Проблема повышения теплоизоляционных качеств крыш актуальна в настоящее время. Совмещенные невентилируемые крыши с рулонными кровлями, которые эксплуатируются уже более 40 лет, возводились более чем на 70 % всех жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Недолговечность таких кровельных покрытий и образование течей в них вынуждали постоянно осуществлять ремонтные работы, заключающиеся в наклейке дополнительных гидроизоляционных ковров из рубероида.

Однако увеличение общей толщины кровельного рулонного ковра вызывает потерю его эластичности: он все больше подвергается температурным деформациям, сопровождающимся еще более интенсивным образованием трещин и разрывов, нарушением герметичности и переувлажнением утеплителя крыши; уровень теплозащитных качеств низок.

При замене кровли вокзалов, музеев, мастерских, оранжерей и зимних садов рациональнее укладывать стеклянные крыши. Стеклянные кровли кроме прямого назначения — максимально осветить соответствующую площадь — служат украшением зданий. Иногда остекления просто необходимы, даже с техникоэкономической точки зрения некоторые общественные здания и надстройки при их реконструкции рационально венчать прозрачными кровлями, причем используя специальные, например теплозащитные, стекла.

Для устройства светопрозрачных кровель, в том числе и при реконструкции зданий и сооружений, часто используют стеклопрофилит, стеклопакеты, а также стеклоблоки, при этом благодаря внедрению нанотехнологий светопрозрачные кровельные изделия и конструкция совершенствуются ежегодно.

Стеклоблоки (стеклянные блоки) — это герметически закрытые полые стеклянные коробки с гладкими наружными и ребристыми внутренними поверхностями. Они характеризуются высокой светопропускающей способностью, а также приемлемой тепло- и звукоизоляцией. Используются, как правило, для устройства наружных и внутренних вертикальных ограждений.

В последние годы стеклоблоки становятся все более востребованным продуктом на рынке строительных материалов, а потому основные производители, среди которых Чехия, Италия, Китай и Россия, начали выпуск данного изделия в различных вариациях по габаритам, цветовой гамме, декоративности и светопропускаемости.

Как показывает опыт эксплуатации, стеклоблоки китайского и особенно чешского и российского производства теряют свои прочностные характеристики при резком перепаде температур, в связи с чем их обычно используют для вертикальных ограждающих конструкций, размещаемых внутри помещения. Для устройства светопрозрачных кровель применяют итальянские стеклоблоки, которые отличаются легкостью и декоративным изяществом.

Итальянские стеклоблоки Vetroarredo, выпускаемые компанией Gruppo Seves, являющейся мировым лидером в данном сегменте производства, и ее филиалом Seves Glassblock, стали всемирно известным брендом благодаря своей прочности, долговечности, внешнему декоративному оформлению и соответствию мировым стандартам качества. Обладая уникальными характеристиками, эта продукция не имеет аналогов.

Основными параметрами, лежащими в основе классификации стеклоблоков строительного назначения, в том числе используемых для светопрозрачных покрытий, выступают размеры, материал изготовления, цветовая гамма, вид поверхности, форма и светотехнические свойства.

Разновидность стеклоблоков по вышеуказанным параметрам на примере торговой марки Vetroarredo приведена на рис. 1.

Стеклопрофилит являет собой новинку в области ограждающих кровельных конструкций для промышленных и гражданских сооружений. Это прокатное профильное стекло коробчатого и швеллерного сечения.

Для ограждения перегородок и различных световых проемов стеклопрофилит использовался еще в СССР. В этих целях было налажено производство стеклопрофилита коробчатого сечения длиной 5 м и швеллерного сечения длиной 7 м. Благодаря достаточной прочности и жесткости профилитом можно заполнять любые светопропускающие проемы без переплетов.

Для ограждения больших проемы по длине и высоте профильное стекло собирают из отдельных секций в панели необходимых размеров, соединяя секции эластичными прокладками из морозостойкой резины, мастиками — специальными замазками или клеями. Мастики-замазки носят универсальный характер и могут применяться в том числе и для надежного крепления фальцев стеклопрофилита.

