Вакуумные стеклопакеты новый уровень развития оконных технологий

Введение

 В современных хорошо утепленных зданиях коэффициент теплопередачи стен U достигает 0,3 Вт/(м2·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 Ug (то есть без учета влияния кромок) составляет от 1,3 до 1,1 Вт/(м2·К). Однако на хорошо утепленном 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/(м2·К). Однако это достигается за счет усложнения конструкции стеклопакетов, увеличения их толщины до нескольких сантиметров и применения дорогого инертного газа криптона.  

Стекло

В середине 1960-х годов большинство систем среднего, высокого и сверхвысокого вакуума создавались с использованием стекла. Стеклянное дутье для научных целей было частью образования большинства экспериментаторов (4). Клапаны и соединения состояли из шлифованных стеклянных стыков со смазкой для стеклянных кранов и иногда включали уплотнительные кольца или предусматривали применение лака Glyptal и «черного воска» (апьезона) [5]. В настоящее время по крайней мере одна компания занимается распространением на рынке сравнительно широкой гаммы стеклянных вакуумных компонентов. Стеклянные системы обеспечивают ряд преимуществ. Они относительно дешевые (в особенности если производитель способен получать стеклянное дутье). Процессы, происходящие внутри камеры, например вакуумное осаждение, химический синтез или сушка вымораживанием, хорошо видны. Стекло гладкое, имеющее относительную химическую инертность и легко очищается для вакуумных случаев применения.

Стеклянным системам свойственно несколько возможных проблем. Стекло является хрупким. Хотя оно прочное при сжатии, но характеризуется малым пределом прочности при растяжении. (Хорошо сконструированная стеклянная система будет обеспечивать сжатие зон, подвергающихся высоким значениям механического напряжения. Например, уплотнения стыков стекло-металл должны содержать слои стекла с градуированными тепловыми коэффициентами расширения. Последовательность подобранных стекол должна быть разной в зависимости от того, нагревается или охлаждается деталь во время ее использования.) Мягкое натриево-кальциево-силикатное стекло и в определенной степени боросиликатное стекло (Ругех) имеют слабую термостойкость и размягчаются при температурах, превышающих 500-600 °С. Натрий в мягком стекле и бор в Ругех могут вызывать химическое загрязнение некоторых процессов, используемых для производства кремниевых микроэлектронных устройств. (Кварц выдерживает тепловой удар более успешно, размягчается при более высоких температурах и не загрязняет кремниевые устройства; манипулирование с кварцем требует более совершенных навыков стеклянного дутья, поскольку кварц характеризуется ярко выраженной склонностью к расстеклованию, если он не подвергается соответствующему отжигу.) Если стеклянная или кварцевая система не подвергается термической обработке под вакуумом в течение продолжительного периода времени, выделение пара, получаемого из межузловой и поглощенной воды, ограничивает конечное давление. И наконец диффузия и проницаемость гелия, в особенности для систем с тонкой стенкой при повышенных температурах, ограничивают фоновое давление.

Технический вакуум

А ещё очень разреженный газ именуют техническим вакуумом. Вакуум — это некая область пространства без вещества.

Вообще говоря, идеального вакуума в природе не встретить. Ведь даже в космическом пространстве, где, казалось бы, ничего нет, всё равно встречаются атомы водорода (пара атомов на кубический сантиметр). Но в теории достичь такого идеала всё же можно, в мизерных масштабах.

Техническим вакуумом считают газ, который находится при давлении ниже, чем в окружающем пространстве. Ну, к примеру, этого легко достичь в неких сосудах или в трубопроводе. Для этой цели существуют различные вакуумные насосы.

Для живых организмов нахождение в вакууме смертельно. Смерть наступает за несколько минут из-за гипоксии (нехватки кислорода).

Что такое вакуумный стеклопакет

33c0c22adfd3b32fc85640449ecc546a.jpg

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.

Важно! Как уже отмечалось ранее, существуют несколько видов стеклопакетов, в том числе: однокамерные, двухкамерные, трехкамерные.
. При помощи специального заводского оборудования воздух из межкамерного пространства удаляется

В конце процесса создается разряжение — так называемый технический вакуум.

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).

