Чтобы стекла толщиной 4-5 мм могли по всей своей площади выдержать атмосферное давление, между ними требуется установка специальных распорок. Диаметр этих элементов сопоставим с шириной вакуумной прослойки. Распорки расположены друг от друга на расстоянии, которое не затрудняет обзор из окон.

Перспективы вакуумных стеклопакетов

Окна, стеклопакеты для которых изготовлены по вакуумной технологии, имеют блестящие перспективы даже с учетом существующих проблем. Коэффициент теплопроводности Ug у трехслойного остекления в среднем составляет около 0,7 Вт/(м²K). Если провести сравнение, то обычный двухкамерный стеклопакет проигрывает по этому параметру вакуумной модификации, у которой Ug варьируется в пределах 0,45-0,5 Вт/(м²K).

Значит, энергоэффективность вакуумного стеклопакета на 40-50% выше. На сегодняшний день разработаны и уже производятся модели этого типа, имеющие толщину всего 6 мм, которые обладают такой же теплоизоляцией, как и 100-миллиметровая плита стекловаты. Максимально приближенный коэффициент теплопроводности только у двухкамерных стеклопакетов с инертным газом и двумя I- или k-стеклами.

Комбинированные стеклопакеты

Недостатки вакуумных стеклопакетов

Поскольку эта технология стала активно разрабатываться и внедряться сравнительно недавно, до совершенства ей еще далеко. К основным минусам вакуумных стеклопакетов следует отнести:

• хрупкость конструкции, снижающая уровень безопасности;
• высокая стоимость изделий из-за сложности производственного процесса;
• проблемы с разгерметизацией и попаданием через микротрещины воздуха внутрь камер.

Над устранением недостатков регулярно ведется работа, и некоторые проблемы частично решены. Китайцы уже изобрели гибкое краевое соединение, имеющее хорошую устойчивость к температурным колебаниям. Благодаря этому частично решен вопрос с разгерметизацией. Помимо этого китайским специалистам удалось в 2016 году разработать противоударное стекло «LandVac». Однако производство стеклопакетов этого типа с улучшенными характеристиками требует серьезных материальных затрат, поэтому пока инновационный продукт рассчитан исключительно на состоятельных покупателей.

Вакуумный стеклопакет. Описание технологии и предназначения

С каждым годом, как в промышленности, так и в частном секторе, требования, предъявляемые к энергосбережению, становятся жестче. Доподлинно известно, что значительный процент потери тепла в помещении, помимо кровли, происходит через оконный проем, слабым местом которого является стекло, имеющее высокую теплопроводность. Занимая значительную площадь окна, стекло и является «слабым местом», через которое тепло выходит наружу помещения.

Получается, для того, чтобы сохранить тепло в помещении, необходимо тепловые потери окна свести к минимуму. Что нужно для этого сделать? Какими имеющимися технологиями это можно обеспечить? Рассмотрим одно эффективное решение, притворив которое в жизнь, можно рассчитывать на существенное сокращение тепловых потерь через окно. Речь пойдет о стеклопакете. Да не о простом, а о вакуумном. Рассмотрим подробнее, что из себя он представляет.

Из статьи Вы узнаете:

Что такое вакуумный стеклопакет?

Предназначение вакуумных стеклопакетов — создание теплосберегающих прозрачных экранов в конструкциях зданий и теплиц в виде различных стеклянных покрытий (оконные проемы, лоджии, зимние сады, оранжереи и др.).

Наукой доказано, что идеальным термоизолятором является вакуум. Из школьного курса физики известно, что вакуум – это, по сути, пустота. Учитывая данную особенность безвоздушного пространства, разработчики оконных систем внедрили вакуум в конструкцию стеклопакета, в котором он служит в качестве утеплителя. Рассмотрим особенности применяемой технологии для получения вакуумного стеклопакета.

В конструкции такого решения задействуется стекло, толщина которого составляет 4 мм. Два стекла с распоркой между ними толщиной в полсантиметра образуют камеру.

[tip]Важно! Как уже отмечалось ранее, существуют несколько видов стеклопакетов, в том числе: однокамерные, двухкамерные, трехкамерные. [/tip]

При помощи специального заводского оборудования воздух из межкамерного пространства удаляется. В конце процесса создается разряжение — так называемый технический вакуум.

Чтобы получить конструкцию, с успехом противостоящую существующему атмосферному давлению, инженеры освоили технологию изготовления вакуумного стеклопакета, которая включает в себя наличие в нем нескольких распорок (соответственно и камер).

Достоинства вакуумной технологии.

Чтобы получить качественный стеклопакет, свойства которого позволяют его эксплуатировать на протяжении всего срока службы пластикового окна, одной откачки воздуха до состояния вакуума явно недостаточно. Необходимо обеспечить сохранность безвоздушного пространства камер максимально возможное время.