Рис. 1. Разновидности стеклянных блоков торговой марки Vetroarredo 

К настоящему времени для вертикальных наружных ограждений и покрытий разработаны конструкции стекложелезобетонных панелей.

Несмотря на то что для устройства кровли аналогичные конструкции пока отсутствуют, представляется возможным их разработать, ведь они обладают высокой степенью технологичности выполнения работ.

Для создания кровельных прозрачных покрытий из стеклопрофилита самыми востребованными являются изделия производства немецкой компании Pilkington.

Стеклопрофилит торговой марки Pilkington Profilit™ отличается многофункциональностью и носит универсальный характер. Для создания кровель различных видов компания Pilkington Bauglasindustrie выпускает модульные системы с различными комбинациями используемых материалов.

Это профили шириной 232…498 мм, с высотой фланцев 41…60 мм и двумя вариантами по толщине (6 мм и 7 мм). Так как стеклопрофилит является прокатным стеклоизделием, его длина может быть различной и определяется конструктивными особенностями возводимого сооружения или желанием заказчика, при этом с стандартная длина стеклопрофилита 7м.

Кроме того, за счет возможности вставки проволочных конструкций, помимо стандартного варианта, имеется вариант прозрачного стекла (без орнамента 504) Pilkington Profi lit™. Прозрачность стеклопрофилита измеряется постоянным высоким показателем передачи света, который составляет 86 % в случае одинарного остекления, и 75 % — в случае двойного.

Pilkington Profi lit™ применяют для вертикального остекления крыш. Конструкция вертикального остекления крыш приведена на рис. 2, внешний вид конструктивной системы из стеклопрофилита Pilkington Profi lit™ рис. 3.

Стеклопакеты. Для получения надежной стеклянной кровли чаще всего применяют однокамерные стеклопакеты (рис. 4), поскольку двухкамерные обладают значительно большей массой, хоть и отличаются более высокими показателями по теплоизоляции.

Рис. 2. Схема конструктивной системы из стеклопрофилита Pilkington Profilit™

Рис. 3. Внешний вид конструктивной системы из стеклопрофилита Pilkington Profilit™

Рис. 4. Фрагмент кровли из стеклопакетов

Однокамерные кровельные стеклопакеты изготавливают из многослойного стекла, которое предварительно закаляют с наружной стороны в специальных условиях. Такие стеклопакеты являются дорогостоящими, однако высокая цена оправдывается надежностью и безопасностью эксплуатации.

Существуют также структурные стеклопакеты, в которых не используются наружные крепежные элементы, благодаря чему возможно применение таких стеклопакетов для создания гладкой стеклянной поверхности.

Для производства структурных стеклопакетов используют многослойное стекло, при этом размеры внутреннего слоя меньше, чем размеры наружного. С внутренней стороны выполняют крепление отдельных стеклопакетов между собой посредством морозоустойчивого клеящего герметика, тогда как снаружи они просто примыкают друг к другу (необходимость в наружных прижимных планках отсутствует), тем самым создавая визуальный эффект целостности стеклянной кровли. В основном из подобных изделий строятся архитектурные объекты в стиле хай-тек.

Прочность кровли из стеклопакетов определяется несущим (рамным) каркасом — из алюминиевого, стального или комбинированного (алюминий + сталь, алюминий + дерево) профиля. При выборе конструктивной системы руководствуются формой, размерами и эксплуатационными характеристиками самой кровли. Алюминиевый профиль целесообразен при устройстве небольшой по размерам кровли и при условии отсутствия существенных снеговых нагрузок.