Кого коснутся изменения с переходом на вакуумные стеклопакеты

При переходе на VIG технологию в первую очередь изменения коснутся производства стеклопакетов.

Вакуумное стекло потребует:

  • дополнительного оборудования
  • дополнительных площадей
  • увеличения времени производства.

Кроме того, улучшенный стеклопакет с Ug 0.4…0.22 потребует улучшения самой проблемной зоны окна — краевой зоны примыкания стеклопакета к профилю. Чтобы краевая зона не сводила на нет все усилия по улучшению теплоизоляционных характеристик окна, края стеклопакета придется прятать глубоко в профильную систему. Это повлечет за собой внесение изменений в  профильные системы всех типов окон и еще большие изменения в  фасадные системы.

7056cd34d15ac12daddc6efdfbefad7d.jpgОкно с вакуумным стеклопакетом. Из доклада Питера Шобера (Peter Schober, Holzforschung Austria, Wien Ulrich Pont, TU Wien) на Rosenheim Window & Facade ConferenceФото: IFT Rosenheim

Рассматриваются и возможные изменения в фурнитуре, прежде всего в типах открывания. Хотя при переходе к использованию вакуумных стеклопакетов острой необходимости в этом нет.

Может так случиться, что покупатели окон снова начнут использовать словосочетание «вакуумные стеклопакеты», SEO специалисты подтянут запросы, публикуя тексты копирайтеров, наполненные мифами. Но все это уже может иметь под собой основание.

Будет переход на VIG быстрым или медленным, покажет время.

IFT Rosenheim провел ряд лабораторных испытаний вакуумных стеклопакетов, и теперь проводятся полевые испытания. Хотя технология достаточно сырая, первые объекты с использованием вакуумных стекол в стелопакете уже эксплуатируются.

Подготовлено по материалам конференции IFT Rosenheim и портала .

Что такое вакуумные стеклопакеты

Еще не так давно мы и не слышали про такое название как стеклопакет. И только в 90-е годы прошлого столетия, данное понятие прочно вошло в нашу жизнь.

В то время необычные окна казались нам шиком и роскошью. Но за каких-то пару лет, стеклопакеты стали не только стали привычными для нас, но так же мы смогли понять, как на самом деле они устроены.

К слову сказать, технологии по изготовлению окон развиваются с бешеной скоростью и, конечно же, уследить за всеми новинками, пожалуй, под силу только специалистам. Но, несмотря на это, обычные граждане так же хотят получить ответы на интересующие их вопросы по данной теме. Ну, к примеру, очень часто отечественные СМИ, в рекламных роликах говорят про так называемые вакуумные стеклопакеты. И вот тут возникает вопрос по поводу того, что представляет собой данная конструкция и есть ли у нее положительные стороны?

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).

Морфологический разбор слова онлайн

Введите слово или предложение и получите морфологический разбор с указанием части речи, падежа, рода, времени и т.д.

Начальная форма: ВЫКАТИТЬЧасть речи: причастиеГрамматика: единственное число, именительный падеж, мужской род, неодушевленное, одушевленное, непереходный, прошедшее время, совершенный вид, страдательный залогФормы: выкатить, выкатил, выкатила, выкатило, выкатили, выкачу, выкатим, выкатишь, выкатите, выкатит, выкатят, выкатив, выкативши, выкатя, выкатимте, выкати, выкативший, выкатившего, выкатившему, выкатившим, выкатившем, выкатившая, выкатившей, выкатившую, выкатившею, выкатившее, выкатившие, выкативших, выкатившими, выкаченный, выкаченного, выкаченному, выкаченным, выкаченном, выкачен, выкаченная, выкаченной, выкаченную, выкаченною, выкачена, выкаченное, выкачено, выкаченные, выкаченных, выкаченными, выкачены


Начальная формаЧасть речиГрамматикаФормыНачальная формаЧасть речиГрамматикаФормы

Начальная форма: ИЗАЧасть речи: существительноеГрамматика: прилагательное, женский род, имя, множественное число, одушевленное, родительный падежФормы: иза, изы, изе, изу, изой, изою, из, изам, изами, изах


Начальная формаЧасть речиГрамматикаФормы

Достоинства вакуумной технологии.

cb6ec96d21e1a9843980427cdc0681dc.jpg

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.

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

В статье, озаглавленной «» 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.

