, роблячи її по-справжньому комфортною та сучасною.

Оптимальне розміщення вікон є вирішальним етапом проєктування, що визначає ефективність природного освітлення та тепловий баланс будівлі. Перш за все, необхідно враховувати орієнтацію за сторонами світу. Північні вікна забезпечують рівномірне, стабільне, але менш інтенсивне світло без прямого сонячного випромінювання, що ідеально підходить для майстерень або студій. Східні вікна дарують м’яке ранкове світло, мінімізуючи перегрів, що ідеально для спалень або кухонь. Південні вікна забезпечують максимальну інсоляцію та пасивний сонячний обігрів взимку, але вимагають ефективних сонцезахисних систем влітку. Західні вікна надають інтенсивне вечірнє світло, яке може викликати перегрів, тому також потребують серйозного сонцезахисту.

Крім орієнтації, важливо враховувати розмір та форму віконних прорізів. Великі вікна забезпечують більше світла, але збільшують тепловтрати. Оптимальне співвідношення площі вікон до площі підлоги (світловий коефіцієнт) має відповідати ДБН, зазвичай становить 1:5 – 1:8 для житлових приміщень. Висота розміщення вікна також важлива: верхня частина вікна повинна бути якомога вище до стелі для кращого проникнення світла в глибину приміщення. Використання верхнього освітлення (мансардні вікна, світлові ліхтарі) є ефективним способом освітлення центральних зон глибоких приміщень або кімнат без доступу до зовнішніх стін.

Світлові колодязі (або світловоди) – це інноваційна технологія, що дозволяє транспортувати денне світло з даху або зовнішньої стіни в глибину будівлі, де традиційні вікна неефективні або неможливі. Система складається з купола-світлозбірника на даху, високорефлексивного тубуса, що проводить світло, та дифузора у стелі приміщення. Сучасні світловоди здатні освітлювати площі до 20-30 м² одним пристроєм, забезпечуючи КПО, достатній для комфортного перебування. Це ідеальне рішення для коридорів, ванних кімнат, гардеробних або цокольних поверхів.

При проєктуванні також необхідно враховувати світловідбиваючі властивості внутрішніх поверхонь. Світлі стіни, стелі та підлога значно покращують розсіювання світла, збільшуючи загальний рівень освітленості. Наприклад, біла стеля може відбивати до 80-90% світла. Комбінація цих підходів – продумана орієнтація, оптимальний розмір вікон, використання верхнього світла та світловодів, а також світлих інтер’єрів – дозволяє створити максимально комфортне та енергоефективне світлове середовище, що є основою гармонійний дизайн інтер’єру.

Недоліки у проєктуванні природного освітлення можуть мати значні негативні наслідки для комфорту мешканців, енергоефективності будівлі та її довговічності. Розглянемо типові помилки, характерні для українських умов, та шляхи їх уникнення.

1. Недооцінка впливу орієнтації: Часто вікна проєктуються без достатнього врахування сторін світу. Наприклад, великі вікна на західному фасаді без ефективного сонцезахисту призводять до значного перегріву влітку (коефіцієнт g-value стає критичним), що збільшує навантаження на кондиціонування. Навпаки, надмірне затінення північних вікон може зробити приміщення надто темними.
2. Неправильний вибір склопакетів: Використання однокамерних або застарілих двокамерних склопакетів без низькоемісійного покриття призводить до високих тепловтрат взимку (високий U-value) та перегріву влітку (високий g-value). Це суперечить вимогам ДБН В.2.6-31:2021.
3. Ігнорування містків холоду у вузлах примикання: Неякісний монтаж вікон, відсутність тришарового монтажного шва, використання лише піни без паро- та гідроізоляції – все це створює містки холоду, призводить до конденсату, плісняви та додаткових тепловтрат.
4. Недостатній КПО: В проєктах часто не проводиться розрахунок КПО, що призводить до темних приміщень, особливо в глибині будинку. Це змушує використовувати штучне освітлення, збільшуючи енергоспоживання. Нормативи ДБН В.2.2-22:2008 щодо КПО часто ігноруються.
5. Недостатній сонцезахист: Відсутність зовнішніх або ефективних внутрішніх сонцезахисних систем у приміщеннях з інтенсивною інсоляцією призводить до перегріву, дискомфорту та сліпучого блиску.
6. Відсутність гнучкості: Жорсткі системи освітлення без можливості регулювання інтенсивності світла та сонцезахисту не дозволяють адаптуватися до змінних погодних умов та потреб користувачів.

Для уникнення цих помилок необхідно інтегрувати комплексний підхід до проєктування: від ретельного аналізу ділянки та орієнтації будівлі, до детального розрахунку теплотехнічних та світлотехнічних характеристик (U-value, g-value, LT, КПО), а також правильного вибору та монтажу віконних систем та сонцезахисних елементів. Залучення досвідчених архітекторів та інженерів, які володіють знаннями сучасних технологій та українських норм, є ключовим для створення енергоефективних та комфортних будівель.