[tip]Внимание! Цена на вакуумный стеклопакет не просто большая, а огромная. Поэтому его установка в обычные квартиры нецелесообразна.[/tip]

В статье, озаглавленной «история пластиковых окон» уже упоминался тот факт, что срок эксплуатации отдельных оконных ПВХ конструкций превышает сорок, а то и пятьдесят лет. Безусловно, такое количество времени вакуум между камерами стеклопакета не сохранится – срок в пять-семь лет для него считается пределом. Если требуется восстановление вакуумной среды, то необходимо демонтировать стеклопакет и в заводских условиях откачать воздух из камер. Альтернатива этому — его замена на новый. Конечно, можно обойтись и без вакуума в межстекольном пространстве, однако хорошего сохранения тепла от окон с таким дефектом ожидать не следует.

Если проводить сравнение по эффективности, то удерживаемое тепло вакуумного стеклопакета (с двумя стеклами) соответствует возможностям по теплопроводности обычного двухкамерного стеклопакета (с тремя стеклами), без откаченного из камер воздуха до безвоздушного состояния.

Соответственно, при одинаковой теплопроводности однокамерная конструкция обладает меньшим весом, что благоприятно сказывается на требованиях к прочности применяемых в ней материалов.

Перспективы применения вакуумной среды в оконных конструкциях.

Для улучшения теплоизоляционных характеристик стеклопакета, помимо вакуумирования, применяются и ряд других технологий. Например, закачка в межстекольное пространство инертного газа (аргон, криптон), сухого воздуха или шестифтористой серы. Однако именно технология вакуумирования считается наиболее перспективным направлением в деле придания современному окну, будь оно пластиковое, алюминиевое, либо деревянное со стеклопакетом, максимальных теплоизоляционных свойств.

В конце 2011 года в Японии уже была открыта промышленная линия по производству вакуумных стеклопакетов. Сегодня выпуск таких изделий налажен и в ряде европейских стран, но не в России.

Обзор вакуумных стеклопакетов

Кандидат наук, бессменный эксперт сайта, реальный, а не абстрактный (в отличие от прочих ресурсов) человек.

Самые большие потери тепла в расчете на 1 м 2 площади приходятся на окна, точнее, стеклопакеты. Так, у стен коэффициент теплопередачи примерно 0,3 Вт/(м 2 *К). Аналогичный показатель стеклопакетов – 1,1-1.3 Вт/(м 2 *К). Поэтому производители окон ищут способы уменьшить потери тепла через оконный проем. В ход идут:

• большое количество камер в стеклопакете;
• использование низкоэмиссионного стекла;
• замена воздуха инертным газом.

Предпринимаемые меры дают результат. Многокамерные стеклопакеты с инертным газом криптоном и k-стеклом повышают энергоэффективность окна – коэффициент теплопередачи снижается примерно до 0,7 Вт/(м 2 *К). В принципе этого достаточно. Но возникает другая проблема: оконная конструкция усложняется, что ведет к сильному росту ее стоимости (способны купить только состоятельные владельцы коттеджей) и увеличению веса стеклопакета и створок, что в свою очередь требует увеличения толщины армирующего металла. Получается заколдованный круг.

Проблему технологи и ученые пытаются решить за счет откачки воздуха из камер стеклопакетов. Дальше всех в этом направлении продвинулась Япония. Есть свои наработки и у Китая. Не отстают от них Россия и Германия.

Редакция сайта StroyGuru решила познакомить своих посетителей с инновационным видом окон и рассказать, что такое вакуумные стеклопакеты, их преимущества и недостатки, перспективы разработки.

Что это и в чем особенность

Потери тепла через стеклопакет обусловлены:

• теплопроводностью твердых материалов;
• конвекцией атомов воздуха;
• электромагнитным излучением.

Теплопроводность. Основная форма передачи тепла – теплопроводность сплошных материалов. Снизить тепловые потери таким путем можно за счет теплоизоляционных материалов или использования полых конструкций.

Конвекция. Второй путь передачи тепла – движение атомов газа (конвекция). Чем они легче, тем быстрее движутся, а, следовательно, передают больше тепла. Получается, что от нагретого стекла воздух быстро передает тепло холодному стеклу.

Уменьшить теплопотери можно двумя путями: закачать в камеры тяжелые атомы газа, такие, как аргон или криптон (медленно двигаются) или вообще убрать воздух: в вакууме тепло не передается конвекционным путем. Подсчитано, что теплопотери уменьшаются линейно с падением давления.

Излучение. Тепловые лучи распространяются в вакууме и воздухе, что наглядно демонстрирует солнце. Задержать излучение может специальное покрытие стекла, которое пропускает свет (короткие волны) и задерживает, точнее, отражает, по принципу зеркала, инфракрасное излучение.