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.

Электровакуумное стекло

Cтраница 1

Электровакуумное стекло применяется для электрических ламп накаливания, люминисцентных ламп, радиоламп и др. Главными требованиями к нему являются определенный коэффициент теплового расширения и термическая стойкость ( от 100 до 1000 С) в зависимости от особенностей данной лампы. Для этих целей используется силикатное, боросшшкатное, алюмосиликатное и кварцевое стекло.  

Электровакуумное стекло представляет собой полуфабрикат, предназначенный для изготовления ламп накаливания, газоразрядных ламп, рентгеновских трубок и других подобных из делий. Для электрических ламп изготовляют две детали: колбу ( баллон) и ножку, в которой закрепляется светящаяся нить Ввиду особых требований, предъявляемых к электровакуумному стеклу, для его изготовления применяют многокомпонент ную шихту.  

Электровакуумное стекло используется для изготовления ламп накаливания, а также электронных и ионных приборов: электронно-лучевых трубок, газотронов, рентгеновских трубок, ртутных выпрямителей и других изделий.  

Электровакуумное стекло используется также в производстве многих других электровакуумных приборов: генераторных ламп, передающих трубок, фотоумножителей. Стеклянные детали таких приборов изготовляют из стекол разнообразных составов и главным образом из боросиликатных стекол с низким коэффициентом термического расширения.  

Произ-во медицинского, оптического, химико-лабораторного, приборостроительного и электровакуумного стекла по сложившейся практике учитывается в соответствующих отраслях пром-сти.  

К электровакуумному стеклу относятся стеклянные детали различных электровакуумных приборов: электронно-лучевых трубок, радиоламп, генераторных ламп. Особую группу составляют детали ламп накаливания и люминесцентных. Основным видом электротехнического стекла являются стеклянные изоляторы, применяемые на линиях электропередач.  

Изделия из электровакуумного стекла прессованные.  

Важнейшим свойством электровакуумных стекол является коэффициент термического расширения. Это объясняется тем, что в процессе производства электровакуумных приборов стеклянные детали спаиваются с различными металлами. Для получения надежных спаев необходимо подбирать стекла таким образом, чтобы коэффициенты термического расширения стекла и металла в спае незначительно отличались друг от друга. Для производства радиоламп, ламп накаливания и ламп дневного света используют штучное стекло ( колбы радиоламп и ламп накаливания) и весовое стекло: стеклянные трубки и штабики, из которых изготовляют ножки ламп, предназначенные для установки в лампе различных металлических деталей, например спирали лампы накаливания.  

Температура начала размягчения электровакуумных стекол лежит в пределах 530 — 810 С; при этом она характеризуется вязкостью стекла примерно 1025 пз.

Пластиковые окна

Непревзойденное качество стеклопакетов STiS

Мы четко улавливаем все технологические тенденции и изменяющиеся потребности потребителей в комфорте и уюте, осуществляем энергоэффективные разработки, находим новые решения и внедряем их в свою продукцию, задавая уровень качества на высоту европейского рынка.

Заполнение стеклопакетов STiS аргоном – это один из фундаментальных стандартов для обеспечения свойства энергоэффективности. Почему мы не используем осушенный воздух? Тому есть несколько существенных причин:

  • Теплопроводность аргона практически в 2 раза ниже по сравнению с воздухом, что улучшает теплоизоляцию окна на 10-15%.
  • Этот инертный газ обладает более высокой плотностью и лучше поглощает звуки, создавая хорошую шумоизоляцию.

Все производство осуществляется на современном высокотехнологичном оборудовании, проходит строжайший контроль качества и имеет гарантийный срок, в 4 раза превышающий ГОСТ (на Теплопакет 2.0 – в 6 раз превышающий).

За более подробной информацией обращайтесь к представителю STiS в вашем городе.

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 ).  

 1a9c63dfad86f66c459be6e625310a8e.jpg

Рисунок 1 – Прогибы стекол однокамерного стеклопакета:

а – при пониженном атмосферном давлении;

б – при повышенном атмосферном давлении

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.