Использование стального профиля сопряжено с устройством надежной, однако трудозатратной с точки зрения эксплуатации кровли, поскольку с течением времени сталь подвергается коррозии, что требует периодического нанесения антикоррозийного покрытия. Так как еще одним недостатком стального профиля является большой вес, зачастую сталь используют в сочетании с алюминием. На рис. 5 представлены алюминиевая и комбинированная (алюминий + сталь) рамные несущие системы кровли из стеклопакетов, примененные при строительстве здания торгово-развлекательного центра.

Для устройства светопрозрачной кровли объекта были использованы однокамерные стеклопакеты, которые перекрывают как наклонные, так и вертикальные поверхности (рис. 6).

а                                                                                                                                  б

Рис. 5. Несущие конструктивные системы для кровли из стеклопакетов торгово-развлекательного здания «Меркурий» в Волгограде: а — комбинированная; б — алюминиевая

Рис. 6. Конструкция стеклопакета с наклонной и вертикальной направленностью

На российском рынке производства однокамерных стеклопакетов, предназначенных для светопрозрачных кровель, представлены практически все известные в мире технологии, а именно:

• технология двухстадийной герметизации (используемая большинством производителей);
• технология с применением ленты Swiggle Strip;
• технология TPS (Thermo Plastic Spacer);
• технология Heat Mirror («Тепловое зеркало»); стеклопакеты с электронагревом;
• вакуумные стеклопакеты.

Климатические условия некоторых областей нашей страны предусматривают использование оконных стеклопакетов с электроподогревом. Зимой использование изолированного стекла с нагревательными элементами уменьшает нагрузку на конструктивные элементы и поддерживает светопрозрачность покрытия. Электроподогрев выполняется тонкими металлическими нитями, включенными во внешний контур стеклопакета, и управляется автоматическим датчиком, который включает нагревание при наличии снега на нем и выключает, когда снег стает.

Кроме вышеуказанных материалов, при ремонте или замене светопрозрачных кровель используют также следующие инновационные изделия и конструкции.

Стеклянная черепица. Считается, что это новый материал, хотя в России стеклянные черепицы начали использовать со второй половины прошлого века. Инновационность заключается в ее энергосбережении. Любой материал, изделие, любая технология по прошествии определенного этапа своего жизненного цикла усовершенствуется, приобретая новые качественные характеристики, технологические и эксплуатационные свойства.

Итак, современная стеклянная черепица — это энергосберегающий материал. Она способна аккумулировать всю солнечную энергию, которая на нее попадает, и передавать ее на обогрев воды и систем отопления, в независимости от того в каких климатических районах построены такие дома, в южных солнечных или наоборот. При этом необходимо соблюдать необходимый уклон крыши, и желательно, чтобы крыша была сориентирована на южную сторону. Достичь этого можно, если использовать при устройстве кровли другие виды черепицы.

Стеклянная черепица изготавливается из ударопрочного стекла, ее вес соответствует весу глиняной черепицы. Размер и форма стеклянной черепицы подобраны так, что она легко стыкуется с керамической черепицей и может использоваться на крыше частично.

На рынке строительных материалов более десяти лет и единственным изготовителем является шведская компания SolTech Energy, несмотря на то что стеклянная черепица имеет популярность в таких странах, как Канада, США, Испания, Португалия.

В России также планируется использование энергосберегающих технологий шведской компании SolTech Energy. В частности, при строительстве домов экопарка в Суздале будет использована стеклянная черепица, которую можно подключить к водяной системе отопления, а также к газовому котлу или электрическому бойлеру, тогда она сможет обеспечить дом теплой водой (например, нагреть воду для бассейна).

Стеклянная черепица является составляющей одной из трех возможных систем:

Soltech Alfa™ — воздушная тепловая система, предназначенная для воздушного отопления дома на базе низкотемпературных систем вентиляции.

Soltech Σigma™ — солнечная тепловая система для обычных водных систем отопления и подогрева воды для повседневных нужд.

Soltech Power™ — система, генерирующая электричество для выработки электроэнергии с использованием солнечных фотогальванических панелей.

Все системы похожи по внешнему виду, имеют одинаковую прочность, и их можно комбинировать между собой.

Принцип работы: солнечные лучи без препятствий проходят через черепицу и задерживаются на специальных поверхностях, которые поглощают энергию солнца. Дальше энергия перерабатывается в зависимости от потребностей жильцов. Вырабатываемую солнечную энергию можно интегрировать с существующей отопительной системой здания или использовать для электросети.

Итак, стеклянную черепицу используют для улучшения освещения чердачных помещений. Установка выполняется так же, как и при других видах черепицы. Плитки черепицы укладываются поверх черного нейлона. Для проникновения теплого воздуха в помещение под нейлоном устанавливают вентиляционные отверстия. После установки этой черепицы она сама будет обогревать дом и не придется тратить деньги на обогревательные приборы.

Производители утверждают, что черепица может производить до 350 кВт тепла на 1 м² .

Достоинства стеклянной черепицы: материал устойчив к ультрафиолетовому излучению и коррозии, не подвергается старению. Это более надежная защита от проникновения влаги. Наибольший эффект от такой крыши можно получить, если она установлена с южной стороны. Зимой на такой крыше никогда не будет собираться снег, так как за день она накапливает в себе столько тепла, что даже ночью ее поверхность остается теплой (и в пасмурные дни тоже), а потому снег на ней растает и не задержится.

Недостатки стеклянной черепицы: высокая стоимость кровли и большой вес.

Технология устройства аналогична технологии устройства керамической черепицы и требует высокого мастерства монтажников-кровельщиков. При этом вся поверхность крыши полностью застилается плотным слоем черного нейлона, на который уже непосредственно и выкладывают саму стеклянную черепицу. Процесс выкладывания подобной черепицы ничем не отличается от процесса укладки глиняной черепицы.

Единственный момент, на который стоит обратить внимание, заключается в том, что под стеклом остаются зазоры, где собирается воздух. Днем, когда солнечные лучи нагревают поверхность стекла, вместе с ним начинает нагреваться и воздух, который, в свою очередь, нагреет используемый в доме теплоноситель. Теплоноситель может быть подключен не только к центральному отоплению, но и к системе «теплый пол».

Светопрозрачный шифер из поликарбоната имеет монолитную, профилированную, канальную и сотовую структуры. Последний вид поликарбонатного шифера обладает особой прочностью и повышенной устойчивостью к нагрузкам, в том числе к ветру. Материал является химически устойчивым. Срок эксплуатации кровли из прозрачных листов поликарбоната от 15 до 30 лет.

При устройстве кровель из поликарбоната необходимо уплотнить стыки между листами специальными уплотнительными лентами, которые изготавливают преимущественно из силиконовой резины. При использовании других материалов нужно обратить внимание на то, чтобы в составе отсутствовали амины и бензамиды, так как разрушают структуру сотового поликарбоната. Уплотнение силиконовой резиной позволяет избежать образованию мостиков холода. Сотовый поликарбонат обладает хорошими теплоизоляционными характеристиками. Лист толщиной 4 мм удерживает такое же количество тепла, как и двойной стеклопакет.

Технология монтажа односкатных, двухскатных и арочных кровель несложная, и различают два метода монтажа — «сухой» и «влажный» («мокрый»).

Листы сотового поликарбоната монтируют различными способами, их можно склеить или соединить с помощью профилей. На  рис. 7 и 8 приведены схемы сборки монтажа через соединительный (неразъемный) и разъемный профили.

Рис. 7. Монтаж сотового поликарбоната через соединительный (неразъемный) профиль: 1 — несущее основание; 2 — сотовый поликарбонат; 3 — саморезы с термошайбой; 4 — перфолента; 5 — торцевой профиль

Неразъемные поликарбонатные профили не являются несущими элементами. Монтаж осуществляется путем протягивания цельного профиля между смежными листами поликарбоната (см. рис. 8).