Исследователи решили снизить потери стекла сразу двумя путями: откачать воздух из камер стеклопакета, создав там вакуум и нанести низкоэмиссионное напыление.

При откачке воздуха сразу возникает проблема слипания стекол. Ее наглядно демонстрируют обычные стеклопакеты. Летом, при высокой температуре, стекла, из-за повышенного давления, принимают выгнутый вид. Зимой, вогнутый. Если стекло деформируется при незначительном изменении давления, то, что с ним будет при полном вакууме.

Расчеты показали, что на стекло площадью 1 м 2 приходится нагрузка в 10 т. Поэтому при откаченном из камеры воздухе стеклопакет если не лопнет, то слипнется Эффект пропадает, так как начинает действовать основной путь передачи тепла – теплопроводность. Избежать схлопывания стекла помогают распорки (спейсеры), которые равномерно размещаются в камере стеклопакета.

Идея таких оконных конструкций долгое время витала в воздухе, но конкретного воплощения не находила – стекло было слишком хрупким, не выдерживало давления ветра.

Все изменилось в 2016 году, когда компания «LandGlass Technology Co.Ltd» изготовила вакуумный стеклопакет «LandVac» с повышенной прочностью – поверхностное натяжение превысило 90 МПа. Это означало, что окно способно выдерживать ветровую нагрузку и небольшие по силе удары.

Кроме этого, была предложена гибкая краевая герметизация, успешно противостоящая линейному расширению при перепаде температуры и давления.

Особенность этого окна: много прорывных достоинств и не меньше слабостей. В исследовательских центрах продолжилась работа по борьбе с недостатками. Строители надеются, что через небольшой промежуток времени у них для установки будут долговечные энергоэффективные окна с вакуумным стеклопакетом.

Конструкция вакуумного окна

Вакуумное окно состоит из привычного оконного блока из пластика или дерева и инновационного стеклопакета. Остекление выполнено с помощью двух закаленных противоударных стекол «LandVac» толщиной 4-6 мм, расположенных на расстоянии примерно 0,7 мм. Чтобы стекла не «схлопывались» под атмосферным давлением, между ними ставятся кварцевые распорки или «спейсеры» по-научному. Диаметр прокладок всегда равен ширине камеры.

Герметичность обеспечивает стеклоприпой – специальная стеклянная паста, размягчающаяся при температуре 350 o С. Для повышения теплоизоляционных свойств на одно из стекол наносится низкоэмиссионное покрытие. Его расположение всегда на внутреннем стекле со стороны камеры.

Вакуум в стеклопакете ранее создавался насосами, выкачивающими воздух через пластиковую капсулу, размещенную в слое герметика. Такое решение оказалось не совсем удачным: в течение небольшого времени герметичность нарушалась. Решила проблему откачка воздуха через стекло – капсула после отсоединения насоса всасывается в камеру, упирается в противоположное стекло и намертво перекрывает доступ воздуха внутрь стеклопакета.

Стекло

Используемое стекло не полностью удовлетворяет производителей. В настоящее время сразу в нескольких странах мира ведутся работы по усовершенствованию стекла «LandVac». Исследователи пытаются увеличить его прочность с одновременной придачей свойств i-стекла.

Герметизация

Существующие способы герметизации не позволяют поддерживать вакуум в камере стеклопакета весь срок эксплуатации. При этом не все виды герметизирующего материала имеют низкий коэффициент проводимости тепла. Поэтому поиски новых средств для герметизации торцов ведутся сразу по нескольким направлениям:

• увеличить эксплуатационный ресурс герметика до 25-30 лет при рабочей температуре от -40 o С до +60 o С;
• снизить теплопроводность до приемлемых показателей (0,7-1,1 Вт/(м 2 *К);
• повысить упругость – позволяет предотвращать возникновение трещин при увеличении нагрузки на кромки стекол.

Спейсеры

Распорки в камерах могут быть металлические и кварцевые. Металлические с расстояния 1 м видны, кварцевые сложно заметить с близкого расстояния. Расположены спейсеры в шахматном порядке на расстоянии 30-40 мм друг от друга. По подсчетам специалистов занимают менее 0,1% площади. Поэтому существенного влияния на теплопроводность и видимость не оказывают.

Плюсы и минусы вакуумных стеклопакетов

Новая технология только пробивает себе дорогу на рынок оконных конструкций. Поэтому у нее много слабых сторон. Но имеющиеся преимущества дают надежду на прекрасные перспективы вакуумных окон в будущем.

