Влияние различных видов специализированного стекла на рост растений внутри помещений

Один из первых вопросов, на которые обязательно придется отвечать дилеру на презентациях энергосберегающего и солнцезащитного стекла: «А пропускает ли оно ультрафиолетовые лучи?». На этот вопрос иностранцы обычно с гордостью отвечают, что не пропускает, и делают ошибку, поскольку дальше дискуссия переходит с вопроса о функциональных качествах стекла на вопрос о необходимости ультрафиолетовой радиации в помещениях (одним из постоянных аргументов является потребность растений в невидимых лучах). Но не следует делать из категорических ответов поспешных выводов – в странах ЕЭС этот вопрос уже давно серьёзно исследуется.



Причиной внимания к данному вопросу стало применение тепло- и солнцезащитных стёкол в зимних садах. Порядок сбережения тепла WSchV (1995) предписывает ограничивать потери тепла путём излучения в целях уменьшения годичного потребления энергии зданием. Здесь особую роль играют физические свойства остекления. До двух третьих потерь тепла через стеклопакеты составляют потери посредством излучения, причём потери посредством теплопередачи и конвекции составляют не более 40%. Введение дополнительных камер влияет только на потери посредством теплопередачи и конвекции и после необходимого предела становится неэффективным. Уменьшение теплопотерь в стеклопакетах излучением является основным направлением их совершенствования.

Теплозащитными называются стеклопакеты с улучшенным сопротивлением теплопередаче, понижающим потери тепла. Солнцезащитные препятствуют проникновению лучистой энергии извне внутрь помещения. Основное их отличие – оптические свойства применяемого стекла.

Потребление света растениями

Фотосинтез растений зависит от температуры, воды, углекислого газа и, прежде всего, света. С помощью фоторецепторов (хлорофилл, каротин) они поглощают излучение и употребляют эту энергию для роста. Из рисунка 1 видно, что растения используют для фотосинтеза излучение с длиной волны от 400 до 720 нм. Этот участок спектра называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР).


Рис 1. Поглощение света различными видами растений

Большинство растений имеют максимум восприятия в синем (400-500 нм — каротин) и красно-оранжевом (600-700 нм – хлорофилл (Рис 2. график III)) участках спектра. Зелёный свет поглощается растениями меньше – около 50%, поэтому человек видит большинство растений зелёными – в зелёном свете лежит максимум отражения.


Рис. 2. Восприятие света: I – колбочками сетчатки человеческого глаза (дневное зрение), II – палочками сетчатки человеческого глаза (сумеречное зрение), III – хлорофиллом.

Невидимые лучи (инфракрасные и ультрафиолетовые) на процесс фотосинтеза непосредственно не влияют и к ФАР не принадлежат. Их значение заключается в другом: они необходимы для других видов, образующих с растениями биогеоценозы, они регулируют температуру воздуха и поверхностей, убивают патогенные микробы, инициируют синтез пигментов в листьях и лепестках цветов.


Оранжереи строятся уже давно, но лишь в последние десятилетия появилась возможность научно сформулировать требования к их остеклению. Пальмовая оранжерея в Кью (1844-1848) Децимуса Бартона и Хрустальный дворец в Лондоне (1854) Джозефа Пакстона были остеклены одинарным листовым стеклом

В зависимости от биологического вида и других факторов каждое растение имеет своё минимальное потребление света (точка компенсации) для обеспечения роста и предел насыщения светом, после которого не наблюдается дальнейшее увеличение фотосинтеза.

Растения можно классифицировать по типам потребления ими ФАР:

1) От сельскохозяйственных культур, выращиваемых в парниках, требуется наибольший рост для получения большего урожая и, соответственно, они должны быть обеспечены ФАР в полной мере. По исследованиям голландских учёных, уменьшение светопропускания стекла на 1% уменьшает общий вес урожая на 0,5%.

2) При выращивании цветов на продажу основным критерием является не масса, а желаемый цвет лепестков и листьев, что открывает широкое поле для экспериментов с различными типами спектра ФАР и ультрафиолетовой радиации.

3) Декоративные растения, применяемые для озеленения интерьеров, должны быть обеспечены ФАР не ниже точки компенсации, что обеспечит их здоровый рост. Различным видам растений требуется освещение интенсивностью от 2 до 8 Вт/м² (500-2000 люкс). Некоторым особо светолюбивым растениям требуется 10-20 Вт/ м² (25 000 – 50 000 люкс). Подвергать «незакалённые» комнатные растения интенсивному воздействию ультрафиолетовой радиации нежелательно. Под действием ультрафиолетовых лучей хлорофилл в листьях распадается и вытесняется антоцианами — жёлтыми и красными пигментами.

4) Декоративные растения, применяемые для озеленения интерьеров, должны быть обеспечены ФАР не ниже точки компенсации, что обеспечит их здоровый рост. Различным видам растений требуется освещение интенсивностью от 2 до 8 Вт/м² (500-2000 люкс). Некоторым, особо светолюбивым, растениям требуется 10-20 Вт/ м² (25 000 – 50 000 люкс). Подвергать «незакалённые» комнатные растения интенсивному воздействию ультрафиолетовой радиации нежелательно. Под действием ультрафиолетовых лучей хлорофилл в листьях распадается и вытесняется антоцианами — жёлтыми и красными пигментами.

5) Редкие растения-эндемики, живущие в природе, только при специфических условиях, при выращивании их в помещениях в научных или декоративных целях должны обеспечиваться спектром ФАР и невидимой радиации, характерным для их родных экосистем или специально заданным спектром в процессе эксперимента.

Спектральная проводимость различных видов специального стекла

Первичное назначение светопрозрачных конструкций – освещение помещений дневным светом. Поэтому, выбранный для них материал — стекло — в первую очередь прозрачен именно для видимого света. Различные виды стёкол имеют разные спектры светопропускания (Рис. 3) в целом более или менее подобные спектру восприятия человеческого глаза (Рис. 2. график I). Чем ближе их сходство, тем выше коэффициент цветопередачи стекла (Ra): достаточно высокий у отражающих солнцезащитных стёкол с твёрдыми покрытиями, средний у тонированных в массе поглощающих стёкол и низкий у декоративных триплексов или витражей. У теплозащитных стёкол Ra не отличается от обычного прозрачного флоат-стекла. В области спектра солнечной радиации их светопропускание также мало отличается от обычного стеклопакета, пропускающего 19-22% ультрафиолетовой радиации – однокамерный и 9-11% двухкамерный.

Спектрально-селективные солнцезащитные стёкла практически непрозрачны для невидимых лучей, а в области видимого света имеют высокий коэффициент цветопередачи и пропускание 20-70%. Пропускание света триплексами мало отличается от пропускания стеклом, применённым в составе триплекса. Но поливинилбутиловая плёнка делает их практически непрозрачными для ультрафиолетовых лучей. Применение триплекса обосновано европейскими требованиями безопасности в целях предотвращения выпадения из окон высотных зданий и осыпания осколков зенитного остекления (с отклонением от вертикали более 10%).

В нашей стране такие нормативы пока не приняты, и осыпание осколков предотвращается, как правило, проволочными сетками. Осветлённое стекло (механически и химически очищенное), например, EuroWhite (Euroglas), Diamant (SaintGobaine), ExtraClear (Guardians), имеет светопропускание 91-92%, Ra порядка 99-100% и пропускание ультрафиолетовой радиации 73-84%. Основное его применение – пуленепробиваемые триплексы, вследствие большой толщины неизбежно теряющие прозрачность и энергоэффективные здания для экономии энергии в которых в зимнем режиме эксплуатации важную роль играет парниковый эффект – пассивное солнечное отопление (Рис.3).


Рис. 3. Пропускание солнечной радиации осветлённым стеклом

Для помещений с растениями пригодны стёкла со светопропусканием не менее 50-55% (Рис. 4, красные и зелёные графики).


Рис 4. Пропускание света различными тепло- и солнцезащитными стёклами

Всеволод Буравченко, архитектор