Проблемы вакуумного стеклопакета и пути их решения

Привлекательность эффективности изолирующих свойств вакуума сталкивается с техническими и технологическими трудностями. Разряжение во внутренней полости создает соответствующее давление на наружную поверхность пакета. При разряжении до среднего вакуума расчетное давление составляет порядка 100 кгс/см², которое близко к пределу прочности оконного стекла на изгиб. При этом необходимо учитывать акустические нагрузки и температурные деформации, которые будут испытывать реальные окна. Решение проблемы — придание пакету свойств монолита. Для создания эффекта монолитности сборки между стенками пакета необходимо разместить достаточное количество распорок, которые, в свою очередь, не должны снижать светопроницаемость, иметь одинаковую высоту и плотность размещения по площади поверхности (для исключения образования локальных зон концентрации напряжений) и высокие и долговременные прочностные характеристики (на уровне характеристик стекла).

Перспективными направлениям создания вставок с заданными характеристиками считаются:

  • образование перемычек фотохимическим способом;
  • наполнение полости гелееобразной испаряемой жидкостью с наполнителем из стеклянных калиброванных шариков.

Обе технологии прошли стадию опытных образцов, но не избавлены от недостатков, которые не позволяют применять их в промышленном производстве вакуумных стеклопакетов.

Разработкой вакуумных стеклопакетов занимаются все крупные производители в Германии, Японии и Китае. В России разработки находятся на уровне «любителей», т.к. нет необходимого финансирования и промышленной базы. Продаваемые сегодня на российском рынке комплекты с вакуумным пакетом проводятся через систему сертификации как однокамерный стеклопакет, в котором одно из стекол обладает повышенным сопротивлением теплопередаче. В случае потери герметичности (повышенных свойств) стеклопакет станет простым однокамерным пакетом с повышенным весом. Тем не менее, перспективы у вакуумного пакета огромны.

Энергосберегающие способности компьютерное моделирование

Чтобы понять, каково энергопотребление в стандартном японском доме, было проведено компьютерное моделирование при помощи программы «SMASH for Windows Ver. 2.0; Simplified Analysis System for Housing Air-Conditioning Energy» на основе метеорологических данных, предоставленных Институтом энергосбережения зданий (IBEC). Общая жилая площадь и площадь окон моделируемого здания были приняты соответственно 125,9 м2 и 27,1 м2 [2].

Компьютерное моделирование было проведено для трех типов окон: одинарное листовое стекло, обычный двойной стеклопакет и многослойный вакуумный стеклопакет. На Рис. 4 показаны результаты вычисления энергопотребления при использовании кондиционирования воздуха в моделируемом доме.

492cd5c9074e132ca8089b3d8fd30f5c.jpg

Рис. 4 Результаты энергопотребления в течение года для различных вариантов остекления в Токио. Где: одинарное стекло: FL5 (листовое стекло без покрытия), двойной стеклопакет: FL5/Air12/FL5, многослойный вакуумный стеклопакет: FL2.5/LowE3/V0.2/FL3

Четко видно, что общее энергопотребление в доме с использованием многослойных вакуумных стеклопакетов значительно ниже, чем при других вариантах. Эксперимент показал, что применение многослойного вакуумного стеклопакета позволяет осуществить экономию электроэнергии порядка 40% по сравнению с одинарными оконными стеклами. Следовательно, использование такого многофункционального остекления в доме очень полезно с точки зрения снижения уровня выделяемого углекислого газа. В результате, общее количество снижения уровня выброса углекислого газа составит порядка 1 тонны в год для каждого дома.

Почему вакуумные стекла VIG, Vacuum Insulated Glass становятся актуальными сегодня

Дело все вот в этом графике, который демонстрировался в разных докладах.

5c52b370dfdc1c1182694ee854c20ca9.jpgГрафик демонстрирует, что для улучшения теплотехнических показателей стеклопакета необходимо увеличивать количество стекол. Данные из доклада Карина Либа и Конрада Хубера (Karin Lieb, Konrad Huber), Rosenheimer Fenstertage 2018Фото: IFT Rosenheim

Физика процесса такова, что для улучшения теплотехнических показателей стеклопакета необходимо увеличивать количество стекол в стеклопакете

Только недавно совершили рывок и вывели стеклопакет и энергосбережение на первое место по важности и привыкли к «толстым» двухкамерным газонаполненным стеклопакетам. Но что же дальше? Четыре и больше стекл увеличивают вес створки и снижают количество естественной освещенности помещения

Попытки заменить внутренние стекла на пленки не увенчались успехом (сейчас такой продукт производится в ограниченных количествах).