• рекордно низкий коэффициент теплопроводности – 0,5 Вт/(м 2 *К);
• прекрасная шумоизоляция – эффективно блокируются звуковые волны средней и низкой частоты (воспроизводят строительная и дорожно-транспортная техника). В результате уровень шума снижается на 39 дБ, что на 10 дБ больше по сравнению с обычным стеклопакетом;
• увеличивается светопропускная способность оконного проема за счет меньшего количества стекол в стеклопакете;
• уменьшается вес оконной конструкции – армирующий металл может быть тоньше;
• нет дистанционной планки, что делает конструкцию легче. Кроме того исчезает мостик холода, а с ним и запотевание стекла;
• створка становится легче (меньше камер), что увеличивает эксплуатационный ресурс фурнитуры.

• хрупкость конструкции. Даже закаленное стекло LandVac, специально разработанное для вакуумных стеклопакетов, не обладает той прочностью, которое имеется в обычном остеклении. Технологи продолжают работу в этом направлении;
• проблемы с герметизацией. Достаточно малейшей микротрещины, чтобы вакуум исчез;
• реальный срок службы около 8 лет. Затем замена стеклопакета или повторная герметизация;
• тонкое остекление не гармонирует по размерам с рамой. Поэтому окно смотрится непривычно;
• высочайшая цена из-за сложной технологии изготовления – пока такие окна могут позволить себе состоятельные люди.

Перспективы

Полученные характеристики энергосберегающих вакуумных окон дают основание утверждать: поставленная перед учеными задача успешно решена. Сейчас все усилия исследователей будут направлены на решение частных вопросов: увеличение прочности стекла и поиски новых способов герметизации.

Если результаты исследований позволят увеличить эксплуатационный ресурс таких окон до 25-30 лет, то у технологии впереди блестящее будущее. Увеличение объемов производства непременно положительно скажется на стоимости – она будет неуклонно снижаться. Ведь сейчас в цене вакуумных стеклопакетов заложена не только себестоимость изготовления, но и затраты на научно-исследовательские работы. А они значительные.

Нужно отметить и еще один важный момент: производители оконных профилей активно занялись разработкой рам для инновационного остекления. Если и эта проблема будет решена, то в скором будущем новые виды окон станут вытеснять традиционные пластиковые и деревянные оконные блоки.

Заключение

В настоящее время промышленное изготовление вакуумных окон сдерживается существующими недостатками. После их преодоления выход на массовое производство неизбежен – слишком высокая эффективность инновационной конструкции.

Вакуумные стеклопакеты запущены в массовое производство

При стабильно растущих ценах на газ, централизованное отопление и электричество энергоэффективность окон является одной из основных характеристик, и ей уделяется больше всего внимания. За последние годы в этой сфере было внедрено достаточно много инноваций – использование I- и k-стекол, утепление при помощи энергосберегающих пленок, закачка внутрь камер инертного газа, но вакуумные стеклопакеты превзошли все предыдущие технологии. Внедрение этого изобретения позволит не только повысить энергоэффективность, но и уменьшить вес и толщину всех оконных конструкций. Эта инновация пока дорабатывается, хотя уже сегодня можно приобрести вакуумные оконные конструкции. Лидирует в этой области Япония, но Россия, Китай и Германия также активно двигаются в этом направлении.

Что такое вакуумный стеклопакет?

Предназначение вакуумных стеклопакетов — создание теплосберегающих прозрачных экранов в конструкциях зданий и теплиц в виде различных стеклянных покрытий (оконные проемы, лоджии, зимние сады, оранжереи и др.).

Наукой доказано, что идеальным термоизолятором является вакуум. Из школьного курса физики известно, что вакуум – это, по сути, пустота. Учитывая данную особенность безвоздушного пространства, разработчики оконных систем внедрили вакуум в конструкцию стеклопакета, в котором он служит в качестве утеплителя. Рассмотрим особенности применяемой технологии для получения вакуумного стеклопакета.

В конструкции такого решения задействуется стекло, толщина которого составляет 4 мм. Два стекла с распоркой между ними толщиной в полсантиметра образуют камеру.

При помощи специального заводского оборудования воздух из межкамерного пространства удаляется. В конце процесса создается разряжение — так называемый технический вакуум.

Чтобы получить конструкцию, с успехом противостоящую существующему атмосферному давлению, инженеры освоили технологию изготовления вакуумного стеклопакета, которая включает в себя наличие в нем нескольких распорок (соответственно и камер).

Передача тепла в стеклопакете

Существует три пути снижения передачи тепла через стеклопакет:

• Теплопроводность
• Тепловая конвекция
• Тепловое излучение

Теплопроводность

Теплопроводность является основной формой передачи тепла в твердых материалах, таких как оконные рамы и герметичные кромки стеклопакетов. Количество потерь тепла может быть снижено путем применения соответствующих теплоизоляционных материалов, а также путем снижения количества сплошных материалов, например, за счет применения полых профилей.

Тепловая конвекция

Тепловая конвекция – это передача тепла через движение частиц материальной среды. Чем легче молекулы газа, тем больше они передают тепла. По этой причине межстекольные полости стеклопакетов заполняют тяжелыми инертными газами, такими как аргон. В самых лучших окнах применяют стеклопакеты, заполненные криптоном, молекулы которого еще тяжелее, чем у аргона. Однако криптон намного дороже аргона.

В полном вакууме, конечно, не существует ни конвекции, ни теплопроводности. Однако даже частичный вакуум резко снижает передачу тепла. Когда давление в полости снижается до такого уровня, что молекулы могут двигаться, почти не сталкиваясь одна с другой, то передача тепла снижается линейно со снижением величины давления.

Тепловое излучение

Все вещества излучают электромагнитные волны, спектр которых зависит от их температуры, и поэтому обмениваются энергией со своим окружением. В отличие от теплопроводности и конвекции тепловое излучение происходит также и в вакууме. Так называемые низкоэмиссионные покрытия на стеклах снижают эти тепловые потери. Эти ультратонкие пленки пропускают коротковолновое излучение (свет), но не пропускают длинноволновое инфракрасное излучение (тепловое излучение).

Достоинства вакуумной технологии.

Чтобы получить качественный стеклопакет, свойства которого позволяют его эксплуатировать на протяжении всего срока службы пластикового окна, одной откачки воздуха до состояния вакуума явно недостаточно. Необходимо обеспечить сохранность безвоздушного пространства камер максимально возможное время.

В статье, озаглавленной «история пластиковых окон» уже упоминался тот факт, что срок эксплуатации отдельных оконных ПВХ конструкций превышает сорок, а то и пятьдесят лет. Безусловно, такое количество времени вакуум между камерами стеклопакета не сохранится – срок в пять-семь лет для него считается пределом. Если требуется восстановление вакуумной среды, то необходимо демонтировать стеклопакет и в заводских условиях откачать воздух из камер. Альтернатива этому — его замена на новый. Конечно, можно обойтись и без вакуума в межстекольном пространстве, однако хорошего сохранения тепла от окон с таким дефектом ожидать не следует.

Если проводить сравнение по эффективности, то удерживаемое тепло вакуумного стеклопакета (с двумя стеклами) соответствует возможностям по теплопроводности обычного двухкамерного стеклопакета (с тремя стеклами), без откаченного из камер воздуха до безвоздушного состояния.

Соответственно, при одинаковой теплопроводности однокамерная конструкция обладает меньшим весом, что благоприятно сказывается на требованиях к прочности применяемых в ней материалов.

Продукция и услуги Фабрики Окон

Однокамерные и двухкамерные стеклопакеты не пропустят холод внутрь помещения, удержат тепло и позволят создать уют в доме.

Новейшие пластиковые окна эффективно отражают жару и удерживают тепло в доме. Обеспечивают поступление свежего воздуха без пыли, сквозняков и уличного шума.

Натуральность, экологичность, долговечность и изысканность – главные преимущества деревянных окон. Изделия обеспечивают высокий уровень теплоизоляции.

Универсальное окно с энергосберегающим покрытием и внешним напылением Double Silver. Обладает высокой светопропускной способностью, теплоизоляцией и защищает помещение от ультрафиолета и жары.

Стеклопакет с подогревом

Thermo Glass обеспечит оптимальный температурный режим в помещении и не пересушит воздух. Стеклопакет станет дополнительным источником тепла. Не пропустит снаружи холод зимой и зной летом.

Перспективы применения вакуумной среды в оконных конструкциях.

Для улучшения теплоизоляционных характеристик стеклопакета, помимо вакуумирования, применяются и ряд других технологий. Например, закачка в межстекольное пространство инертного газа (аргон, криптон), сухого воздуха или шестифтористой серы. Однако именно технология вакуумирования считается наиболее перспективным направлением в деле придания современному окну, будь оно пластиковое, алюминиевое, либо деревянное со стеклопакетом, максимальных теплоизоляционных свойств.

В конце 2011 года в Японии уже была открыта промышленная линия по производству вакуумных стеклопакетов. Сегодня выпуск таких изделий налажен и в ряде европейских стран, но не в России.

Похожие записи
• Декоративные стеклопакеты. Какие они бывают
• Самоочищающийся стеклопакет. Описание и технология очистки стекла
• Все о стеклопакетах

Звукоизоляция: VIG vs триплекс

Еще одно важное свойство вакуумного стекла — звукоизоляционные характеристики. Звукоизоляция такого стекла, как показано в докладе Питера Шобера (Peter Schober, Holzforschung Austria, Wien Ulrich Pont, TU Wien), сравнима с триплексом

со стеклами аналогичной толщины. Т. е. применение VIG в составе стеклопакета приводит к улучшению звукоизолирующих характеристик в тех же случаях, где для этого применялся триплекс.

