ОБЗОР. Международый опыт использования стекла в стеклопакетах

 9 579
Теплопотери через окна составляют до 20% суммарных теплопотерь здания. Для их снижения в течение последних десяти лет активно ведутся работы по таким основным направлениям:
  • разработка составов стекол, окрашенных в массе;
  • разработка технологий и оборудования для нанесения на стекло покрытий с целью снижения радиационной и конвективной составляющей теплопотерь через оконный проем;
  • совершенствование конструкции оконного блока.
  • 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.

    Тип остекления
    Коэффициент
    теплопроводности
    Вт/м2 К
    Двойное
    2,847
    Тройное
    1,810
    Четырехкамерное
    1,328
    Двойное со стеклом, имеющим покрытие из серебра
    1,451
    То же, но с аргоновым заполнением
    1,298
    Тройное со стеклом, имеющим покрытие
    из серебра, и криптоновым заполнением
    0,630
    Четырехкамерный стеклопакет из стекла
    с серебряным покрытием и криптоновым
    заполнением
    0,413
    Двойное с вакуумированием
    0,474
    Тройное с вакуумированием
    0,270

    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.

    Показатель
    Флоат-стекло
    Стекло с
    покрытием
    типа Low-E
    Пропускательная способность, %
    50-60
    30-50
    Отражение (сторона без покрытия), %
    10-20
    15-30
    Коэффициент излучения
    0,1-0,15
    0,2-0,35
    Коэффициент затемнения
    0,5-0,55
    0,24-0,5
    Цвет стороны без покрытия
    от голубовато-
    зеленого
    до серого
    желтовато-
    бронзовый
    Цвет стороны с покрытием
    желтовато-
    голубой
    бронзовый
    Цвет пропускаемого света
    нейтрально
    серый
    зеленовато-
    желтый

    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:

  • линейного типа с электронным управлением;
  • три вакуумные камеры, одна шлюзовая камера;
  • стекло размером 1100 x 2200 мм, толщиной до 10 мм.
    Типы покрытий:
  • теплоизолирующее Low-E;
  • солнцеотражающее Solar-Control;
  • комбинированное с теплоизолирующими и солнцеотражающими свойствами;
  • прозрачные с отражающими и тепло- электропроводящими свойствами;
  • зеркальные и защитные.
    Производительность установки — 145 тыс. м2/год.
    Покрытие на стеклах с низкой эмиссией обеспечивает:
  • сокращение потерь тепла;
  • оптимизацию солнечного тепла;
  • снижение конденсации;
  • снижение холодного излучения и тяги;
  • достаточное светопропускание;
  • в сочетании с солнцеотражающим покрытием — пропускание коротковолновой солнечной энергии и не пропускание из помещения длинноволнового излучения от нагревателей.

    Таблица 3. Стекла с покрытием и их свойства.

    Название фирмы,
    страна-производитель
    Название стекла, тип
    Свойства
    Стекла с теплоотражающим покрытием
    Glaverbel, Бельгия Stoprey Отражает более 70% солнечной энергии
    —”— Stopsol Пропускает видимое излучение до 50%, ИК спектр — 15-20%, наибольшая площадь листа — 4м2
    PPG-Industries, США   Толщина стекла 6,3 мм, размер листов 4,25 х 1,85 м.
    Стекло бесцветное или теплопоглощающее
      Solarcool
    Светопропускание
    Распределение тепловой солнечной энергии, %
       
    %
    пропускание
    отражение
    поглощение
       
    39
    45
    30
    35
       
    21
    26
    30
    44
       
    18
    33
    30
    37
      LHR Покрытие для стекол с последующей закалкой
       
    50
    53
    26
    21
       
    30
    34
    26
    40
       
    24
    31
    26
    43
    PPG-Industries, США завод Форд-Сити штат Пенсильвания   Магнитное распыление в вакууме отражающих и не отражающих покрытий
    Glass Co. Window glass, Великобритания Solar-Glass Многослойное нанесение покрытий металлов, оксидов металлов на поверхность стекла отражающих и не отражающих покрытий в видимом ИК-диапазоне
    Luxquard S.A. Люксембург   Стекла с отражающими покрытиями в стеклопакетах работают совместно со стеклами фирмы Loylord-Haraens (Германия)
    Pilkington Brothers Ltd Великобритания Kappa-Float Стекло с магнетонным напылением. В качестве покрытия используются металлы и оксиды. Улучшаются в 2 раза теплоизоляционные свойства
    Societa Italiano Vetro (SIV) Италия San-Salvo Стекла с одно- и многослойным серебряным покрытием
    LOF, США Parallel-o-Grey
    Parallel-o-Bronze
    Стекла с покрытиями создают декоративный, архитектурно-художественный эффект, комфортные условия внутри помещений
      Vary-Tran/Silver Серебристый цвет
      Vary-Tran/Gold Золотистый цвет
       
    Марка стекла
    208
    214
    220
       
    Светопропускание,
    % в области видимого злучения
    8
    14
    20
    Университет Галмарса, Швеция   За счет разработанной технологии электрохромного покрытия создан новый вид стекла.
    По этой технологии создано производство в США (г. Дирфелре)
    Canadian Pittsburg Ind.
    Канада
    Solargray Покрытие из оксидов металлов наносится на поверхность до отжига.
    Толщина стекла: 6,35 мм, пропускание солнечной энергии: 45%, видимых лучей: 40%
    Libbeyowens-Ford, США Vary-Tran Стекло безопасное с покрытием на основе хромовых сплавов двух разновидностей, пропускание снижается соответственно до 14 и 20%. Днем прозрачное, ночью — полупрозрачное
    Elektra, Финляндия Low-E Покрытия получают путем нанесения на поверхность флоат-стекла оксида металла толщиной 100 нм. На противоположных кромках листа с покрытием устанавливаются электроды, подключенные к источнику питания. Сверху наносится защитное полимерное
    покрытие. Соприкосновение покрытия постоянное, мощность нагрева регулируется напряжением. Выпускается два типа стекол:
    Elektra-Cu, потребляет 600 Вт/м2 при 25°С — 400 Вт/м2;
    Elektra-Dy, потребляет 500 Вт/м2 при 25°С — 300 Вт/м2;
    Назначение — для оттаивания льда, инея при –50°. Эти же стекла могут быть использованы в пулестойких и звукоизоляционных конструкциях (35 дБ)
    Libbeyowens-Ford, США EZ-Kool Для остекления транспорта и окон с покрытием Koolof.
    Стекло EZ — за счет совершенствования шихты обеспечивает снижение коэффициента пропускания солнечного излучения на 25-35%, ультрафиолетового — 40-45%.
    Стекло зеленого цвета. Koolof — для транспортного остекления. Высокое светопропускание, уменьшение пропускания УФ лучей, теплового излучения до 50%
       
    Показатель
    EZ-EYE
    Солнце-
    защитное
    EZ-Kool
    Бесцветное,
    ветровое
    Оттеночное
    ветровое
    Koolof
    ветровое
        Пропускание
    солнечного
    излучения, %
    57
    41
    43
    77
    54
    41
        Отражение
    видимого
    света, %
    7
    6
    8
    8
    7
    10
        Отражение
    солнечного
    излучения, %
    6
    5
    6
    7
    6
    31
        Пропускание
    УФ, %
    58
    56
    33
    25
    20
    19
    Detag, Германия Cudo-Auresin
    Cudo-Gold
    Cudo-Bronze
    Cudo-Gray
    Стекла с однослойным покрытием оксидами металлов
    Thomas Bennet Ltd
    Великобритания
      Размер стекла 1,8 х 3,6 м. Предназначено для стеклопакетов и триплекса
    Gaverbel, Бельгия Stopray Стеклопакеты из двух таких стекол задерживают 62-87% солнечного излучения
    Ford Motor Co, США Sanglass Reflective
    Bronze
    4 типа стекол: зеленого, бронзового, серого оттенка
      Pover lite Стекло для гемостанций, высокий уровень пропускания излучения
    Сан-Гобен, Франция, Германия, Бельгия, Швеция, Нидерланды, Испания, Австрия Антели Кул лайт Твердые солнцеотражающие покрытия
    Sehott, Германия Colorex Двухстороннее одно- и многослойные покрытия на стекле по золь-гель технологии.
    Размер листов: 3,15 х 2,1 м, толщина: 4-8 мм. Предел прочности растяжения: 90 МПа, сжатия: 900 МПа, Коэффициент теплопроводности: 112 Вт/(м2 К);
    коэффициент теплоизоляции при толщине 6 мм: 5,8 Вт/(м2 К);
    звукоизоляционная способность: 28 дБ при толщине стекла 6 мм
    Каули Хили, США Antisun Стекло толщиной до 12 мм бронзового и серого цвета с ограничением пропускания солнечного излучения
    Muller Pontata
    Biver Thermofloat
    Италия
    St.Gobain До 20% стекла идет на экспорт
    5 заводов производят более 300 тыс м2/ год стекла.
    4 завода — более 100 тыс м2/год и 13 заводов — более 1,3 млн м2/год.
    В основном, теплоотражающее стекло с центром сбыта на юге Италии
    Электрообогреваемые стекла
    PPG Industries, США Hested
    Twinolow
    Стекло толщиной 6,85 мм типа Solarban

    Необходимо отметить, что в теплопоглощающих стеклах, окрашенных в массе, при их эксплуатации наблюдаются значительные температуры, что приводит к перегреву и дополнительному напряжению. Если в прозрачном флоат-стекле толщиной 6,3 мм при эксплуатации напряжение составляет 1,4 МПа, то, например, в стекле “Solar” аналогичной толщины величина напряжения достигает 4,5 МПа.
    По данным Американского Общества Инженеров снижение затрат на отопление и кондиционирование в % от общего содержания здания составляет:

    Флоат-стекло
    Теплопогло-
    щающее стекло
    Стекло с тепло-
    отражающим покрытием
    Стеклопакет однокамерный
    18-22
    18-27
    25-100
    Стеклопакет двойной
    25-29
    25-45
    25-100

    Пиролиз — технологический процесс, основанный на том, что на горячую (500-590°С) ленту флоат-стекла в ППУ или первой зоне печи отжига непрерывно наносится вещество, которое при контакте со стеклом в силу достаточной температуры разлагается, и в виде оксидов металлов TiO2, SnO2, Fe2O3, In2O3 и т.д. адгезирует с поверхностью стекла. Вид оксида покрытия определяет состав наносимого вещества.
    Недостаток данного процесса в том, что образуются продукты разложения вещества при его контакте с лентой флоат-стекла, удаление которых представляет определенную сложность. Относительная неравномерность распределения покрытия по ширине ленты усложняет процесс синтезирования вещества для нанесения покрытия.
    Покрытие “твердое”, устойчивое к механическим и атмосферным воздействиям. Стекло с покрытием можно гнуть, закалять и вводить в многослойные системы.
    В таблице 3 представлены свойства стекол с покрытием.
    В настоящее время в Украине ассортимент изделий из стекла для строительства крайне ограничен, и производство в значительной степени обновляется, расширяется, совершенствуется с учетом и использованием опыта и технологий передовых производителей зарубежья. Поэтому весьма важно знать опыт зарубежных производителей стеклопакетов. Данная работа рассматривает технологии производства стеклопакетов.
    Однокамерный стеклопакет толщиной 12-15 мм при использовании флоат-стекла толщиной 6 мм дает звукоизоляцию 28-29 дб, двухкамерный с этим же стеклом — 30-31 дБ.
    Светопропускание однокамерного стеклопакета с флоат-стеклом толщиной 5-6 мм составляет 81-82 %, двухкамерного с таким же стеклом — 73-75%.
    Прочность однокамерного стеклопакета с вакуумным зазором 12-20 мм и флоат-стеклом толщиной 5-6 мм составляет
    90-100 МПа.

    Таблица 4. Свойства стеклопакетов при использовании обычного флоат-стекла и модифицированного.

    Вид стекла,
    используемого в стеклопакете
    Светопро-
    пускание, %
    Распределение тепловой
    солнечной энергии, %
    Коэфф.
    тепло-
    передачи
    Вт/(м2К)
    Коэфф.
    солнце-
    защиты
    Вт/(м2К)
    пропускание
    отражение
    поглощение
    свойства стеклопакета
    коэффициенты тепло- и солнцезащиты
    Бесцветное стекло с покрытием Solarcool
    35
    34
    29
    27
    3.12
    0.50
    Стекло Solarbronze с покрытием Solarcool
    20
    20
    24
    51
    3.12
    0.33
    Прозрачное стекло с покрытием Solarban 575
    20
    10
    50
    40
    1.98
    0.35
    Стекло Solarbronze с покрытием Solarban 550
    20
    17
    15
    98
    2.73
    0.30
    Стекло Solargray с покрытием Solarcool
    14
    22
    29
    19
    3.12
    0.35
    Прозрачное стекло с покрытием Solarban 480
    14
    11
    20
    69
    2.55
    0.29
    Прозрачное стекло с покрытием Solarban 480
    20
    12
    30
    58
    2.69
    0.22
    Стекло Solex
    65
    35
    6
    59
    2.82
    0.54
    Стекло Solargray
    37
    35
    6
    59
    2.82
    0.54
    Стекло Solarbronze
    45
    35
    6
    59
    2.82
    0.54
    Стекло Graylite
    28
    48
    6
    46
    2.82
    0.68

    В.И. Борулько, В.Г. Гомозова, А.В. Маричев
    УкрГИС, Константиновка

    Продолжение статьи читайте в № 2/2003
    «ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ»

  • Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

    Новое и лучшее