Вакуумные стекла могут стать следующей технологией в развитии светопрозрачных конструкций и энергоэффективности

Андрей Лесьо основатель и CEO платформы OKNA.ua

Вакуумные стекла (Vacuum glass (VG) или Vacuum insulated glass (VIG)) — предлагаю использовать термин «вакуумные стекла», а не вакуумные стеклопакеты из-за их толщины и возможности различать обычные стеклопакеты от стеклопакетов с вакуумными стеклами. При самостоятельном применении или в составе стеклопакетов с использованием селективных стекл (i-стекла или low-e стекла) могут стать следующей технологией в развитии светопрозрачных конструкций и энергоэффективности. Они способны обеспечить ощутимое уменьшение теплопроводности U при весе и светопропускании, сопоставимом с традиционными стеклопакетами. Без дополнительной нагрузки и увеличения толщины стеклопакетов, а значит с сохранением фурнитуры и монтажной ширины рам, можно получить существенный прирост теплоизоляционных характеристик окна.

9894c81da3a1cf1bdcd9914fe80dec9d.jpgСхема вакуумного стеклаФото: Commercialwindows.org

Различные характеристики стеклопакетов звуконепроницаемость, безопасность, сопротивляемость ветровой нагрузке

При создании многослойного вакуумного стеклопакета в виде единого блока, он обладает не только высокими термоизоляционными свойствами, но также высокой степенью звукоизоляции. Результаты потерь при звукопередаче такого стеклопакета показаны на Рис. 3.

640bda789d1fb6aa5a51881b2aa25f87.jpg

Рис. 3 Потери при передаче звука для различных типов остекления

Таких как: SPACIA Shizuka: FL2.5/LowE3/V0.2/ FL3, SPACIA Mamoru: FL2.5/PC1.2/LowE3/ V0.2/FL3, двойной стеклопакет: FL5/Air12/FL5, одинарное стекло: FL5 (без покрытия)

Звукоизоляционные свойства многослойного вакуумного стеклопакета соответствуют классу Т-3 согласно японскому промышленному стандарту (), что соответствует 1/3 октавного диапазона по JIS A 4706—2000. Как следует из полученных результатов, многослойный вакуумный стеклопакет по звуконепроницаемости на 2 класса опережает обычный двойной стеклопакет при толщине его стекол мм»>5 мм и воздушной прослойке между ними в мм»>12 мм (см. Рис. 3).

При создании многослойного вакуумного стеклопакета в виде единого блока, дополнительной его функцией является высокая степень защиты. Японская ассоциация производителей листового стекла установила основной стандарт защиты от взлома для остекления. Стандарт учитывает способы проникновения в жилище при помощи разбивания стекла окна и взлома замков. Согласно этому стандарту, оценка прочности остекления на разбивание основана на ISO 16936—1. По результатам такой оценки стеклопакет SPACIA Mamoru показал такие же свойства, как и многослойное остекление высшего уровня, состоящее из двух стекол толщиной мм»>3 мм и пленки для ламинирования толщиной 90 мил (2,3 мм). Стеклопакет показал также более высокие прочностные характеристики, чем обычное многослойное остекление, состоящее из стекла толщиной мм»>3 мм и пленки для ламинирования толщиной 30 мил (0,76 мм).

По сути, вакуумный стеклопакет обладает высокой сопротивляемостью давлению ветра из-за столкновения с двумя стеклянными пластинами, разделенными безвоздушным пространством. Другими словами, он ведет себя по отношению к ветровой нагрузке так же, как сплошное стекло аналогичной толщины мм»>6 мм. Соответственно, многослойный вакуумный стеклопакет будет выдерживать большую ветровую нагрузку по сравнению с вакуумным стеклопакетом, по причине большей жесткости конструкции, которая изготовлена единым блоком. Для сравнения, в случае использования остекления на 20 этаже здания, полная толщина обычного изоляционного двойного стеклопакета составит мм«>22 мм, поскольку здесь потребуется применение 5-миллиметрового стекла, разделенного 12-миллиметровой прослойкой воздуха. В то время как многослойный вакуумный стеклопакет достаточно прочен для противостояния аналогичным ветровым нагрузкам и толщине вполовину меньшей по сравнению с обычным двойным стеклопакетом. При этом вес многослойного стеклопакета будет соответственно вдвое меньше, чем обычного двойного стеклопакета.

Правильное понимание вакуумного стеклопакета

Изначально нужно понять какую конструкцию имеет вакуумный стеклопакет. Достаточно часто под этим понятием имеют в виду совершенно обычный стеклопакет, между стекол которого присутствует сухой воздух, который в свою очередь обеспечивает окнам высокий показатель теплоизоляционных свойств. Но тут нужно понимать, что сухой воздух – это точно не вакуум, следовательно, стандартный клееный стеклопакет никак не может именоваться вакуумным. В большинстве случаев такую ошибку делают рекламщики, которые изначально не разбираются во всех тонкостях связанных с производством стеклопакетов. Помимо этого встречаются стеклопакеты, камеры которых наполнены аргоном или иными газами, но и их нельзя назвать вакуумными.

Если на секунду представить, что из камеры стеклопакета был выкачан весь воздух, то исходя из законов физики, стекла после этого должны лопнуть. Но как не странно, этого не происходит. Весь секрет заключается в том, что стеклопакеты, которые наполнены сухим воздухом или инертным газом имеют внутреннее давление, которое по своей величине практически равно атмосферному давлению. Тем самым никакие силы не имеют влияния на конструкцию стеклопакета.

Из всего сказанного становится понятно, что при покупке вакуумных стеклопакетов изначально необходимо уточнить все про их конструкцию, дабы избежать подмены понятий. Не исключено что вам могут предложить стеклопакеты, не имеющие ни какого отношения к вакууму.

Вакуум между стеклами

Вакуум является абсолютным изолятором. Общая конструкция вакуумного пакета состоит из двух стекол, распорок (пилларов) высотой 0,15-0,5 мм между ними, герметизирующего контура и газоотводной трубки (штенгеля) для откачки воздуха из полости между стеклами. Стеклянные листы пакета сварены между собой по контуру. Технический вакуум с разряжением не менее 0,0013 ПА (нижнее значение среднего вакуума) обеспечит коэффициент теплопередачи 0,5 Вт/м²•°C, что соответствует требованиям к качественным двухкамерным стеклопакетам. Расчеты и изготовление опытных образцов показали, что однокамерный вакуумный стеклопакет может обеспечивать:

  • Светопроницаемость в пределах 90-95% проницаемости однокамерного пакета в зависимости от технологии получения распорок внутри вакуумного пакета.
  • Коэффициент теплопередачи — до 0,7-0,72 Вт/м²•°C в зависимости от материала и технологии формирования пилларов. Применение теплоотражающего покрытия одного из стекол увеличивает коэффициент до 0,85.
  • Звукопроницаемость на уровне однокамерных стеклопакетов. Хотя вакуум и не проводит звуковые волны, но вставки между стеклами становятся проводниками звуковых волн.

Серьезным плюсом вакуумного стеклопакета является снижение веса в полтора раза и уменьшение толщины более чем вдвое в сравнении со стандартным двухкамерным исполнением.

Сталь

Доступные немагнитные компоненты вакуумной системы из коррозионностойкой стали 304. 316 или 317 предлагаются несколькими компаниями. (Коррозионностойкая сталь 303 не подходит для использования в высоком вакууме, поскольку в нее в качестве легирующих элементов для улучшения механической обрабатываемости на станках включены материалы с высоким давлением пара — сера, фосфор и селен.).