Рис. 8. Монтаж сотового поликарбоната через разъемный профиль: 1 — несущее основание; 2 — сотовый поликарбонат; 3 — база разъемного профиля; 4 — крышка разъемного профиля; 5 — саморезы с термошайбой; 6 — саморез кровельный; 7 — перфолента; 8 — торцевой профиль

Соединительный разъемный профиль состоит из базовой нижней части и верхней крышки, которая защелкивается после вставки листов сотового поликарбоната на базовую часть, закрепленная к несущему основанию. Для подобных профилей используются листы толщиной 4…20 мм. Конструкции из них более прочные за счет большого количества ребер жесткости.

Самыми надежными конструкциями из сотового поликарбоната являются конструкции с применением алюминиевых профилей (рис. 9), так как срок службы по сравнению с другими профилями максимальный.

Рис. 9. Монтаж сотового поликарбоната с использованием алюминиевого профиля: 1 — декоративная крышка; 2 — верх алюминиевого профиля; 3 — уплотнительная резина; 4 — лист сотового поликарбоната; 5 — резиновый уплотнитель; 6 — саморез кровельный; 7 — перфолента; 8 — торцевой профиль; 9 — несущее основание

Последним нововведением для кровельного остекления является шифер из многослойного сотового поликарбоната израильского концерна PALRAM, толщиной 8, 10, 18 и 20 мм, имеющий двухстороннею ультрафиолетовую защиту. Разработанная концерном кровельная самокрепящаяся система SUNPAL способна выдерживать температурный режим в диапазоне –50…+120 °С. Листы между собой соединяются с помощью поликарбонатных и алюминиевых профилей, концы которых с помощью заглушек закрываются. Система называется самокрепящейся, так как фиксируются без сверления. Высокое качество, светопропускаемость, надежность, герметичность системы, ударостойкость панелей, технологичность выполнения работ (легко сгибается и монтируется) позволяют использовать панели при строительстве спортивных, торговозрелищных сооружений, павильонов, крытых рынков и переходов, станций технического обслуживания и др. зданий и сооружений.

Следует учитывать, что в зимний период серьезную опасность представляет образование сосулек на крышах зданий. Причиной тому является тот факт, что утеплитель в чердачном помещении обычно слеживается и отсыревает, температура там довольно высокая, и, как следствие, снег под действием тепла превращается в лед. Решение проблемы заключается в регулировки температурновлажностного режима чердачных помещений при реконструкции.

Поверхность утеплителя следует защищать специальной стяжкой — «коркой». Обязательным требованием является прокладка дощатых настилов для прохода. Для нормализации температурновлажностного режима чердака устраивают продухи, при этом важно, чтобы их площадь вместе с площадью проемов слуховых окон превышала 1/300 площади чердачного помещения. Вне зависимости температуры наружного воздуха температура воздуха чердачного помещения не должна быть выше 2 °С. При замене кровельного покрытия следует устраивать щелевые продухи; все остальные вентиляционные устройства выступают лишь как дополнения к щелевым. На каждом чердаке или его части должен быть оборудован лаз на кровлю; следует учитывать его как приточный продух. Если установка вытяжных устройств по какой-либо причине затруднена или невозможна, допускается использовать в качестве вытяжек лазы и слуховые окна.

Между тем на скатных крышах площади проемов слуховых окон малы для вентиляции, а щелевые, прикарнизные и накладные продухи не всегда выполнимы. Поэтому для интенсификации вентиляции чердака обращаются к проверенному на практике способу — использованию старых домовых труб. Для этого достаточно заглушить трубу в основании, сделав сбоку проем с решеткой. Тяга такого приспособления выше, чем традиционных продухов.

Совмещенные крыши на зданиях представляют собой кладовые с огромным запасом ценнейшего битумосодержащего сырья. Разработаны машины и технологии для механизированного удаления старых рулонных кровельных ковров с последующим измельчением их отходов в порошок для возможности вторичного использования в качестве связующего материала в различных битумосодержащих смесях.