Звукоизоляция вакуумного стекла, по данным доклада Питера Шобера (Peter Schober, Holzforschung Austria, Wien Ulrich Pont, TU Wien), сравнима с триплексом со стеклами аналогичной толщины Фото: IFT Rosenheim

Французское остекление. Описание возможностей и достоинств

Обсуждение: 3 комментария

Геннадий:
05.09.2018 в 21:30

При вакууме внутри стеклопакета, на 1 сантиметр квадратный, будет давить атмосфера силой в 1 килограмм. Теперь умножьте это на площадь всего стеклопакета. При 1 метре квадратном, будет 10 тонн, причем с двух сторон. Итого на ваш несчастный скелопакет, будет давить в сумме 20 тонн. При таких давлениях, металл ходит на миллиметры. А стекло хрупкая вещь.) Так что господа, не вешайте людям лапшу на уши.)))

09.09.2018 в 02:16

Черт, мы то думаем — почему селедка в вакуумной упаковке выдерживает 100кг*2 давления? :_) Пересмотрите внимательнее первый ролик

20.11.2018 в 15:00

геныч ты бредишь…. в школу надо было ходить на физику…

Улучшение теплоизоляционных качеств стеклопакета

Основываясь на данном проекте, улучшение теплоизоляционных свойств пакета может быть достигнуто с помощью уменьшения числа распорок, снижения внутреннего давления в пакете и понижения эмиссионности поверхности стекла.

Уменьшение количества распорок, другими словами расстановка их на большем расстоянии может привести к разрушению стекла, так как оно всегда подвержено силе атмосферного давления. Для улучшения показателей теплоизоляции без угрозы разрушения стекла может быть использовано закаленное стекло.

Тем не менее, закаленное стекло не может быть использовано в существующем производственном процессе, по причине того, что оно плавится при температуре большей, чем 350 градусов, достигаемых при герметизации кромки пакета. Для решения этой проблемы был разработан низкотемпературный производственный процесс герметизации с использованием металлической, не содержащей свинец спайки при температуре 200 градусов.

Был разработан опытный образец производственной линии, позволявшей производить стеклопакеты максимального размера 2150 мм х 1350 мм. С использованием этого оборудования листы стекла нагревались, затем происходил автоматизированный процесс герметизации. Были оптимизированы температура стекла, температура расплавленного металлического герметика и скорость герметизации. С помощью этих изменений стало возможным использование закаленного стекла и более редкая расстановка распорок.

Дальнейшее улучшение теплоизоляционных характеристик было достигнуто с помощью применения покрытия стекла с еще более низкой эмиссионностью. В существующем пакете было использовано пиролитическое покрытие с показателем эмиссионности 0,15. В новом было применено не так давно разработанное покрытие с эмиссионностью 0,045. В этой статье мы рассматриваем пакет с использованием двух листов стекла с данным покрытием.

В дополнение ко всему, можно было бы использовать распорки из материала с более низкой теплопроводностью, чем металлические, например стеклянные или керамические. Эффективность применения таких материалов не рассматривается в данной статье, но без сомнения это очень важный фактор, который должен быть реализован в будущем.

Сравнение теплоизоляционных характеристик стеклопакетов

Рис. 7 показывает зависимость U-value и толщины типичной стекловатной изоляции. На рисунке отображены значения U-value однокамерного стеклопакета, вакуумного стеклопакета, гибридного и улучшенного вакуумного стеклопакета. Значение U-value улучшенного вакуумного стеклопакета составляет 0,45 Вт/м2К, которое соответствует изоляции слоем стекловаты толщиной 100 мм.

В дальнейшем, более широкая расстановка распорок при применении более толстых листов стекла позволит достигнуть более высоких показателей теплоизоляции.

Расстановка распорок в улучшенном вакуумном остеклении

Увеличение расстояния между распорками может быть достигнуто с применением закаленного стекла с более высокой поверхностной прочностью на изгиб. Исходя из этого, была рассчитана теплопроводность. Условия расчетов были приняты таковы: два листа закаленного стекла с покрытием с эмиссионностью 0,045 и расстоянием между распорками в 40 мм. Так как толщина использованных листов стекла составляет 3 мм, общая толщина стеклопакета составляет всего 6 мм. Результаты вычислений представлены на рис. 6

Сравнивая рис. 4 и рис. 6 мы можем увидеть огромную разницу в теплопроводности существующего вакуумного стеклопакета и улучшенного. Становится ясно, что увеличение расстояния между распорками и уменьшение эмиссионности внутренней поверхности стекла приводит к значительному улучшению показателей теплопроводности. Из рис. 6 видно, что стеклопакет с увеличенным до 40 мм расстоянием между распорками и внутренним давлением 0,1Па может обладать теплопроводностью 0,49 Вт/м2К. Из рис. 4 это значение приводит к значению показателя U-value в 0,45Вт/м2К.

Вакуумные стеклопакеты

Введение

В современных хорошо утепленных зданиях коэффициент теплопередачи стен U достигает 0,3 Вт/(м 2 ·К) и даже ниже [1]. Однокамерные стеклопакеты с инертным газом аргоном и низкоэмиссиоными покрытиями является в настоящее время нормальной практикой при строительстве новых зданий. Коэффициент теплопередачи центральной части этих стеклопакетов U_g (то есть без учета влияния кромок) составляет от 1,3 до 1,1 Вт/(м 2 ·К). Однако на хорошо утепленном фасаде здания эти стеклопакеты представляют собой «теплые пятна», через которые происходят значительные потери тепла. Хорошие двухкамерные стеклопакеты могут иметь коэффициент теплопередачи от 0,7 до 0,5 Вт/(м 2 ·К). Однако это достигается за счет усложнения конструкции стеклопакетов, увеличения их толщины до нескольких сантиметров и применения дорогого инертного газа криптона.

Концепция вакуумного стеклопакета

Альтернативным подходом к совершенствованию стеклопакетов является концепция вакуумных стеклопакетов (vacuum insulated glazing, VIG). Иногда их называют также «стеклопакетами с откачанным воздухом» (evacuated glazing unit, EGU). Японские и китайские компании уже предлагают такие стеклопакеты, однако их коэффициент теплопередачи составляет всего лишь от 1,3 до 1,1 Вт/(м 2 ·К) [2].

Расчеты специалистов показывают, что однокамерный стеклопакет с откаченным из него воздухом может достигать коэффициентов теплопередачи до 0,5 Вт/(м 2 ·К) [1, 2]. При этом общая толщина стеклопакета может быть не более 10 мм и толщиной стекол 4 мм. При этом нет необходимости применения инертных газов.

Атмосферное давление и традиционные стеклопакеты

Каждый стеклопакет имеет хотя бы одну герметически изолированную полость – пространство между стеклами. Обычно эта полость наполнена воздухом при том давлении, которые было в цехе в момент герметизации стеклопакетов. Допустим, что это атмосферное давление было нормальным. При изменении атмосферного давления по отношению к давлению внутри полости стекла стеклопакета становятся выпуклыми или вогнутыми (рисунок 1). Эти прогибы вызывают искажения отражения от стекол, которые более или менее заметны в зависимости от размеров стеклопакетов, толщины стекол, ширины полости и т. п. (см. подробнее здесь).

Рисунок 1 – Прогибы стекол однокамерного стеклопакета:

а – при пониженном атмосферном давлении;

б – при повышенном атмосферном давлении

Атмосферное давление и вакуумные стеклопакеты

Аналогичное явление происходит и с вакуумными стеклопакетами, но совершенно в других масштабах. Атмосферное давление оказывает на плоскую конструкцию из двух стекол с «вакуумной» полостью между ними очень большую нагрузку – 10 тонн на каждый квадратный метр (1 кг/см 2 х 10000 см 2 = 10000 кг = 10 тонн). Поэтому для предотвращения схлопывания стекол конструкция вакуумного стеклопакета требует применения серии столбчатых спейсеров, которые равномерно распределяют внутри его плоскости.

Конструкция вакуумного стеклопакета

Типичный вакуумный стеклопакет состоит из двух стекол толщиной 3-4 мм, которые изолируются по периметру газонепроницаемым герметиком. Одно стекло имеет низкоэмиссионное покрытие. Расстояние между стеклами составляет около 0,7 мм. Поэтому этот стеклопакет является значительно более тонким, чем типичный однокамерный стеклопакет (рисунок 2).

Ключевым элементом вакуумного стеклопакета является полость между стеклами. Наименование «вакуумный» подразумевает, что в полости нет никакой материальной среды, которая могла бы передавать тепло и звук от внутреннего стекла к наружному стеклу и наоборот.

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного стеклопакета [2]

Чтобы достичь этого давление в этой полости должно составлять 10 -3 гПa. Эта величина составляет одну миллионную долю атмосферного давления. Только тогда становится возможным снизить теплопередачу оставшегося разреженного газа до величин менее, чем 0,1 Вт/(м 2 ·К), что обеспечит достижение высокого общего коэффициента теплопередачи в целом для стеклопакета [1, 2].

Сопротивление атмосферному давлению обеспечивают столбчатые спейсеры. Основные требования к спейсерам: они должны иметь низкую теплопроводность и быть почти невидимыми.

Передача тепла в стеклопакете

Существует три пути снижения передачи тепла через стеклопакет:

• Теплопроводность
• Тепловая конвекция
• Тепловое излучение

Теплопроводность

Теплопроводность является основной формой передачи тепла в твердых материалах, таких как оконные рамы и герметичные кромки стеклопакетов. Количество потерь тепла может быть снижено путем применения соответствующих теплоизоляционных материалов, а также путем снижения количества сплошных материалов, например, за счет применения полых профилей.

Тепловая конвекция

Тепловая конвекция – это передача тепла через движение частиц материальной среды. Чем легче молекулы газа, тем больше они передают тепла. По этой причине межстекольные полости стеклопакетов заполняют тяжелыми инертными газами, такими как аргон. В самых лучших окнах применяют стеклопакеты, заполненные криптоном, молекулы которого еще тяжелее, чем у аргона. Однако криптон намного дороже аргона.

В полном вакууме, конечно, не существует ни конвекции, ни теплопроводности. Однако даже частичный вакуум резко снижает передачу тепла. Когда давление в полости снижается до такого уровня, что молекулы могут двигаться, почти не сталкиваясь одна с другой, то передача тепла снижается линейно со снижением величины давления.

Тепловое излучение

Все вещества излучают электромагнитные волны, спектр которых зависит от их температуры, и поэтому обмениваются энергией со своим окружением. В отличие от теплопроводности и конвекции тепловое излучение происходит также и в вакууме. Так называемые низкоэмиссионные покрытия на стеклах снижают эти тепловые потери. Эти ультратонкие пленки пропускают коротковолновое излучение (свет), но не пропускают длинноволновое инфракрасное излучение (тепловое излучение).

Система герметизации вакуумных стеклопакетов

Материалы, которые применяют для герметизации кромок, должны быть способными поддерживать вакуум внутри стеклопакета. Кроме того, они должны обладать высокими термоизоляционными характеристиками. Эти свойства должны сохраняться в условиях всех воздействий и нагрузок в течение полного срока службы стеклопакета. Это означает, что остаточное давление газа менее, чем 0,001 гПа должно оставаться стабильным в течение более 25 лет и при температуре от минус 40 до 60 ºС.

Кроме того, что эта система герметизации должна «держать» вакуум, она также обязательно должна обладать определенной упругостью. Это дает возможность выравнивать напряжения в ней и, тем самым, предотвращать возникновение трещин при нагрузках на кромки стекол.

Спейсеры вакуумных стеклопакетов

Применяемые в вакуумных стеклопакетах металлические и стеклянные столбики размером менее 0,35 мм являются практически невидимыми с расстояния 1 м. Эти спейсеры, расположенные на расстоянии 30-40 мм друг от друга, обеспечивают коэффициент теплопередачи вакуумного стеклопакета U_g около 0,50 Вт/(м 2 ·К) [2].

Преимущества вакуумных стеклопакетов

Лучшие стандартные стеклопакеты, в которых обычно применяется аргон, имеют коэффициент теплопередачи U_g от 1,3 до 1,1 Вт/(м 2 ·К). Двухкамерные стеклопакеты с криптоном имеют самые высокие теплоизоляционные характеристики (U_g от 0,7 до 0,5 Вт/(м 2 ·К)), но являются чрезмерно дорогими. Кроме того, чтобы достичь коэффициента теплопередачи U_g около 0,50 Вт/(м 2 ·К) эти стеклопакеты должны иметь ширину своих полостей 12-14 мм, что означает, что общая их толщина весьма значительна. Чрезмерный размеры и вес стеклопакетов вызывает проблемы с крепежными и другими деталями окон, например, с петлями. В отличие от двухкамерного стеклопакета вакуумный стеклопакет достигает величины U_g = 0,50 Вт/(м 2 ·К) при меньшем весе и меньшей толщине.

В настоящее время промышленные ваккумные стеклопакеты находятся еще в процессе разработки и дальнейшего совершенствования. С выходом на массовое производство они способны значительно повысить тепловую эффективность светопрозрачных конструкций, а также сделать их более легкими и удобными.

1. VIG – Vacuum Insulating Glass – 7th International Vacuum Insulation Symposium, Zurich-Dübendorf, 2005.

2. Vacuum Glazing – BINE projectinfo, 01/08

Ссылка для источника 2:

Узнать подробнее о вентилируемых фасадах вы сможете тут.

ООО «Алюком»
г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Тел.: +7 (495) 268 0444
E-mail: info@alucom.ru

Производство и склад: Калужская обл., г. Малоярославец, ул. Калужская, 64.