Системы из коррозионностойкой стали обеспечивают множество преимуществ. Коррозионностойкая сталь является прочной и устойчивой ко многим химическим веществам. Существуют документально оформленные технолог ии и запатентованные фирменные процессы по очистке и полировке коррозионностойкой стали (см. подраздел 4.9). Для выполнения соответствующих приемов соединения обеспечен выбор сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, точечной сварки, высокотемпературной пайки и пайки серебром. Когда в клапанах и уплотнениях используются прокладки из мягкой меди или золота, стальные системы могут подвергаться термической обработке для десорбции загрязняющих веществ и уменьшения предельного давления. Крупномасштабное производство деталей для склада и конкуренция позволили сократить затраты. Поскольку на рынке предлагается широкое разнообразие вакуумных компонентов из коррозионностойкой стали, модифицированные согласно требованиям заказчика камеры часто могут собираться путем простого крепления болтами уже готовых элементов, подобранных из каталогов. Элементы, не продаваемые на рынке, могут быть изготовлены токарями и сварщиками при условии наличия некоторого специализированного обучения и аккуратности. Разумный выбор готовых и находящихся в запасах элементов, тщательная очистка и сборка, а также регулярная термическая обработка при повышенных температурах позволяют в результате получить систему, способную работать при предельных давлениях в диапазоне высокого и сверхвысокого вакуума.

С коррозионностойкой сталью связано несколько возможных проблем. Сырье изначально является дорогим и тяжелым. Немагнитные виды коррозионностойкой стали требуют более совершенных навыков механической обработки, чем в случае других металлов, в частности таких, как никель и определенные сплавы алюминия. (Если коррозионностойкая сталь не подвергается механической обработке именно при той скорости, которая необходима, а также при наличии достаточного количества смазочно-охлаждающей жидкости, она затвердевает при обработке.) В результате фазовых превращений немагнитные виды коррозионностойкой стали деформируются при температурах свыше 500—600 °С. Коррозионностойкая сталь подвергается отрицательному воздействию некоторых химически агрессивных газов и плазм — фтора и хлора 16]. Тяжелые металлические побочные продукты, получаемые в результате эрозии или напыления со стороны коррозионностойкой стали, могут вызывать неприемлемое загрязнение. (Производители кремниевой микроэлектроники, а также производители, связанные с ядерным синтезом с магнитным удержанием плазмы, особенно обеспокоены малыми количествами тяжелых металлических загрязняющих веществ, вызываемых корродированными или напыленными зажимными приспособлениями из коррозионностойкой стали.) Водород диффундирует внутрь и проникает через коррозионностойкую сталь, ограничивая предельное давление. Нагревание увеличивает скорость диффузии и проницаемости. Скорость диффузии также зависит от состава. Водород проникает через хромистую сталь со скоростью, составляющей от 0,1 до 0,01 скорости, с которой он проходит через чистое железо. Добавка углерода к железу с целью получения мягкой стали увеличивает скорость диффузии водорода. Углерод также создает фон из оксида углерода.

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.

d4159de399f520d1b9ad269d39726952.jpg

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.

82d8eba6f8856966bb4c1129a7df9da5.jpg

Заключение

Был разработан вакуумный с улучшенными характеристиками. U-value улучшенного пакета 0,45 Вт/м2К при толщине в 6 мм, что соответствует изоляции слоем стекловаты толщиной 100 мм. В процессе разработки данной технологии было успешно решено несколько проблем, включая низкотемпературный процесс герметизации, использование закаленного стекла и стабилизация вакуума.

Этот прозрачный материал, обладающий довольно высокими теплоизоляционными характеристиками может существенно изменить концепции дизайна в архитектуре. Более того, вакуумные стеклопакеты могут найти применение не только в архитектуре, но и в таких областях как холодильные и морозильные комнаты, бытовые и коммерческие холодильники и морозилки, и т. п.

Справочные материалы:

[1] Collins, Fischer-Cripps, Tang: Transparent
evacuated insulation, Solar Energy, 49(5),333-350 (1992)
[2] Collins, Simko: Current status of the science and
technology of vacuum glazing, Solar Energy,
62(3), 189—213 (1998)
[3] Collins, Asano, Misonou, Katoh, Nagasaka:
Vacuum glazing: Design options and
performance capability, Glass in Building’s
Conference, Centre for Window and Cladding
Technology, Bath UK, 189—213 (1999)
[4] Asano, Misonou, Katoh, Nagasaka: Advanced
window incorporating vacuum glazing, SPIE,
Solar Optical Materials XVI, Denver USA, 8—20 (1999)
Перевод: Кобылкин Р. Н,. Steklo.com, 2009

Автор статьи
Сергей Иванович
Руководитель бригады строителей. Занимается ремонтами и непосредственно остеклением более 20 лет.
Написано статей
1152
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Окна вашего дома
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector