Материал: Лекция 6
поверхности отражать или поглощать направленное (невидимое человеческому глазу) инфракрасное тепловое излучение в диапазоне длин волн от 5 до 50 мкм. Характеризуется коэффициентом эмиссии (emissivity) ε – отношение мощности излучения поверхности к мощности излучения абсолютно черного тела (с нормальным коэффициентом эмиссии, равным единице) при той же температуре (ГОСТ EN 12898, ГОСТ Р 54168). В большинстве случаев поверхность имеет коэффициент излучения меньше 1,0. Различают также нормальный коэффициент эмиссии (нормальная излучательная способность) εn. Характеризует способность стекла отражать нормально падающее излучение и вычисляется, как разность между единицей и коэффициентом отражения (Rn) в направлении нормали к поверхности стекла
εn = 1 – Rn
У натрий-кальций-силикатного стекла коэффициент эмиссии ε = 0,837, у некоторых металлов (золото, серебро) эта величина находится в пределах 0,02…0,03, а у современных энергосберегающих стёкол – 0,2…0,04. Следовательно, чем меньше коэффициент эмиссии, тем меньше потери тепла. Стекло с оптическим покрытием, имеющим значение ε = 0,04, отражает обратно в помещение свыше 90% тепловой энергии, уходящей через окна. Поэтому энергосберегающие стекла называют ещё низкоэмиссионными.
Низкоэмиссионные (теплосберегающие, селективные) стёкла имеют на своей поверхности низкоэмиссионное (селективное) покрытие из оксидов металлов (серебра, меди, алюминия) толщиной до 600 нм с коэффициентом эмиссии менее 0,2. Низкоэмиссионным считается покрытие, при нанесении которого существенно улучшаются теплотехнические характеристики стекла – сопротивление теплопередаче остекления увеличивается, а коэффициент теплопередачи – уменьшается.
Термин «селективное» говорит о том, что стекло пропускает волны светового и теплового диапазонов выборочно (селективно). Оно прозрачно для человеческого глаза и хорошо пропускает солнечный свет (коротковолновое излучение), благодаря которому нагреваются стены, перекрытия, мебель и другие находящиеся в помещении предметы, но обладает способностью задерживать длинные инфракрасные волны, излучаемые в свою очередь нагретыми в помещении предметами, в т. ч. и от отопительных приборов. Излучаемое из помещения тепло, распространяясь в массе стекла и достигнув селективного покрытия, не может проникнуть сквозь него, и вынуждено «вернуться» обратно в помещение. Установленное в пакете такое стекло представляет собой как бы «зеркало», отражающее тепловые лучи и позволяющее сохранить в помещении тепло, вырабатываемое обогревающими устройствами и осветительными приборами.
Выпускается два типа низкоэмиссионных стёкол с различной природой покрытий (СТБ ЕН 1096, СТБ 2054). По технологии изготовления различают «k-стекло» (Low-E с твёрдым покрытием) и «i-стекло» (Double Low-E с мягким покрытием).
26
П р и м е ч а н и е – Аббревиатура «k-стекло» и «i-стекло» – это названия торговых марок.
Твердое покрытие наносится на обрабатываемую поверхность одновременно с процессом изготовления стекла на горячую флоат-ленту, после чего отжигается (ГОСТ 30733 и ГОСТ Р 54177). В результате слой оксида металла оседает на поверхности горячего стекла и становится неотделимой его частью. Образуется прочное и твёрдое покрытие, так называемое «k-стекло». У стёкол с твёрдым покрытием есть один относительно толстый слой толщиной порядка 400…600 нм. Он почти бесцветный и визуально незаметен. Величина излучательной способности k-стекла (ε) обычно имеет значение 0,15…0,18, коэффициент направленного пропускания света –
0,63…0,85.
Стекла с твёрдым покрытием более стойки к воздействиям абразивов, коррозии и моющим средствам, не разрушаются с течением времени, более прочные, но менее эффективны и дороже. Устанавливать такое стекло можно как в качестве внутреннего, так и наружного слоёв стеклопакета. Если в качестве внутреннего, то сохраняется тепло в помещении, т. е. уменьшаются затраты на отопление. Наружный слой позволяет уменьшить тепловой поток с улицы в помещение, что особенно важно в условиях жаркого климата. И в том и другом случае улучшаются показатели теплоизоляции. При ярком солнечном свете на окнах с k-стеклами можно видеть легкую дымку от напыления.
Мягкое покрытие наносится методом плазменного напыления в вакууме на уже готовое стекло. Получают, так называемое «i-стекло», с мягким покрытием, состоящим из нескольких слоёв (оксид-металл-оксид). Мягкое селективное покрытие (ГОСТ Р 54176 и ГОСТ 31364) – это, как правило, плёнки из серебра толщиной 10…20 нм и титана.
Качественными характеристиками стёкол с мягким покрытием являются внешние показатели, оптические искажения, коэффициент направленного пропускания света (0,81…0,86), коэффициент эмиссии (не более 0,06) и стойкость покрытия к воздействию воздушной среды, которая тоже оценивается коэффициентом эмиссии (после испытания стекла ε не должен превышать 0,06).
П р и м е ч а н и е – Анализ нейтральности i-стекла по 100-бальной шкале (где 0 баллов – черный цвет, а 100 баллов – нейтральный, полностью прозрачный материал) дает результаты в 98 баллов. Такой же коэффициент у обычного стекла без напыления составляет 99 баллов. Следовательно, напыление практически не влияет на его светопропускаемость, но теплозащитные свойства улучшаются.
Если сравнивать теплоизоляционные характеристики, то у стекла с мягким покрытием они выше, чем у стекла с твердым покрытием. Но стекло с мягким покрытием обладает пониженной абразивной стойкостью, ограниченно устойчиво к погодным и температурным воздействиям и плохо хранится. После вскрытия упаковки его
27
необходимо сразу устанавливать в стеклопакеты. Устанавливают стекло с мягким покрытием со стороны помещения покрытием внутрь стеклопакета.
6. Светопрозрачные изделия и конструкции
Стекло, которому в процессе изготовления приданы определенная форма и свойства называют изделиями (рис. 6.13). Стеклянные изделия и конструкции получают либо путем формования из расплава стекломассы, либо путем промышленной переработки листового стекла.
Рис. 6.13. Конструкции из закаленного стекла (лестницы)
Стеклоблоки (СТБ ЕН 1051, ГОСТ 9272) представляют собой изделия с герметически закрытой полостью, образованной в результате соединения двух отпрессованных стеклянных половинок (пластин, полублоков, коробок), с гладкими наружными и рифлеными или гладкими внутренними поверхностями. Каждая половинка выполнена из стекла толщиной не менее 8 мм. Поверхность стеклоблоков может быть прозрачной, матовой, цветной, светорассеивающей и светонаправляющей. Прозрачные стеклоблоки пропускают до 85% света, а с цветной и матовой поверхностью – около 50%. Внутри стеклоблоков находится частично разреженный воздух. Поэтому тепло- и звукоизоляционные свойства их на 15…20% выше, чем у обычного толстого стекла (рис. 6.14).
28
Рис. 6.14. Стеклоблоки и примеры использования стеклоблоков в интерьере помещений
По форме стеклоблоки могут быть квадратные, прямоугольные и их половинки, треугольные, угловые и даже круглые размером от 90х90х80 до 300х300х100 мм. Чаще всего толщина стеклоблоков от 80 до 100 мм. Торцевые стенки у них слегка вогнуты. Это позволяет при монтаже стен заливать в образующиеся промежутки скрепляющий раствор и тем самым усиливать прочность и монолитность конструкций. В зависимости от размера масса стеклоблоков составляет 1,2…7,0 кг, плотность – до 800 кг/м3, теплопроводность – 0,46 Вт/(м∙К), прочность при сжатии – 6…7 МПа.
По конструктивному исполнению стеклоблоки разделяются на однокамерные и двухкамерные. У двухкамерных между полублоков при сварке помещают пластинку из стеклянного волокна или тонкую стеклянную плёнку, что улучшает их теплоизоляционные свойства. Стеклоблоки используют для возведения светопрозрачных ненесущих внутренних и наружных стен зданий, где ощущается дефицит света и про-
29
странства, для украшения поверхностей независимо от назначения помещения и т. п. Причём смонтировать блоки можно в любой плоскости – вертикальной, наклонной и горизонтальной.
Стекло строительное профильное (стеклопрофилит) – погонажные длинномерные (до 7 м) изделия открытого и закрытого сечения, получаемые методом непрерывного проката ленты листового стекла и изгибанием ее при прохождении через формующее устройство. В результате изделие в поперечном сечении принимает заданный профиль: коробчатый, швеллерный, ребристый и др. (рис. 6.15).
Рис. 6.15. Образцы стеклопрофилита
Ширина изделий от 232 до 498 мм при толщине стекла 6…7 мм. Может быть цветным, бесцветным, армированным, неармированным, с гладкой (кованой), узорчатой или рифлёной поверхностью (СТБ ЕН 572-7, ГОСТ 21992). Коэффициент светопропускания стеклопрофилита – 0,39…0,88, теплопроводность – 0,76 Вт/м·К, термостойкость – 70°С. Применяют стеклопрофилит так же, как и стеклянные блоки для устройства светопрозрачных ограждений (наружных стен, перегородок, кровель) и внешней отделки фасадов зданий.
Стеклопакеты (ГОСТ ЕН 1279-1, ГОСТ 24866, ГОСТ Р 54175) представляют собой объёмные изделия из двух или трёх листов стекла (однокамерные, двухкамерные), герметично соединённых по контуру с помощью дистанционной рамки так, что между ними образуется замкнутая прослойка, заполненная сухим разреженным воз-
30