Проблемы остекления больших площадей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Казанский государственный архитектурно-строительный университет.

Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций (ТСМИК)

Реферат на тему:

«Проблемы остекления больших площадей»

Выполнил студент

Гр. 2 СТ 401

А.П. Кудряшов

Проверил:

Д.А. Солдатов

Казань 2015



Содержание

панорамный остекление энергосберегающий фасадный

Панорамное остекление

Выбор рамы для панорамного остекления

Фасадное остекление

Способы открывания панорамных окон

Энергосберегающее остекление

Стеклопакеты

Прозрачные крыши

Умное стекло



Панорамное остекление

Большая площадь остекления - это, безусловно, красиво, но из-за значительных теплопотерь такое украшение было доступно только в теплых и умеренных климатических зонах. Сегодня, благодаря появлению энергосберегающих стеклопакетов, остекление, называемое панорамным, может быть уместным даже в странах с достаточно суровым климатом.

Сложно сравнить живописный вид из панорамного окна с каким-либо иным интерьерным приемом. За такой вид приходится доплачивать в отелях, а также, приобретая жилье в собственность. Причем так называемая добавочная стоимость «за вид» многократно перекрывает материальные издержки на создание панорамного остекления. Непревзойденный позитив несут в себе столовые и гостиные с панорамным остеклением, где наступает ощущение единения с природой. Завтрак на траве дает энергию не только в виде калорий, но и заряжает эмоционально. А ужин на фоне заката является мощнейшим антистрессовым фактором.

В России большие окна от пола до потолка традиционно называют «французскими». Однако климат Франции нельзя сравнить с отечественным, но означает ли это, что мы навсегда лишены удовольствия созерцать мир через крупный формат?

Многим читателям хорошо знакома стандартная формула расчета площади остекления. В соответствии со СНиП 2.08.01-89 на каждые 10 мІ площади помещения должно приходиться 1 мІ светопрозрачного ограждения. Это тот минимум, при котором проживание в комнате считается комфортным и здоровым. Панорамное остекление превосходит эту норму в 3 и более раз. Одновременно это означает, что во столько же раз увеличиваются теплопотери через остекление.

Даже самые современные технологии производства стеклопакетов не обеспечивают сопоставимое сопротивление теплопередаче со стенами дома. Например, приведенное термическое сопротивление двухкамерного энергосберегающего стеклопакета составляет порядка 0,6 мІ*°С/Вт, а трехкамерного - 0,72 мІ*°С/Вт. К слову, трехкамерные стеклопакеты устанавливаются в специальные рамы, которые вместе с ними изготавливают только на заказ. Сравним это значение с сопротивлением теплопередаче канадских или финских сендвич-панелей - около 8 мІ*°С/Вт. После несложного расчета и сравнения теплопотерь, оказывается, что мощность отопительных приборов при панорамном остеклении придется увеличить на 20-30%. Разумеется, не все готовы тратить на отопление на треть больше. Кроме того, в сильные морозы панорамное остекление способно вызвать мощный нисходящий поток холодного воздуха, сильно ухудшающий тепловой комфорт. Но это только в том случае, если не принимать никаких мер противодействия. Например, под панорамным окном можно и нужно установить встроенные конвекторы, которые будут генерировать восходящий конвекционный поток теплого воздуха. Можно также подогревать внутреннее стекло электричеством. Специальные стеклопакеты с электроподогревом, примерно, вдвое увеличат смету панорамного остекления, зато не нужно будет вносить изменения в конструкцию перекрытия, куда потребуется встраивать конвекторы.

Говоря о «французских» окнах, нельзя не затронуть вопрос безопасности. Для страховки изнутри помещения можно установить металлические ограждения метровой высоты. В качестве ограждения также уместно применить триплекс.

Панорамные окна из-за своих больших размеров намного тяжелее обычных, поэтому требуют применения специальной фурнитуры и профиля. Существуют особенности монтажа таких окон: зазоры по периметру делают несколько шире, чем при обычном остеклении; рамы крепят в проеме не пластинами, а дюбелями через сквозные отверстия.

Выбор рамы для панорамного остекления

Несмотря на то, что оконные профили из ПВХ являются самыми распространенными, они наименее подходят для панорамного остекления, поскольку обладают значительным коэффициентом температурного расширения. Тем не менее, ПВХ окна больших размеров все же активно заказывают, т.к. они дешевле деревянных и алюминиевых. ПВХ-окна могут быть достаточно больших размеров. Их габариты зависят от сечения главного профиля, толщины стенок, сечения армирующего вкладыша, веса, типа притвора и не только. При выборе рам для «французских» окон большое значение имеет их цвет. Чем темнее ламинат или окраска, тем сильнее греется рама на солнце, и тем больше расширяется. К каждой системе профилей прилагается диаграмма, по которой проверяется возможность выполнения того или иного заказа. Далее приводится список рекомендуемых 5-камерных систем: Brilliant-Design (RENAU), Suprema (Expraf), Premium (Proplex), Expert (KBE), Softline (VEKA). Максимальные размеры квадратной створки с однокамерным стеклопакетом данных систем составляют 1500Ч1500 мм, а прямоугольной - 2100Ч900 мм.

Деревянные рамы расширяются при изменениях температуры лишь незначительно. Если они изготовлены из качественного клееного бруса, то не страшны им и перепады влажности, провисание, а кроме того, они хорошо держат крепеж. Из древесины изготавливают рамы «французских» окон высотой до 2800 мм.

Защитный лакокрасочный слой продержится на деревянной раме не больше 4-5 лет. Дальше он покроется сеткой мелких трещин, а сама древесина сереет. Самые лучшие деревянные рамы защищают снаружи накладками из окрашенного алюминия, которые увеличивают стоимость окна вдвое.

Алюминиевые рамы отличаются прочностью и стабильностью размеров. Проблему высокой теплопроводности, свойственной металлам, производители решают пластиковой вставкой-терморазрывом. Так называемый «теплый алюминий» обходится недешево. Окна с рамами из комбинированного материала стоят в 1,5-2 раза дороже, чем деревянные. В то же время алюминиевые окна проигрывают деревянным и ПВХ по теплоизоляционному показателю. Еще более проигрывают окна из цельноалюминиевых профилей, но по стоимости они сопоставимы с деревянными. Они хорошо подходят для остекления неотапливаемых помещений.



Фасадное остекление

В жилом секторе системы фасадного остекления стали применять сравнительно недавно. Они долго оставались прерогативой урбанистических офисных башен. От обычных окон фасадные системы отличаются принципиально. Стеклопакеты при фасадном остеклении не вставляют в проем, а накладывают на стоечно-ригельный каркас. При этом стеклопакеты могут удерживаться особым крепежом или просто приклеиваться атмосферостойким герметиком. Фасадные системы изготавливаются преимущественно из алюминия, но существуют также деревянные и пластиковые.

При помощи фасадных систем удается минимизировать непрозрачную часть остекления, гарантируя при этом ее прочность и несущую способность. Стеклопакеты для таких систем заказывают после установки каркаса, чтобы точно попасть в размеры ячеек. Данный вид остекления совместим только с самыми современными архитектурными направлениями. Для классического коттеджа его довольно сложно адаптировать.

Способы открывания панорамных окон

Поворотно-откидная фурнитура. Створки большого размера довольно тяжелые, но при панорамном остеклении невозможно обойтись без их открывания. Оно может понадобиться для проветривания комнаты или для того, чтобы помыть окно снаружи.

Большие окна необходимо оснащать только регулируемой фурнитурой, которая позволяет равномерно усилить прижим створки и обеспечивает тем самым герметичный притвор.



Параллельно-сдвижные окна позволяют открыть окно, оттянув створку на себя и сдвинув ее в сторону. Существуют механизмы, способные также и откидываться в режим проветривания (наклонно-сдвижные). Для изготовления параллельно-сдвижных окон требуются обычные профили, но особая фурнитура (Atrium HSK, PSK-Portal, SKB System.

Подъемно-сдвижные окна обладают наилучшими параметрами теплопроводности и звукоизоляции. Благодаря сложной системе уплотнения в положении «закрыто» такие окна абсолютно герметичны. Механизм открывания предполагает подъем створки на 10-15 мм вверх и сдвиг вбок. Оконный проем при этом невозможно открыть полностью, поскольку створка перемещается только в пределах коробки. Рекомендуется фурнитура типа HS и специальный рамный профиль из пластика, дерева или алюминия.

Конструкции-гармошки дают возможность открыть практически всю площадь проема. Опорные ролики стеклянных дверей при этом движутся по встроенным в пол направляющим. Данный вид открывания не обеспечивает высокой герметичности и теплоизоляции. Складные двери из ПВХ в холодное время плохо закрываются; алюминиевые - лучше. Для повышения герметичности дверей-гармошек рекомендуется использовать механизмы типа FS-Portal.

«Холодные» раздвижные системы предполагают движение полотен по нижнему рельсу. Пластиковые и алюминиевые раздвижные полотна при необходимости легко снимаются, имеют несложное устройство механизмов и при этом доступную стоимость. Недостаток «холодных» систем заключается в наличие мощных мостиков холода, которые не позволяют применять данные системы в отапливаемых помещениях.

Энергосберегающее остекление

Утилитарные функции окна противоречивы. С одной стороны оно должны пропускать свет, но с другой - сохранять тепло в доме. Задача усложнена еще и тем, что со сменой сезонов вектор теплозащиты окна должен быть инвертирован, что, казалось бы, невозможно реализовать в стеклопакетах.

Как же нам быть, если мы хотим получить больше света, но так, чтобы тепло оставалось в доме зимой, и не проникало извне летом? Очевидно, что нет другого выхода, как получить такое остекление, которое бы имело минимальные показатели теплопроводности и в то же время избирательно пропускало лучистое тепло. И такое остекление есть - это энергосберегающие стеклопакеты. Их параметры пока еще далеки от идеалов, но, тем не менее, они уже дают ощутимую экономию.



Как известно, при стандартной площади остекления 35% всех теплопотерь приходится на окна. Это более чем в 2 раза больше теплопотерь через пол и крышу вместе взятых, и это притом, что суммарная площадь окон намного меньше площади верхней и нижней ограждающих конструкций. При таком раскладе выгоднее вообще отказаться от остекления, или оставить только окна-бойницы! Но и этого делать нельзя, т.к. солнечный свет является важной составляющей комфорта проживания и требуется даже санитарными нормами. Что же об этом говорит наука?

Энергосберегающее стекло

Теплообмен происходит тремя способами - конвекцией, теплопроводностью и излучением. Стало быть, если мы хотим максимально увеличить теплосберегающую эффективность оконного блока со стеклопакетом, то должны работать сразу в трех направлениях. То есть нужно использовать герметичные стеклопакеты с увеличенной толщиной стекол; внутрь самих стеклопакетов закачать сухой воздух или инертный газ; увеличить количество камер стеклопакета; применять стекла с низкоэмиссионным напылением, которое будет отражать назад в помещение длинные ИК-волны. Возможно, для кого-то будет неожиданным, но из всех названных мер наиболее эффективной является последняя. Утечка тепла в виде излучения через обычный стеклопакет достигает 70%. То есть, только одно применение стекол с низкоэммисионным напылением уже способно сделать наши окна энергоэффективными.

Нанесение низкоэмиссионного покрытия увеличивает стоимость стекла на 20-30%. При этом эффективность удержания тепла увеличивается на порядок. Очевидно, что это выгодно, и у людей, которые умеют считать деньги, все окна должны быть с энергосберегающими стеклопакетами. В профессиональной практике энергосбережение стекла характеризуется коэффициентом эмиссии е. Он показывает, как то или иное стекло поступает с лучистой тепловой энергией. Так у обычного листового стекла без всякого напыления коэффициент е = 0,83-0,84, а у стекла с напылением е = 0,06.

Коэффициент е научились снижать нанесением на стекло низкоэмиссионного оптического покрытия, которое в целом уменьшает теплопроводность окна, и соответственно увеличивает сопротивление теплопередаче. Вместе с этим низкоэмиссионное покрытие не препятствует проникновению в помещение коротковолонового солнечного излучения, но не выпускает назад излучение длинноволнового диапазона 5,6-50 мкм (требования описаны ГОСТ 3 1364 - 2007). В названном диапазоне работают отопительные приборы. Таким образом, стекла с низкоэмиссионным покрытием отфильтровывают излучение по диапазону, отчего также называются селективными (избирательными).

Энергосберегающие покрытия в настоящее время встречаются двух типов - твердое (k) и мягкое (i). Покрытия типа «k» наносят на горячую поверхность методом пиролиза, после чего стекло отжигают. При этом твердость покрытия получается выше, чем у самого стекла. Коэффициент е у стекла с k-покрытием не превышает 0,1, поэтому утечки тепла сокращаются 5 и более раз. Материалом низкоэмиссионного покрытия в данном случае является, как правило, оксид олова с добавлением фтора.

Покрытие типа «i» наносится магнитронным распылением в вакууме. Структура такого покрытия состоит из трех слоев, где металлический теплоотражающий слой располагается между слоями оксидов. Теплоотражающей прослойкой является тонкая пленка благородного металла, чаще всего серебра, обладающая спектральной селективностью. Толщина этого слоя всего 10-15 нм. У покрытия типа «i» наиболее низкий коэффициент е. По сравнению с обычным листовым стеклом, стекло с покрытием «i» пропускает в 10-20 раз меньше теплового излучения. Однако такое покрытие мягче стекла, поэтому стекло с ним используется только в составе стеклопакетов, где оно обращается внутрь стеклопакета и, таким образом, защищено от механического контакта.

Стеклопакеты

В центральном регионе РФ преимущественно применяют двухкамерные стеклопакеты СПД 4М1-10-4м1-10-4м1. В данной маркировке заложена, так называемая формула стеклопакета, которая

указывает, что он собран из трех стекол 4 мм, проложенных двумя 10-мм дистанционными рамками. Такой стеклопакет называется двухкамерным, поскольку его структура включает в себя два герметичных межстекольных пространства. Двухкамерные стеклопакеты с обычными стеклами толщиной 4 мм уже обеспечивают минимальную теплоизоляцию. С целью экономии энергоносителей или для получения зоны комфорта непосредственно у окна, целесообразно использовать энергосберегающие однокамерные стеклопакеты. Формула 4м1-16Ar-И4 считается базовой для таких стеклопакетов. В них использовано обычное стекло 4 мм с внутренней стороны, 16-миллиметровая дистанционная рамка и наружное стекло 4 мм с i-покрытием. Кроме того, стеклопакет заполнен аргоном - инертным газом, который плохо проводит тепло. Стеклопакеты СПД и СПО описывает ГОСТ 24866-99.

Заказать окна с одно-, двух- или трехкамерными стеклопакетами можно в любой крупной фирме, занимающейся оконными технологиями.

Теплоизоляция однокамерного стеклопакета вышеуказанной конфигурации на 20% лучше, чем у первого стандартного СПД. Его уникальность заключается в том, что зимой он задерживает длинноволновое излучение в помещении, а летом возвращает на улицу тепло, излучающее нагретым асфальтом камнями и другими предметами. В итоге, экономия энергоносителей присутствует и в холодный, и в жаркий период, когда помещение нуждается в кондиционировании.

Чтобы добиться еще большего эффекта, используют двухкамерные стеклопакеты с «низкоэмиссионными» стеклами. Полезным побочным эффектом низкоэмиссионных стекол является светофильтрация, в частности, стекло с i-напылением пропускает на 17% меньше УФ-излучения. При больших площадях остекления данный параметр имеет большое значение для сохранности цвета внутренней отделки, которая подвержена выгоранию. Это в первую очередь пробковые покрытия, интерьерный текстиль, некоторые виды паркета.

Температура поверхности стеклопакета с i-напылением выше, чему обычного. Это помогает не только сберечь больше тепла, но и препятствует образованию конденсата на стеклах. Если под окном по каким-либо причинам не предусмотрена батарея, то целесообразно установить там энергосберегающий стеклопакет. В противном случае лужи зимой на подоконнике и вечно запотевшее стекло будут обеспечены.

Однокамерный стеклопакет дешевле двухкамерного и в 1,5 раз легче него. Если в нем имеется стекло с i-напылением, то он и более эффективный. Но еще эффективнее СПД с i-напылением. Подсчитано, что только один такой стеклопакет средних размеров экономит в год энергии, эквивалентной полученной от сжигания 120 кг жидкого топлива. В масштабах коттеджа площадью 300 мІ экономия достигает 1тонны, т.е. свыше 1000 долларов.

Для коттеджей, расположенных в средней полосы России, экономически приемлемо остекление двухкамерными стеклопакетами хотя бы с одним стеклом, имеющим низкоэмиссионное покрытие. Толщина стеклопакетов может быть 32, 36, 40, 42, 44 мм. Но специалисты рекомендуют устанавливать стеклопакеты не тоньше 36 мм с расчетом на прогнозируемые холодные зимы в будущем. Толщина дистанционной рамки, начиная с 12 мм, больше влияет на звукоизоляционные параметры окна, чем на теплопроводность.

Вопреки распространенному мнению, более практичны деревянные рамы, т.к. они подвержены меньшим температурным расширениям, по сравнению с ПВХ-профилем. При существующих значительных перепадах в 60°С и более особенно это касается больших площадей остекления, где температурные расширения могут быть существенны. Кроме того, деревянные рамы сами по себе обладают меньшей теплопроводностью. Они красивее и лучше вписываются загородную архитектуру. Ну, и конечно, вопрос экологии - не последний. Дерево абсолютно безопасно, а вот на счет безопасности ПВХ-профилях до сих пор нет единого мнения.

Прозрачные крыши

Для устройства светопрозрачных крыш часто используют многокамерный поликарбонат (он же ячеистый, сотовый). Листы этого материала в поперечном сечении имеют ряд воздушных каналов, отделенных тонкими перегородками. Ячеисто-канальная структура материала позволяет снизить вес листа до 1,5-3,5 кг/мІ. кроме того, увеличивается прочность поликарбоната, благодаря перегородкам, которые работают в структуре как ребра жесткости. На отечественном рынке сегодня можно приобрести листы толщиной 4, 6, 8, 10, 16 и 25 мм. В конструкциях светопрозрачных крыш используется материал толщиной 8 или 16 мм. Сотовый поликарбонат толщиной 8 мм стоит от 250 руб. за 1 мІ. В России листовой сотовый поликарбонат представлен следующими марками: Carboglass (Карбогласс, Россия), Novattro (Innovative, Safplast, Россия), Lexan (General Electric Plastics, Австрия), Poligal (Poligal Plastics, Израиль), Macrolon (Bayer, Германия), Acrilon (Quinn-Plastics, Германия).



Светопрозрачная крыша в жилом помещении позволяет улучшить его естественное освещение, и, кроме того, является эффектным архитектурным решением. Конструкция такой крыши представлена несущими профилями и светопрозрачным заполнением. Такие крыши бывают в зависимости от функции «холодными» или «теплыми». Стекло, применяемое для создания крыш, обычно триплекс (два стекла с пленочным промежуточным слоем) или ламинированное. Стеклянная крыша должна быть настолько прочной, чтобы она могла выдержать собственный вес и снеговую нагрузку.

Профильный каркас прозрачной крыши чаще всего выполняется из ПВХ, алюминия, стали или древесины твердых пород. Из всех этих материалов наиболее оптимальным является все же алюминий, поскольку он одновременно и легок и прочен. Из алюминиевых профилей можно выполнять безопорные несущие конструкции. К тому же алюминий устойчив к коррозии, что немаловажно для такой части здания, как крыша. Единственным существенным недостатком профилей из этого металла является их цена.

Недорогие ПВХ-профили обладают значительно меньшей несущей способностью, поэтому они нуждаются в усилении изнутри профильным металлическим сердечником. При выборе такого варианта нужно учесть, что чем больше крыша, тем более громоздким будет ее несущий каркас.



В качестве светопрозрачного материала для устройства прозрачных крыш, кроме сотового поликарбоната, также применяют минеральное или акриловое стекло. При выборе того или иного материала нужно учитывать его свойства, о которых уже было много сказано выше.

Стеклянное заполнение чаще всего представляет собой однокамерные стеклопакеты с верхним - закаленным стеклом и нижним - ламинированным. Такая схема необходима для безопасности: если заполнение разобьется, то осколки не обрушатся вниз на жильцов, т.к. будут удерживаться скрепляющей пленкой ламинированного стекла или триплекса.

Недостаток заполнения из минерального стекла - большой вес конструкции. Для ее удержания потребуются мощные и соответственно дорогие профили. Для удешевления стоимости прозрачной крыши целесообразно использовать полимерные материалы, например, тот же сотовый поликарбонат. Однако важно учитывать, что этот материал практически не отражает солнечные лучи, отчего помещения под прозрачной крышей могут перегреваться в летнее время. Исключением является особый вид сотового поликарбоната - с металлизированным покрытием.

Умное стекло

Большие площади остекления, которые сегодня стали неотъемлемой частью современной архитектуры, требуют эффективных решений проблемы их затенения. Использовать традиционные ролеты не всегда удобно, т.к. они являются слишком конкретной преградой для света. Очевидно, что нужно искать новые и более тонкие и функциональные решения.

Впрочем, и стеклам обычных окон тоже есть к чему стремиться, ведь через них уходит большое количество тепла. Площадь стеклопакета по отношению к общей площади окна составляет около 95%, и только 5% приходится на обрамление. Это означает, что защищающие свойства окна в основном зависят от параметров стеклопакета.

Сопротивление теплопередаче оконных конструкций и способность стекла служить преградой солнечной радиации - это те сферы, которые больше всего сегодня волнуют разработчиков новых оконных технологий. Исследования в этих областях ведутся во всем мире, и везде они опираются на современные сверхэффективные технологии.

Главным направлением в этих разработках является управление интенсивностью пропускания солнечного излучения стеклом. Это управление бывает активным и пассивным.

Пассивные эффекты такого управления присущи фотохромному и термохромному стеклу, а активные эффекты реализованы в так называемом «умном» стекле. Это стекло также можно встретить под названием smart-стекло, которое в свою очередь бывает жидкокристаллическим (LC, PDLС) и электрохромным (EDC, SPD).

Чтобы было понятнее, давайте начнем с известных всем примеров «умного» стекла, которое используется в очках- хамелеонах. Такое стекло в технологических справочниках называется фотохромным. Оно реагирует на интенсивность освещения изменением собственной светопропускной способности. В составе фотохромного стекла присутствуют хлорид серебра, оксид бора и соединения меди, которые выполняют функцию катализатора. Секретом, обеспечивающим эффект затемнения, является реакция этих химических веществ, протекающая с выделением атомарного серебра. Условием этой реакции является свет, а при его уменьшении стекла просветляются, т.к. происходит обратная реакция. В фотографии тоже используется эффект выделения серебра, но там реакция является необратимой, т.к. выделение происходит из соединения с бромом.

Фотохромное стекло используется не только в оптике, но и в оконных стеклопакетах. Оно позволяет в автоматическом режиме регулировать освещенность в помещениях, где использовано панорамное остекление. Очевидно, что у фотохромного стекла огромное преимущество над обычным энергосберегающим тонированным. Последнее не может просветляться, когда, к примеру, на улице пасмурно. К тому же, тонированные стекла остаются темными и утром и вечером, т.е. когда их тонировка только мешает. Дело в том, что естественное освещение является самым лучшим для глаз, да и зачем тратить электроэнергию, если есть бесплатный и к тому же полезный свет.

Вместе с уровнем освещения монохромное стекло также регулирует и поступление тепла вместе с солнечными лучами. Чем оно становится темнее, тем меньше тепла проникает в помещение. Нельзя сказать, что это всегда полезно. К примеру, в пассивных домах, южные фасады которых имеют большую площадь остекления, стекла должны пропускать зимой как можно больше света и тепла. Фотохромные стекла для этого совсем не подходят.



Термохромное стекло изменяет свои оптические свойства под воздействием температуры. Такое стекло имеет слоеную структуру, в которую включен слой специального геля, который при повышении температуры мутнеет и, в конце концов, полностью утрачивает всякую прозрачность. Вот это свойство очень полезно для пассивных домов, где в холодное время нужна максимальная прозрачность, а в теплое, наоборот, затенение. Термохромное стекло работает автоматически и без привлечения каких-либо источников энергии.

Температура термохромного стекла зависит от интенсивности инсоляции, а также от наружной и внутренней температуры. Такие стекла в автоматическом режиме способны предотвратить перегрев помещения и снять нагрузку с системы кондиционирования. Кроме того, термохромный

эффект может быть полезен для стеклянных крыш и мансардных окон, для которых оптическая прозрачность стекол не так важна.

В процессе производства термохромного стекла имеется возможность задать температурный диапазон изменений его оптических свойств. Для каждого объекта этот диапазон рассчитывается индивидуально.

Однако самыми продвинутыми технологично являютсяэлектрохромные стекла, т.е. те, свойства которых управляются электрическим способом. Активным элементом электрохромного стекла является стекло со специальным напылением, либо т.н. смарт-пленка. Как уже было сказано ранее, электрохромные стекла изготавливаются по технологиям PDLS и SPD. Смарт-пленка представляет собой два слоя лавсана, имеющих токопроводящее покрытие ITO film, и заключенной между ними полимерной суспензии.

Основой электрохромного стекла являются смарт-полимеры, которые имеют свойство под воздействием определенной силы электрического поля изменять светопропускные способности в видимом и инфракрасном диапазонах. То есть они параллельно с изменением оптических свойств, также обладают и свойствами низкоэмиссионного стекла.

Существует три типа смарт-полимеров - это LC или PDLC, ЕСD ил SPD. У каждого из них есть свои особенности. Тип LC увеличивает или уменьшает прозрачность без значительных изменений светопроницаемости. Оно может становиться матовым, но при этом в помещении не становится темнее, причем его матовость будет наблюдаться как изнутри помещения, та и со стороны улицы.

Следующие две технологии ЕСD ил SPD одновременно изменяют и прозрачность стекла и его светопропускную способность. С помощью питающего напряжения можно варьировать степень стветопропускания.

Реакция смарт-полимеров зависит как от типа самого материала, так и от внешних условий, в частности, температурных. Так пленки типа LC практически мгновенно реагируют на подачу или отключение питания, тогда как другим типам электрохромных полимеров может понадобится от 2 секунд до 5 минут. Скорость реакции замедляется в разы при отрицательных наружных температурах. Но эффект все равно, пусть и с задержкой, но будет присутствовать в полном объеме.



Жидкокристаллическая пленка в неактивном состоянии является матовой. Прозрачной она становится при подаче на нее электропитания - переменного тока 24…110 В. Когда напряжения нет, жидкие кристаллы в ней неупорядочены, а электрическое поле структурирует их, выстраивая в ряды и образуя при этом большую площадь просветов. Правда, присутствует остаточная опалесценция (матировка), но выражена она уже очень слабо.

Стандартная смарт-пленка позволяет изменять коэффициент видимой пропускания видимой части спектра солнечного излучения в диапазоне 62…3,5% прозрачности. Количество циклов изменения структуры жидких кристаллов ограничено, но очень большим числом - минимум 10 млн.

Электрохромное стекло может находиться в структуре триплекса, противоударного и пуленепробиваемого стекла. Его также можно подкрасить любым цветом. Электрохромные стекла выпускаются в двух размерах - 153Ч320 см и 100Ч400 см. В ближайшее временя ожидается появление смарт-пленки нового поколения Polyvision, которую уже анонсировала американская компания POLYТRONIX. Известны ее размеры - 180Ч400 см. Электрохромные стекла продаются с блоками управления. При использовании материалов типа SPD и EDC контроллер блока изменяет степень пропускания солнечного излучения и степень тонировки стекла.

Область применения электрохромного стекла довольно широка. Его можно использовать не только в качестве панорамного в пассивных и обычных домах, но и в интерьере. О стекле, которое практически по щелчку становится матовым или прозрачным писали многие фантасты, а теперь это стало реальностью и можно отказаться от штор и жалюзи. Вообразите стеклянную перегородку, которая способна изменять степень прозрачности.

К слову, затенять можно как все стекло, так и отдельные его участки. Зимой смарт-стекло сохраняет в 4,5 раза больше тепла, чем обычный стеклопакет, при этом потребляя электроэнергии только 2-7 Вт*час/мІ. Результаты исследования электрохромного стекла показали, что его использование в оконном остеклении позволяет снизить затраты на освещение до 51%; на кондиционирование до 49%, а также опустить пиковые нагрузки в сети до 16%.

Усовершенствование электрохромного стекла сегодня проводится исследовательскими центрами многих компаний, и это, несомненно, будущее остекления и оконных технологий. Но сфера его применения расширяется уже сейчас. Новые материалы POLYТRONIX используются сегодня для создания больших интерактивных проекционных экранов (Touch Screen) с диагональю 220”, разрешением 32 000 точек и чувствительностью 100 PPS. Еще одна сторона электронного стекла - возможность совместить его с охранной функцией. Так, новая технология lnstantShield позволяет мгновенно превратить все стеклянные фасады здания в недосягаемые для злоумышленников. Стекла становятся непроницаемыми даже для приборов ночного видения, и при этом могут сигнализировать о нарушении их целостности.

Через окна из помещений уходит значительная часть тепла. Однако и без остекления обойтись никак нельзя. Люди уже давно ищут компромисс, но так или иначе приходится чем-то жертвовать - либо энергоносителями, либо естественным освещением. Хотя, некоторые подвижки все же есть…

В средней полосе России внутренняя поверхность окон с ноября по март значительно переохлаждается. Так происходит не только из-за низких наружных температур, но и по причине «солнечной недостаточности». В результате окно становится поверхностью, которая охлаждает помещение, как кондиционер. Ощущается, что от окна веет холодом. На самом деле - это отсутствие тепла.



Зачем настолько подробно вдаваться в подробности, ведь и так понятно, что окно - не самый лучший теплоизолятор? Но не все так просто. Холодное окно - причина образования большого количества конденсата. Явление это довольно неприятное: на подоконнике всегда мокро, там заводится плесень, а сами окна становятся не просматриваемыми. Чтобы конденсат не выпадал, поверхность окна должна нагреться выше точки росы. Но как это сделать, ведь сопротивление теплопередаче даже двухкамерных стеклопакетов не позволяет в морозы преодолеть точку росы, которая составляет 10-13°С, в зависимости от влажности воздуха.

Есть два основных пути борьбы с конденсацией влаги воздуха на оконных стеклах. Один из них - обеспечить хорошую циркуляцию воздуха в оконной нише. Благодаря этому влага не будет успевать конденсироваться, поскольку ее будет сдувать потоками воздуха. Другой способ - подогреть стекло, чтобы его температура поднялась выше точки росы. Отопительные радиаторы неслучайно рекомендуют располагать именно под окнами. Восходящий теплый поток одновременно и обдувает, и нагревает стекло. Однако ширина подоконника должна быть не очень большой, чтобы поток воздуха доставал до стекла. В сильные холода, чтобы избавиться от конденсата на окнах, приходится сильнее топить, что связано с дополнительными энергозатратами. Кстати, теплопотери окон закладываются в расчет мощности отопительного котла. Чем они будут больше, тем мощнее потребуется котел, и соответственно дороже.



Но обогреть стекло можно не только при помощи, расположенного под ним отопительного радиатора. Например, использовать электрический подогрев. Окно с подогревом обеспечивает равномерное распределение тепла в помещении и отсутствие конденсата, даже если под ним не установить отопительный радиатор, который отнимает полезную площадь. Это специальные степлопакеты, которые при отключении от электросети работают как энергосберегающие с k- или i-стеклом.

Их стекла покрыты низкоэммисионным покрытием, отражающим инфракрасное излучение назад в комнату. Функцию нагревательного элемента в стеклах с подогревом выполняет специальное электропроводящее покрытие. Состоит оно из тонкого слоя твердого низкоэмиссионного покрытия, которое практически не снижает прозрачность стекла. Токопроводящего слоя нельзя коснуться, поскольку он располагается в толще стекла либо внутри триплексной структуры. Теплое стекло функционирует только пока оно цело. Трещина на нем прерывает контакт, отчего нагрев стекла прекращается.

Стекло с подогревом обязательно проходит процесс термоупрочнения либо ламинируется. Его использование в любых системах остекления считается безопасным. Такое стекло целесообразно применять для масштабного остекления, где обычное стекло при разбитии может травмировать людей. Летом низкоэмиссионное покрытие предотвращает перегрев помещения. Кроме того, оно отсекает вредный для отделок и оконного текстиля солнечный ультрафиолет.

В стекло с подогревом интегрированы датчики, которые следят за его целостностью и температурой. Если за окном температура опускается, то подогрев адекватно усиливается.

Сфера применения стекол с подогревом не ограничивается масштабными остеклениями, хотя надо сказать, что именно там оно наиболее всего востребовано. В то же время такое стекло можно установить в мансардных окнах, а также использовать для остекления балконов и лоджий. Стекло с подогревом незаменимо для прозрачной архитектуры, которую требуют зимние сады, спортзалы, бассейны, веранды, павильоны и т.д.

Преимущества стекла с подогревом и сфера применения

В отличие от других видов стекол с селективными свойствами, стекло с подогревом абсолютно прозрачно. Видимые нагревательные элементы в нем отсутствуют - никаких нитей или спиралей. На вид это обычное стекло.

Нагревается такое стекло равномерно по всей площади, что в свою очередь обеспечивает оптимальное энергопотребление и высокую скорость нагрева.

Слой низкоэмиссионного напыления работает на сохранение тепла в помещении. В результате теплопотери через окно сокращаются на 30%. Соответственно и топить придется меньше.

Низкоэмиссионное покрытие позволяет эффективно использовать поступающее солнечное тепло. Оно, упрощенно говоря, впускается и не выпускается из помещения.

Удельная мощность стекла с подогревом может доходить до 3 кВт на 1 мІ. После включения стекло выходит на рабочую температуру уже через несколько минут. Подогретые стекла не становятся сборщиками конденсата даже при отсутствии под окном отопительного радиатора.

Стекла с подогревом совместимо с так называемым умным стеклом (smart glass). Для тех, кто не в курсе: умное стекло содержит специальную жидкокристаллическую прослойку, которая при подаче напряжения может из совершенно прозрачной превращаться в матовую или затемненную. Умное стекло незаменимо для панорамных остеклений первого этажа, а также для стеклянных стен, которые сегодня стали модной «фишкой» в Европе. Оптическая непроницаемость при наличии светопроницаемости смарт-стекла обеспечивает защиту от ультрафиолета на 99,5%.

В межсезонье, когда температура не настолько низкая, чтобы включать традиционное отопление, окна с подогревом позволяет поддерживать оптимальную температуру в помещениях. При этом ночью, когда наружная температура падает вплоть до заморозков, на обогреваемых стеклопакетах не образуется конденсат. В помещениях с обычными стеклопакетами приходится включать отопление раньше либо использовать электрообогреватели, что сопряжено с рядом неудобств и не всегда возможно.

Если стекло с подогревом использовать при остеклении мансардных окон, зенитных фонарей или прозрачной кровли, то отпадает необходимость их очистки от снега и наледи. Достаточно включить обогрев, и стекла оттают.

Температурный режим в помещениях с подогреваемыми стеклами улучшается. От окон исходит тепло, а не холод. В результате помещение нагревается равномерно, без образования холодных зон у окон.

Теплое стекло можно использовать в качестве локального отопительного прибора, если выполнить из него внутреннюю перегородку, ширму или панно.

В архитектуре нового поколения подогреваемое стекло находит широкое применение. Если подключить стеклопакеты к системе «умный дом», то подогрев происходит по расписанию. Им управляют погодные датчики, реагирующие в частности на наружную температуру. Кроме того, такие стеклопакеты можно включить в охранную систему дома. Поскольку при разбитии подогреваемого стекла происходит разрыв контакта, то это дает возможность подать сигнал на центральный блок охранной сигнализации. При этом на самом стекле нет никаких дополнительных датчиков разбития стекла - задействован только нагревательный слой.

Впрочем, разбить стекло с электроподогревом не так просто. Оно настолько прочное, что может нести антивандальную функцию, а также служить пулезащитой от короткоствольного оружия.

При желании и наличии средств из стекла с подогревом можно выполнить стены постройки. Сложно найти более подходящего материала для панорамного остекления. Стекла с подогревом отлично показали себя в крытых бассейнах, где излишняя влага и отсутствие возможности установки каких-либо обогревательных приборов приводит к запотеванию обычных стекол.

На сегодняшний день стекла с подогревом производят несколько компаний. Одна из них Saint-Gobain Glass. Если точнее, то это подразделение французского концерна Saint-Gobain, которое представляет линию стекла. Электрообогреваемые стекла дают полную свободу архитектуры. Они выручают во многих случаях, например, когда необходимо установить стеклопакет в глубокой нише, где нет достаточной циркуляции воздуха. Такие решения очень часто применяют финские строители. У них также популярны не только окна, но и двери с подогревом.



Список используемых источников

1. «Современные светопрозрачные конструкции гражданских зданий. Справочник проектировщика.» Том II. Борискина И.В., Шведов Н.В., Плотников А.А 2005

2. http://stroyprofile.com/archive/1816

3. «Проблемы применения крупноформатных стеклопакетов» К.т.н. А.Г. Чесноков, Москва 2006

Размещено на Allbest.ru

...