Основы энергосбережения в строительстве

• стеклопакеты со специальными свойствами:

-ударостойкие (Уд) - в витринах зданий и сооружений, в зенитных фонарях и для защиты от преступных воздействий;

-пулестойкие;

-с полимерными пленками, расположенными в межстекольном пространстве;

-энергосберегающие (Э) - для наружного остекления зданий и сооружений, для обеспечения требований по тепловой защите и нормальной освещенности;

-солнцезащитные (С);

-морозостойкие (М) - в районах с суровым климатом, до -60 °С;

-шумозащитные (Ш) - для остекления помещений, эксплуатирующихся в условиях повышенного шума (рядом с автомагистралью, аэропортами);

-огнестойкие;

-с криволинейными поверхностями;

-стеклопакеты для транспорта.

Основные функции стеклопакетов:

•теплоизоляция (теплосбережение);

•звукоизоляция (шумозащита) - 29.. .32 дБ;

•защита от солнечной радиации;

•защита от УФ-излучения;

•защита от взлома (от несанкционированного и нежелательного проникновения);

•осветительная функция (светопропускание в зависимости от применяемого вида стекла меняется в больших пределах - от 30 до 80 %);

•стойкость к ветровой нагрузке;

•огнестойкость (изоляция от пожара);

•безопасность в эксплуатации (защита от травматизма осколками разбитого стекла).

Внастоящее время в странах Западной Европы оконные ограждения без применения стеклопакетов практически не в с т р е ч а ю т с я . Объясняется это жесткими требованиями к теплосбережению и шумозащите.

Применение стеклопакетов упрощает конструкцию о к о н н ы х проемов, увеличивает световую площадь и снижает теплопотери.

120

3.6. Основные типы стекол, применяемых в стеклопакетах

Основным материалом для изготовления стеклопакетов является оконное листовое стекло ГОСТ 111-90. До 1960 года применялось обычное машинное стекло (метод вытягивания). С начала 1960-х годов используется только флоатационное стекло (флоат-стекло), обладающее превосходными оптическими свойствами. Его производство освоено в 1997 году ОАО «Гомельстекло». Это листовое термически полированное стекло, высококачественное прозрачное с плоскопараллельными плоскостями, с натуральной глянцевой поверхностью и неискажаемой видимостью. Производится методом плавающей ленты (Float-process) на поверхности расплавленного олова (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Производство флоат-стекла

Толщина стекла, мм: 2,5; 3; 4; 5; 6; 6,5, плотность, кг/м3: 2491,4, масса 1 м2 стекла (толщиной 1 мм), кг, - 2,5, пропускание света (листовое стекло толщиной 4 мм), %, - 89,4.

Разработаны также стекла, ограничивающие поступление тепловых лучей в помещение.

121

Таблица 3.3

Типы и виды стекол для стеклопакетов

122

Для производства стеклопакетов можно использовать почти все типы стекол. Выбор стекол зависит от требований, предъявляемых к конкретному окну. Очень важно также правильно определить местоположение и ориентацию стекла со специальными свойствами в стеклопакете. Например, в случае использования селективных стекол поверхность с нанесенным покрытием, как правило, находится внутри стеклопакета.

Солнцезащитные стекла рекомендуется устанавливать в качестве внешних.

В настоящее время возможен аналитический расчет той или иной конструкции, и поэтому вопрос о типе устанавливаемого стеклопакета желательно решать совместно с фирмами, специализирующимися на изготовлении стеклопакетов. Дешевый стеклопакет для нового окна может оказаться дорогой неприятностью (запотевание внутри и снаружи стеклопакета, промерзание, эффект сквозняка даже при плотно закрытых дверях).

Каждый конкретный тип стекла должен выполнять вполне определенную функцию. Можно выделить пять основных функций стекла:

•теплоизоляция зимой;

•теплоизоляция летом;

•звукоизоляция;

•защитные функции;

•эстетические функции.

Для обеспечения этих функций разработаны различные типы стекол. Рассмотрим их подробнее.

В 80-е годы XX века массово внедрялись специальные, так называемые селективные стекла. Ведущие мировые корпорации «Saint Gobain» и «Pilkington» в настоящее время выпускают стекла с покрытиями, обеспечивающими отражение части инфракрасных лучей обратно в помещение, что позволяет сберечь до 30 % тепла. Это могут быть стекла марок «EcoPlus» и так называемое «К-стекло» или «/-стекло».

Теплоизоляция в зимний период является наиболее важной функцией стекол для энергоэффективных зданий. Потери тепла через стекло складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

123

Дня уменьшения потерь тепла от теплопроводности и конвекции применяют двойное остекление (стеклопакеты), но это дает лишь незначительный эффект, т.к. основная доля теплопотерь происходит за счет теплового излучения. Для уменьшения этого вида излучения разработаны так называемые энергосберегающие стекла.

В настоящее время проблема энергосбережения стоит чрезвычайно остро во всем мире, поэтому все крупнейшие производители стекла, такие как Главербел, Пилкингтон, Сен Гобен, ППГ, Шотт, Интерпейн и другие, освоили выпуск энергосберегающих стекол.

Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионного. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового (KB) солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового (ДВ) теплового излучения, например от отопительного прибора. Поэтому стекла с низкоэмиссионными покрытиями называют селективными стеклами.

Характеристикой энергосбережения является излучательная способность стекла. Под излучателъной способностью (эмиссией) стекла понимают способность стеклянной поверхности отражать длинноволновое невидимое человеческим глазом тепловое излучение, длина волны которого меньше 16000 Н • м. Эмисситент поверхности (Е) определяет излучательную способность стекла (у обычного стекла Е превышает 0,83, а излучательная способность селективных стекол меньше 0,04) и, следовательно, способность «отражать» тепловое излучение обратно в помещение.

Причина возникновения излучения кроется в движении свободных электронов атомов, находящихся на поверхности стекла, и плотности движущихся электронов. Далеко не все металлы, хорошо проводящие ток, обладают свойством отражать ДВ тепловое излучение.

Следовательно, чем ниже эмисситент поверхности, тем меньше потери тепла. При этом стекло с оптическим покрытием имеет значение эмисситента Е = 0,04 и отражает обратно в помещение свыше 90 % тепловой энергии, уходящей через обычное окно.

В настоящее время для этих целей используются два типа покрытий: так называемое К-стекло (Low-E) - «твердое покрытие» и /-стекло (Double Low-E) — «мягкое» покрытие.

124

Первым шагом в выпуске энергосберегающего стекла явилось производство К-стекла. Для придания флоат-стеклу теплосберегающих свойств непосредственно при его изготовлении (метод online) на его поверхности методом химической реакции при высокой температуре (метод пиролиза) создается тонкий слой из оксидов благородных металлов А1203 и SnCb, который является прозрачным и невидимым и в то же время обладает электропроводностью. Известно, что электропроводность напрямую связана с излучательной способностью Е поверхности. Величина излучательной способности у К-стекла около 0,2 (ГОСТ 30733-2000).

Следующим значительным шагом в производстве теплосберегающих стекол стал выпуск i-стекла, которое по своим теплосберегающим свойствам в 1,5 раза превосходит К-стекло. Различие между К- и i-стеклом заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии его получения.

i-стекло производится вакуумным напылением (метод off-line) и представляет собой трехслойную (или более) структуру из чередующихся слоев серебра, диэлектрика. Технология, т.е. метод нанесения, требует использования высоковакуумного оборудования с системой магнетронного распыления.

Композиционная пленка - это прозрачная пленка из металлов и их оксидов (рис. 7.6), нанесенная на поверхность стекла магнетронным способом, отражающая 80...90 % тепловой энергии, излучаемой внутренними стенами помещения и мебелью и при использовании обычного оконного стекла уходящая через окно на улицу.

Рис. 3.7. Схема селективного покрытия i-стекла

125

Низкоэмиссионное стекло — это высококачественное флоатстекло с многослойным покрытием (пленка металлического серебра, размещенная между слоями оксидов металлов). Оно значительно снижает теплопотери через окна в зимнее и приток солнечной энергии в помещение в летнее время.

Основным недостатком i-стекол является их сравнительно пониженная абразивная стойкость по сравнению с К-стеклом, что вызывает некоторые неудобства при их транспортировке, но потому, что такое покрытие находится внутри стеклопакета, это не сказывается на его эксплуатационных свойствах.

Необходимо также обратить внимание, что при работе с К- и i-стеклом существует необходимость зачистки (снятия) покрытия в месте контакта дистанционной рамки к стеклу.

Основным применением энергосберегающих' стекол является их использование в составе стеклопакетов, теплосберегающие свойства которых во многом определяются параметрами покрытия на стекле.

В табл. 3.4 и 3.5 приведены данные для наиболее широко распространенных типов стеклопакетов.

Таблица 3.4

Сравнительные характеристики стеклопакетов в зависимости от типа низкоэмиссионных стекол различных фирм (стеклопакеты 4-16-4 с межстекольным заполнением аргоном)

126

Из этой таблицы наглядно видно, что теплоизоляционные характеристики у i-стекла значительно выше, чем у К-стекла. Цены в настоящее время приблизительно одинаковы. Именно поэтому большинство производителей окон в мирена сегодняшний день применяют стеклопакеты с i-стеклом, и доля их применения на рынке постоянно растет. Сложности с транспортировкой и работой с i-стеклами, связанные с конструктивными особенностями, привели к тому, что в мире производством стеклопакетов с i-стеклами занимаются, как правило, только крупные, специааизированные фирмы.

Таблица 3.5

Сравнительные характеристики стеклопакетов в зависимости от типа стекол

N(однокамерный

стеклопакет)

ским покрытием

Покрытие защищается от коррозии путем размещения его в полости между стеклами, которая, как правило, заполняется аргоном.

127

Нанесение специального покрытия помогает решению проблемы энергосбережения (рис. 3.8).

G

обичяосстекло TERMOFLOAT

- тепловые лучи

видимые лучи

ультрафиолетовые луч»

Рис. 3.8. Схема окна с теплозащитным покрытием

Стекло Thermofloat является обычным стеклом Float, покрытым тончайшими слоями окевдов металлов, и работает как «тепловое зеркало»:

- в холодное время года тепло, вырабатываемое обогревающими устройствами и осветительными приборами, сохраняется внутри помещения и совсем незначительная часть тепловой энергии, получаемой в результате действия отопительных систем и т.д., «теряется» сквозь оконное заполнение;

- в жаркую погоду в помещении сохраняется умеренная температура; стекло не пропускает тепло снаружи внутрь помещения.

Из дыры, сквозь которую уходит тепло, окно превращается в элемент, притягивающий тепловую энергию в виде солнечных лучей.

В итоге теплопотери практически полностью восполняются за счет «бесплатной» солнечной энергии, воспринимаемой окнами.

Примечательно, что эти качества никак не влияют на светопроницаемость стекла.

Преимущества такого стекла:

- стеклопакет с одним из стекол Thermofloat уменьшает суммарный коэффициент К теплопередачи до 1,8... 1,9 Вт/(м2 • °С), т.е. Яг увеличивается до 0,53 (м2 • °С) /Вт;

128

-в помещении задерживает на 66 % больше тепла, чем обычное одинарное стекло;

-в помещении задерживает на 36 % больше тепла, чем обычное двойное остекление;

-возможно создание различных вариантов стеклопакетов (противоударные, цветные и т.д.);

-обладая таким же эффектом, как тройное остекление, имеет массу на 30 % меньшую, чем обычное стекло;

-можно увеличить RT, т.е. уменьшить коэффициент К до

1,25... 1,6 Вт/(м2 • К), заполняя стеклопакет инертным газом; - имеет размеры 2140 х 2950 мм с толщиной стекол 4 и 6 мм.

Селективное стекло обладает следующими преимуществами:

даже при сильном морозе, холодного опускающегося вниз столба воздуха не образуется;

-значительное сокращение потребления энергии. Селективное стекло улучшает теплоизолирующие свойства стеклопакета;

-селективное стекло способствует охране окружающей среды, так как уменьшается потребность в отоплении, сокращается расход сжигаемого топлива, что благоприятно воздействует на окружающую среду;

-селективное стекло нейтрально для цветопередачи. Естественные цвета сохраняются, и окно не искажает вид предметов;

-хорошая светопропускаемость - 80 %. Эта характеристика стекла соответствует прозрачному стеклу.

Стеклопакет с энергосберегающим стеклом пропускает 21...33 % тепла, если принять пропускающую способность обычного стекла за 100 %. Кроме того, такое стекло на 25 % уменьшает вредное ультрафиолетовое излучение.

Солнцезащитное стекло - стекло, уменьшающее пропускание солнечной радиации во всем спектре.

Под солнцезащитным стеклом понимается стекло, которое обладает способностью снижать пропускание световой солнечной тепловой энергии. Солнцезащитными являются, например, стекла, окрашенные по всей их массе, а также некоторые виды стекол с покрытиями.

129