ОБЗОР. Международый опыт использования стекла в стеклопакетах

Уменьшение теплопотерь через оконные проемы достигается прежде всего простым увеличением количества стекол в конструкции (одно, двух и т.д. камерные стеклопакеты). В двухкамерном стеклопакете снижение величины конвективной составляющей теплообмена по сравнению с однокамерным при равной толщине вакуумной прослойки. Дополнительного снижения можно достигнуть при использовании газа с низкой теплопроводностью — криптона, аргона (Таблица 1).

Таблица 1. Значение коэффициента теплопроводности в стеклопакетах различной конфигурации.

Снижение радиационной составляющей теплопотерь достигается благодаря использованию селективного напыления металлического (оксидного) покрытия на поверхность стекол. Такое покрытие имеет низкий коэффициент отражения образующейся пленки, частную зависимость с максимумом в ИК-диапазоне.
Как правило, в Украине используются конструкции стеклопакетов из флоат-стекла в однокамерном исполнении с воздушной прослойкой. Такая конструкция позволяет иметь коэффициент термосопротивления не более 0,7 м²/Вт. Дальнейшее увеличение термосопротивления — за счет использования стекол с покрытием и заполнением воздушной прослойки газами.
В Украине действуют опытные и опытно-промышленные установки для нанесения покрытий типа Low-E — Институт сварки НАН Украины, ЗАО “Стеклотон”, АО “Пластмаш”, “Стример”, золь-гель технологии — УкрГИС, производство теплопоглощающего стекла, окрашенного в массе, на ЗАО “Лисичанский стеклозавод “Пролетарий” и Львовском мехстеклозаводе и более 500 предприятий различной формы собственности по производству стеклопакетов.

Таблица 2. Сравнительная характеристика стекол без покрытия и с покрытием.

Для выбора направлений создания энергосберегающих и специальных оконных конструкций выполнен анализ свойств и принципа действия стекол с покрытием производства различных зарубежных фирм-импортеров.
За последние годы в строительстве и остеклении транспорта стало широко использоваться листовое стекло с разнообразной свето- и теплопрозрачностью. Это стекло имеет различные оттенки и низкую излучательную способность, его получают путем введения в состав специальных красителей, либо нанесением на поверхность разнообразных пленочных покрытий. Последние могут быть реализованы на установках с использованием специального оборудования и химических реактивов физическим и химическим способом. Как правило, за рубежом все вновь вводимые и реконструированные объекты остекляются стеклопакетами. В последних достаточно широко используются все виды стекол с покрытиями, а также различное сочетание нескольких типов стекол. В США в стеклопакетах применяют, помимо обычных стекол с покрытиями, аналогичные закаленные стекла (более 20%). Это придает конструкции (а последнее время площадь остекления объектов достигает 85%), помимо регулирования свето- и теплообмена в системе объект-окружающая среда, значительно улучшенные механические характеристики.
По условиям зарубежных фирм появление загрязнения и конденсата в стеклопакетах возможно не ранее, чем через 5-20 лет. При этом затраты окупаются через 8-10 лет эксплуатации стеклопакета. Поэтому представляет определенный интерес рассмотрение видов стекол, поставляемых на рынок, и оценка их свойств.
Впервые стекла с вышеуказанными свойствами появились в 60-е годы. Такие стекла создавали внутри помещений комфорт, улучшали дизайн, экономили энергоресурсы на кондиционировании за счет снижения пропускания солнечного светового и теплового излучения. При этом стекло нагревается в меньшей степени, чем теплопоглощающее, что облегчает их эксплуатацию и расширяет сферу применения.
Исследованиями установлено, что если через теплопоглощающее стекло, окрашенное в массе, в помещение проникает в среднем 64% солнечной энергии (теплопоступление снижается в 1,3 раза), то через солнцеотражающие стекла, например, “Соларкул” (США, фирма PPG) — 39%, что обеспечивает снижение в 2,2 раза.
В 70-х годах в Европе, а в 1983 г. в США, освоили выпуск теплоизолирующих стекол — стекол с покрытием, обладающих низкой излучательной (эмиссионной) способностью типа Low-E. Такие стекла пропускают в помещение извне коротковолновую часть солнечного спектра и одновременно задерживают (отражают) длинноволновое тепловое излучение от всех предметов, находящихся внутри помещения. Это обеспечивает сокращение потерь тепла в зимнее время. В летнее время солнечный свет проходит в помещение, но длинноволновая ИК составляющая излучения солнца от окружающих объектов отражается, что обеспечивает снижение температуры в помещении, а соответственно, и расходов на кондиционирование. Если в США в 1986 году производство такого стекла составляло 14 млн. м²/год, то в 2000 году — более 37 млн. м²/ год.
Как правило, покрытие типа Low-E состоит из трех слоев — адгезионного оксидно-металлического слоя (SnO2 Bi2O3, ZnO); основного слоя — серебра; и защитного оксидно-металлического, аналогичного адгезионному слою, обеспечивающих светопропускание стекла и внешнюю декоративность.
Металлические и оксидно-металлические покрытия получают методом вакуумного магнетронного напыления и пиролиза.
При первом (основном) способе — лист стекла с предварительно подготовленной поверхностью помещают в вакуумную камеру, снабженную специальным катодом с системой подачи на него отрицательного потенциала. Создание вакуума способствует образованию (“зажиганию”) плазмы. Положительные ионы газа из горячей плазмы притягиваются к отрицательно заряженной мишени, представляющей собой источник металлизирующего покрытия. Положительные заряды, ударяясь о мишень, выбивают атомы, осаждаемые на поверхности стекла, формируя покрытие.
Ведущими фирмами по производству такого стекла являются “Лейбольд Хереус”, “Интерпап” (Германия), “Энрко Тенескал” (США), обеспечивающие производство стекла в технологической линии.
В ряде технологий для увеличения до 50% эффекта теплоизоляции, за мишенью устанавливается магнитная система, создающая магнитное поле, которое захватывает вторичные электроны из поверхности катода. По этому способу работает, например, фирма “Пилкингтон Бразерс” (Великобритания). Фирма “Интерпап”, в отличие от фирмы “Энрко Тенескал” и “Лейбольд Хереус”, работает только в периодическом режиме.
Стекла с таким покрытием, иначе называемым “мягким”, обладают высоким качеством, но для них ограничен срок хранения (из-за наличия влаги, и т.д. и низкой адгезионной прочности) — они требуют аккуратного и тщательного обращения при изготовлении стеклопакетов.
Необходимо отметить, что при температуре более 150°С наблюдается снижение свойств стекла с покрытием.
Покрытие типа Solar-Control обеспечивает снижение излучательной способности и используется в регионах с низкой температурой. За счет наличия покрытия интегральная составляющая светопропускания видимого света снижена на 8-10%. При этом величина эмиссии составляет 0,3-0,35. Окраска стекла с покрытием — от желтого до бронзового цвета.
Оборудование для производства данного типа покрытия выпускает фирма Ley. За счет применения автоматики обеспечивается высокая степень воспроизводимости свойств и равномерность нанесения, при этом выбор видов наносимых веществ весьма широк: от металла до оксидов. На данном оборудовании производятся также противоотражающие и контрастные покрытия для мониторов и телевизоров. Чередование слоев металла и оксида позволяет уменьшить толщину слоев и их количество для получения необходимых противоотражающих свойств. В таблице 2 приведена характеристика флоат-стекла и стекла типа Low-E.
Характеристика установки: