Характеристики изолирующих стеклопакетов:
исследование стойкости и надежности за 25 лет (1980-2005)

Исследование было сужено для получения данных количества ИСП, имеющих визуальные повреждения из-за разгерметизации межстекольного пространства или разрушения уплотнителей путем визуального инспектирования (в том числе при максимально низкой температуре) более чем в 140 зданиях в различных климатических зонах США и сравнения результатов с классификацией по стандарту ASTM.
В выбранных зданиях были установлены ИСП согласно трем классификационным категориям. Полевое инспектирование для получения данных проводилось через разные промежутки времени. Эта статья представляет обзор исследования и иллюстрирует результаты двадцатипятилетней работы, завершившейся в 2006 году. Включены данные, полученные в разных условиях эксплуатации систем остекления, при разном расположении, типах примененных уплотнителей, и данные, показывающие диапазон изменения условий для разрушений, который принят в классификации лабораторных испытаний, но при реальных условиях эксплуатации.
Второе исследование, данные которого тоже приводятся, охватывало более 14000 ИСП по категории CBA, оно было начато в 1990 и завершено в 2005 году. Дополнительно представлена информация, которая важна для продолжения использования ИСП для энергосбережения и оценки долгосрочной стойкости и надежности ИСП в эксплуатационных условиях Северной Америки.
Исследование первоначально спонсировалось SIGMA и Департаментом гражданского строительства и развития городской инфраструктуры (Department of Housing and Urban Development, HUD) правительства США и продолжилось до завершения при поддержке Альянса производителей ИСП (Insulating Glass Manufacturers Alliance, IGMA), США.

Введение
Проектом предполагалось оценить результаты сертификации ИСП. Одним из шагов в этом направлении стали натурные исследования сертифицированных ИСП в соответствии с требованиями стандарта ASTM E 774 “Standard Specification for the Классification of the Durability of Sealed Insulating Glass Units” (Стандартная спецификация для классификации долговечности изолирующих стеклопакетов с уплотнениями). Стеклопакеты сертифицировались по классам стандарта C, CB и CBA.
Полный отчет об исследованиях за 25-летний период обобщает данные нескольких важных тем. Первая относится к описанию методов испытаний по ASTM E 773 и спецификации по E 774, имеется раздел, описывающий системы уплотнения, географические области и климатические зоны по данному исследованию, разделы по системам остекления. Вторая часть посвящена только данным изучения ИСП класса CBA за 15 лет и за 25 лет, имеется сводка данных за период с 1980 по 1990 г., комментарии и выводы, рекомендации для будущих исследований.

Описание стандартов E773 и E774 и методов инспектирования
Стандарт ASTM E 773 описывает метод ускоренного климатического испытания ИСП в сборе с уплотнителями. Стеклопакеты подвергаются воздействию влаги при температуре 60±3°C и относительной влажности 95±5%. Эти же ИСП подвергаются ускоренному воздействию климатической знакопеременной нагрузкой в климатических испытательных камерах путем воздействия от низкой температуры (–31±3°C) через точку выпадения инея до комнатной (+18±3°C) и затем до высокой и обратно за шесть часов в течение одного цикла испытаний.
Один этап цикла температурного нагружения длился 1 час ± 5 минут. Температура поднималась от минусовой до комнатной в течение первого 1 часа ±5 минут, а затем еще повышалась в течение следующего 1 часа ±5 минут. Пока температура росла от комнатной до 57±3°C, включались ультрафиолетовые лампы и обильный полив. Полив отключался через 30 мин, чтобы позволить теплу и освещению воздействовать на подъеме температуры до максимума. Максимальная температура и УФ-излучение были включены еще 1 час ±5 минут. За остальное время цикла температура снижалась до исходной отрицательной, и ИСП подвергался замерзанию.

Таблица 1. Требуемая продолжительность воздействия влаги, ВВ (дней) и ускоренное
климатическое испытание, УКИ (число циклов) по Спецификации ASTM E 774

Класс	ВВ (дней)	УКИ (число циклов)	Температура заморозки
C	14	140	–34°C (–30°F)
B	14	56	–29°C (–20°F)
A	14	56	–29°C (–20°F)

Два метода испытаний представляют собой альтернативу и согласно стандарту взаимозаменяемы. В таблице 1 представлено число циклов ускоренного климатического испытания или продолжительность воздействия горячей влаги согласно классам стойкости.
С начала исследования (в 1980 г.) в течение первых семи лет температура заморозки была достигнута на подавляющем большинстве исследуемых образцов (около 2400 ИСП на 140 зданиях в 14 городах страны). Исследование продолжилось путем визуальной инспекции видимых разрушений или нарушений уплотнений за оставшееся число лет для каждой группы ИСП. Инспектирование было проведено восемь раз в первые 10 лет и далее до 15 лет наблюдений. Большинство из исследованных 2400 единиц ИСП было обращено на Юг и Юго-Восток.

Таблица 2

	КЛАСС C	КЛАСС CB	КЛАСС CBA
Всего выбраковано ИСП	69 из 809	8 из 242	26 из 1049
% выбракованных	8,5%	3,3%	2,5%
Общий процент выбраковки — 103 из 2100 = 4,9%

Уплотнения и системы уплотнения
Большинство систем уплотнения, имевшихся в 1980 г. были изучены вместе с ИСП, изготовленными различными производителями. Технологически уплотнители подразделялись на простые уплотнения и двойные уплотнения, состав которых приведен ниже.

Простое уплотнение
— Полисульфид
— Пермапол (Permapol)
— Горячеплавленый бутил

Двойное уплотнение
— Полизобутилен / Полисульфид
— Полизобутилен / silicone
— Полизобутилен / Горячеплавленый бутил
— Горячеплавленый бутил / Силикон

Климатические зоны, охваченные исследованием
Суть исследования заключалась также в охвате климатических условий, присущих всей территории США, включая холодный климат Миннесоты и Висконсина, более умеренный в Огайо и Массачусетсе, жаркие области, как в Атланте и Далласе, очень горячую и влажную зону Флориды, сухой и жаркий климат Аризоны. Ниже дан перечень городов, где в 1980 г. началось данное исследование, охватившее 2400 ИСП в 140 зданиях в следующих 14 местностях:
Бостон, Кливленд, Монтана, Сакраменто, Портленд, Атланта, Миннеаполис, Денвер, Озеро Тахо, Сан-Франциско, Тампа, Даллас, Феникс, Сиэтл.
Следует заметить, что исследованные ИСП были изготовлены примерно 40 производителями и представляли собой разные конструкции в разных архитектурных проектах, но они были промаркированы, как прошедшие испытания в соответствии с классами C, CB и CBA.

Первые десять лет — 1980-1990 гг.
Первые результаты изучения 2100 единиц ИСП начиная с 1980 г. накапливались в течение 10 лет. Таблица 2 показывает результаты от общего числа стеклопакетов и процент выбракованного.
Это по всем видам нарушений. Для двух видов было признано, что система компенсации влажности и удаления конденсата была выполнена неправильно. Если исключить это влияние, то общая выбраковка по классу CBA составила всего 1,2%.
Изученные ИСП были на 40% для жилых помещений, а на 60% — коммерческие системы (офисное и производственное) остекления.

Исследование по классу CBA
В 1990 г. вдобавок к проводимым исследованиям добавилась программа наблюдений за ИСП по классу CBA. Она включала те типы уплотнений и технологий уплотнения кромки, которых еще не было в 1980 г. CBA units only. Новое исследование тоже ориентировалось на визуальную инспекцию “потеющих” и протекающих окон из ИСП. Инспектирование проводилось с очередностью раз в два три года с общей проверкой всех единиц в 1995 г. и далее в 2005 г.
Доля выбраковки за 15 лет из всех задействованных в исследовании 10944 окон составила один (!) процент в 102 зданиях в Огайо, Аризоне, Джорджии, всех Каролинах, Флориде, Висконсине и Миннеаполисе. Это была продукция, сертифицированная по классу CBA of ASTM E 774 от более чем 50 производителей из SIGMA. Часть производителей имела производственные площадки в двух или более климатических зонах.
Шесть типов простых и шесть типов двойных уплотнений были представлены на рынке 1990 года. Часть заводов была оборудована полуавтоматическими производственными линиями, увеличивающими количество выпускаемой продукции и повышающими качество изделий.

Продолжение исследования 1980-1995 гг.
Исследование, начатое в 1980 г., было продолжено еще на пять лет. К этому времени остался доступ к 1952 стеклопакетам (2400 — в 1980 г.). Результаты за 15-летний период приведены в таблице 3.
Сведены все типы ИСП и уплотнений. Удаление данные только для двух типов остекления, имевших известные конструктивные недостатки, дает процент выбраковки CBA лишь 2,9%.

Таблица 3

	КЛАСС C	КЛАСС CB	КЛАСС CBA
Всего выбраковано ИСП	70 из 730	35 из 246	42 из 976
% выбракованных	10,5%	14,4%	4,3%
Общий процент выбраковки — 154 из 1952 = 7,9%

Таблица 4

	КЛАСС C	КЛАСС CB	КЛАСС CBA
Всего выбраковано ИСП	85 из 791	43 из 126	29 из 797
% выбракованных	10,7%	34,1%	3,6%
Общий процент выбраковки — 157 из 1714 = 9,2%

Таблица 5 Общий процент выбраковки — 157 из 1714 = 9,2%

	с1980 г.				с 1990 г.
	25 лет		15 лет		15 лет
	C+CB	CBA	C+CB	CBA	CBA
% отбраковки	14,0%	3,6%	5,9%	1,2%	1,0%
% отбраковки	917	797	786	760	10944

Сводка по классам за 25 лет — 1980-2005 гг.
Всем четвертьвековым исследованием (таблица 4) удалось охватить 1714 изделий (2400 или свыше 71% от начального числа).
Теперь сводка не включает те два неудачных типа остекления (за это время окна были заменены на другие конструкции), то есть цифра 3,6% по классу CBA корректна.

Комментарии и выводы по данному исследованию
Полное исследование включало в себя учет информации об особенностях конструкций конкретных ИСП, типах и материалах уплотнителей, особенностях сертификационных испытаний и прочее. Но главный вывод — только системы, протестированные как системы с повышенными требованиями показывают приемлемые цифры выхода из строя и выбраковки по уплотняющим свойствам. Остальные системы не оправдывают вложенных средств и не подтверждают заявленный срок службы (50 лет).
Тестирование свыше 10000 единиц ИСП класса CBA, начатое в 1990 году, показало, что за первые 15 лет процент выбраковки приблизительно составил 1% за первые 15 лет. Это были изделия от 50 разных производителей, установленные по всей территории США в 102 зданиях во всех климатических зонах.
Основываясь на данных, полученных за 25 лет, следует ожидать, что вследствие превышения величины выбраковки 20% в самое ближайшее время целый ряд, если не большинство, исследованных зданий будет переостеклено владельцами, и будет трудно при продолжении наблюдений сохранить репрезентативность остатка наблюдаемой выборки по климатическим зонам и типам систем уплотнений.
В целом классы C и CB продемонстрировали за 25 лет показатель непригодности (около 14%), который в три-четыре раза превышает цифру для ИСП класса CBA (3,6%). Это ясно показывает, что сертификационные требования к изделиям потребительских классов C и CB явно недостаточны, а видимое завышение и жесткость требований при сертификации для класса CBA оказалось оправданным для рядовых (!) условий эксплуатации.

Заключение о будущих тестах
Будущая работа в рамках исследования по сравнению результатов натурных и ускоренных испытаний ИСП должна будет включать новые технологии уплотнителей. Разработанные после 1990 года или те, которые не вошли в перечень, охваченный данным исследованием. Будущее оценки также должны охватывать газонаполненные ИСП и стеклопакеты, установленные в США и Канаде, но произведенные за пределами Северной Америки.
Заключение о пригодности должно также охватить те погодные зоны, которые охвачены программой энергосбережения Energy Star, спонсируемой правительственным Департаментом энергетики.
Необходимо создать также региональные агентства, которые бы расширили число наблюдаемых изделий во всех климатических зонах без исключения и минимизировали бы усилия и затраты на командировки, позволили бы исследователям больше сосредоточиться на сборе и обработке информации.
Новыми исследованиями предполагается также охватить те изделия, которые были сертифицированы по спецификации относительно нового стандарта E 2190, вступившего в силу по всей территории США.

Общие выводы
Сертификация по классу CBA стандарта ASTM Standard E 774 продемонстрировала многократно более высокий уровень характеристик, чем классы C и CB. Это видно из таблицы 5, содержащей сводные данные по исследованиям программы SIGMA за 15 лет и за 25 лет.
Изделия, сертифицированные по классу CBA, имели отбраковку в 1 и 1,2% за 15-летнюю программу наблюдений, начатых соответственно в 1980 и 1990 гг.
Это показывает, что технологии уплотнителей уровня 1990 года несколько лучше прежних.
Сертификация по классу “морской защиты” CBA в сравнении с классами C и CB, которые декларировались как “для обычных условий” и “улучшенные для всех климатических зон” оказалась ближе к реалиям обычных условий во всех климатических зонах. Частично сертификация по классам C и CB была проведена на том же уровне испытаний, как разработано и для стандарта ASTM E 2190, принятого сейчас к применению на всей территории США и Канады для сертификации ИСП. Эта часть ИСП не была выбракована.
Промышленность по производству стеклопакетов должна быть обескуражена результатами исследований ИСП, особенно тех из них, которые НЕ производились согласно руководству “Североамериканское руководство по остеклению уплотненными изолирующими стеклопакетами для использования в промышленности и жилищах” (“North American Glazing Guidelines for Sealed Insulating Glass Units for Commercial and Residential Use) и имеют размеры уплотняющих раскладок меньшие, чем согласно нормативному сборнику “IGMA Technical Bulletin TB-1201”, а также озабочена отсутствием качественной программы ускоренных испытаний, позволяющей гарантировать действительную долгосрочную надежность, стойкость и стабильность характеристик стеклопакетов.
Пока же ИСП должны сертифицироваться по стандарту ASTM E 2190 (взамен стандартов ASTM E 774 и CGSB 12.8) для гарантирования долгосрочной стойкости от протечек и разгерметизации и размещаться в рамных элементах по требованиям отраслевых стандартов IGMA.

---