Стекло в архитектуре
В 1960-х годах проводились активные экспериментальные работы в области металлизации поверхности стекла. Энергетический кризис 1970-х подстегнул этот процесс. В результате было налажено промышленное производство низкоэмиссионного теплосберегающего стекла с «твердым» К-покрытием. Позднее появились стеклоизделия с «мягким» И(I)-напылением.
К-стекло производится пиролитическим методом. Лента на
выходе из печи плавления атакуется молекулами оксидов металлов. В результате на стекле образуется металлизированная пленка. Поскольку процесс происходит непосредственно на линии, «твердые» покрытия еще называют on-line-напылением. К-стекла хорошо противостоят механическому воздействию, не подвержены окислению при контакте с окружающей средой (можно использовать при одинарном остеклении), отлично переносят высокие температуры, что позволяет упрочнять такую продукцию методом термического закаливания. Однако энергосберегающие характеристики стекол с «твердым» напылением, увы, «не дотягивают» до современных теплотехнических требований.
В наши дни все большую популярность приобретает инновационное стекло с И-покрытием. Низкоэмиссионную пленку наносят методом магнетронного напыления в режиме off-line. Готовые листы помещают в специальное оборудование – магнетрон, где в условиях глубокого вакуума на стеклянную поверхность напыляют несколько слоев редкоземельных металлов. «Мягкое» покрытие весьма чувствительно к различным воздействиям. Стекло с таким напылением можно использовать только в составе стеклопакета, причем обработанная сторона должна быть обращена внутрь изделия. «Ранимый» характер «мягкого» напыления не препятствует участию стекол с таким покрытием в безопасных многослойных комплексах (триплексах и дт.). Кстати, в последние годы появилась закаленная продукция с И-покрытием. Закалка стекол осуществляется в высокотехнологичных печах, имеющих специальные опции. Вместе с тем энергосберегающие способности И-стекол выше всяких похвал. Достаточно сказать, что сопротивление теплопередачи однокамерных стеклопакетов, укомплектованных листами с «мягким» напылением, составляет 0,62 кв. м С/Вт (при заполнении межстекольного пространства инертными газами – 0,68 - 0,7 кв. м С/Вт). Для сравнения: согласно московским территориальным нормам, данный показатель (для окон и балконных дверей) должен быть не менее 0,55 кв. м С/Вт. Таким образом, применение низкоэмиссионных стекол позволяет сократить потери тепла за счет излучения в пять раз, а общие теплопотери – в два-три раза.
Справедливости ради отметим, что задача эффективного теплоснабжения не решается только за счет термических достоинств стеклянного заполнения. Улучшить теплотехнику окна или другого светопрозрачного элемента позволяют прогрессивные технологии и современные материалы, обеспечивающие конструкции такие качества, как герметичность и геометрическая стабильность, а также продолжительный срок безремонтной службы. В наши дни при необходимости создаются оконные системы, сопротиаление теплопередачи которых превышает 2,0 кв. м С/Вт, то есть по теплотехническим характеристикам близкие к стеновой ограждающей конструкции ( для московского региона приведенное сопротивление теплопередачи наружной стены должно быть не менее 3,0-3,2 кв. м С/Вт).
Поглощать или отражать.
Решение задачи теплосбережения обострило другую проблему – перегрев внутреннего пространства зданий и солнечную погоду. Внешнее тепло, проникнув в здание, не может вернуться обратно: путь ему преграждает низкоэмиссионное покрытие. Это приводит к возникновению парникового эффекта и повышению температуры в помещениях до 60-80˚С.
Ослабить воздействие солнца можно посредством поглощения или отражения. В первом случае применяются специальные виды окрашенных в массе стекол: Arctic BlueTM (Pilkington), Planibel Coloured (Glaverbel), Parsol (Saint-Gobian Glass). Тонирование достигается за счет добавления в расплав оксидов металлов. При этом конечный продукт приобретает не только цвет (насыщенный голубой, серый, зеленый, бронзовый, розовый), но и особые энергетические и оптические качества. Окрашенное в массе остекление частично поглощает радиационное тепло, снижая тем самым интенсивность воздействия солнечного излучения. В зависимости от толщины листа и цвета тонированное стекло поглощает от 23 до 51% тепловой энергии. На теплопоглощающем стекле почти не образуется бликов, что благотворно сказывается на визуальной экологии городской среды. Тонированная продукция (Arctic BlueTM) также характеризуется низким уровнем пропускания ультрафиолетового излучения.
Добавим, что эффект поглощения тепла используется в солнечных коллекторах, изготовленных на базе специальных стекол. Такие изделия являются продуктом нанотехнологий. На поверхность стекла наносится тончайшая пленка кремниевых наночастиц, которая в сочетании с кремовой основой (т.е. со стеклом) образует нанокремниевый фотоэлектрический элемент. Благодаря последнему поглощаемое солнечное излучение преобразуется в электричество. Тонированное остекление далеко не всегда устраивает архитекторов и дизайнеров. В современной архитектуре сильны тенденции, ориентированные на стирание границ между внутренним пространством и окружающей средой. Для достижения визуальной интеграции интерьеров и внешнего мира используются нейтральные стекла со светоотражающим напылением либо абсолютно бесцветные стекла, обладающие повышенным коэффициентом светопропускания: Pilkington Optiwhiteтм, Eurowhite (Euroglas, Германия) – с пониженным содержанием оксида железа, который придает нейтральному стеклу легкий зеленоватый оттенок.
Следует упомянуть и о рефлективных стеклах: Reflectasol, Cool-Lite (Saint-Gobain) и других. На их поверхность нанесен особый зеркальный слой, не только превосходно отражающий солнечное излучение, но и обладающий впечатляющим визуальным эффектом. При этом обеспечивается одностороннее наблюдение, т.е. изнутри нет ограничения видимости, а снаружи стекло практически не проницаемо для взгляда прохожих. Такое стекло ограждает внутреннюю жизнь здания от постороннего взгляда в условиях тесной городской застройки.
Все большую популярность приобретают антибликовые стекла, т.е. продукция, полностью лишенная отражающего эффекта. До недавнего времени такие изделия были востребованы лишь в музейном деле, в художественных салонах и галереях. Однако в наши дни остро встал вопрос визуальной экологии городской среды, а также обеспечения транспортной безопасности. Выяснилось, что зеркальные фасады оказывают негативное влияние на физиологию человека. Кроме того, отражение света фар может ослепить водителя, особенно если мощный световой поток возникает внезапно, из-за угла. Чтобы исключить возникновение аварий, Государственная инспекция по обеспечению безопасности дорожного движения предписывает использовать для остекления первых этажей стекла с низким уровнем отражения (не более 8 %).
Комментарий Специалиста
Андрей Стольный, глава российского представительства компании Guardian Gllass S.A.
Идея мультифункциональных стекол заключается в том, чтобы в одном продукте объединить две характеристики: теплоизоляционную и теплозащитную. Магнетронная технология дает такую возможность. Наша компания в 1996 году разработала технологию Silacoat®, позволяющую последовательно наносить различные слои не белое прозрачное стекло. Таким образом, удается решить одновременно несколько задач и создать действительно многофункциональные стекла. Линейка продуктов Sun-Guard® Solar и High Performance включает 14 видов Solar и 10 видов HP стекол в серых, серо-голубых, синих и зеленых тонах толщиной 3-15 мм. Суть технологии заключается в чередовании функциональных и защитных слоев. Верхний и нижний слои из оксидов и нитридов влияют на зеркальность, светопропускание и цвет. Основной функциональный слой из различных металлов (серебро, хром) обеспечивает отражение коротковолнового и длинноволнового теплового излучения. Для защиты основных функциональных слоев от механических и химических повреждений, а также отражения и поглощения коротковолнового теплового излучения между этими слоями делается защитное напыление. Защитный слой из нитрида кремния позволяет подвергать многофункциональные стекла Guardian закаливанию по стандартной технологии: с нагревом до 600˚С и быстрым охлаждением. До последнего времени эта возможность была прерогативой компании Guardian. Наше стекло с магнетронным напылением обеспечивает более высокое светопропускание (до 67%) и гораздо более низкое пропускание тепла от солнца (солнечный фактор менее 41%). За таким стеклом комфортнее находиться, потому что оно более прозрачное, более светлое, но при этом защищает помещение от перегрева летом. И самое главное – покрытия нанесены на полупросветленное стекло. Что гарантирует естественность освещения.
Скачать реферат