Тепловизионный контроль, энергоаудит и энергосервис с 2009 года
Заказать звонок

Про энергосберегающее стекло (оно же i-стекло и low-e glass)

Актуальность проблемы

Остекленнось фасада административного здания ИФНС по улице Станционной составляет 11,6 %. Для снижения теплопотерь через окна в течение последних десяти лет активно ведутся работы по таким основным направлениям: разработка составов стекол, окрашенных в массе; разработка технологий и оборудования для нанесения на стекло покрытий с целью снижения радиационной и конвективной составляющей теплопотерь через оконный проем; совершенствование конструкции оконного блока. Уменьшение теплопотерь через оконные проемы достигается прежде всего простым увеличением количества стекол в конструкции (одно, двух и т.д. камерные стеклопакеты).

Другим способом повышения энергоэффективности светопрозрачных конструкций является теплопоглощающее остекление, стекла покрывают металлическими или полимерными пленками. Коэффициент теплопропускания таких стекол составляет 0,2^0,6. В ряде стран применяют трехслойные теплоотражающие пленки, приклеиваемые к стеклам после окончания работ по остеклению. В этом случае удается снизить теплопропускание до 0,13 нм. Среди технологий теплопоглощающего остекления выделяется технология стеклопакетов типа «тепловое зеркало». Принцип действия «тепловое зеркало» — отражение тепла в сторону его источника, предотвращая проникновение тепла в помещение: в летнее время — наружу, а зимой — внутрь помещения. Уникальная конструкция «теплового Зеркала» объединяет положительные характеристики двухкамерного остекления и низкоэмиссионного покрытия стекла, позволяя достичь наиболее высоких показателей термического сопротивления окон, близкие по значениям к термическому сопротивлению стен. В основе предложенного решения лежит учет всех особенностей передачи тепловой энергии через светопрозрачные ограждающие конструкции, которая осуществляется тремя основными

способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Окна с «тепловое зеркало» называют «самоокупаемыми». Подсчитано, что в среднем 1 м «теплового зеркала» экономит 340 кВт-ч в год. Повышенные затраты на установку «тепловое зеркало» быстро окупаются за счет экономии на системах отопления и кондиционирования. Установка «тепловое зеркало» при реставрации старых зданий окупается в течение 3­5 лет, в то время как замена старых окон на окна с обычными однокамерными стеклопакетами — только в течение 15-20 лет.

Основные достоинства стеклопакетов типа «тепловое зеркало»: — обеспечивают отсутствие потоков холодного воздуха и ощущения холода вблизи окон в зимнее время;

  • позволяют сократить тепловые потери зимой на 60%;
  • исключают солнечный перегрев летом без использования штор или затемненных стекол;
  • позволяют снизить затраты на кондиционирование летом на 30%;
  • поддерживают равномерную температуру в помещении в течении всего года;
  • на 18% эффективнее противодействие внутреннему запотеванию;
  • обладают улучшеными показателями звукоизоляции;
  • предотвращают выцветание обоев, картин, обивки мебели и ковров.

Еще одним энергоэффективным способом является такой, при котором не меняя конструкции стеклопакета возможно улучшить его теплоизоляционные свойства. Для наполнения стеклопакетов предложили использовать инертные газы, обладающие большими вязкостью, плотностью и меньшей теплопроводностью, чем воздух. При этом уменьшаются конвекционные токи внутри стеклопакета, что приводит к снижению потерь тепла. Для заполнения стеклопакетов были предложены аргон и криптон, а также их смеси.

За последние годы в строительстве и остеклении стало широко использоваться листовое стекло с разнообразной свето- и теплопрозрачностью. Это стекло имеет различные оттенки и низкую излучательную способность, его получают путем введения в состав специальных красителей, либо нанесением на поверхность разнообразных покрытий. Последние могут быть реализованы на установках с использованием специального оборудования и химических реактивов физическим и химическим способом. Как правило, за рубежом все вновь вводимые и реконструированные объекты остекляются стеклопакетами.

По условиям зарубежных фирм появление загрязнения и конденсата в стеклопакетах возможно не ранее, чем через 5-20 лет. При этом затраты окупаются через 8-10 лет эксплуатации стеклопакета. Поэтому представляет определенный интерес рассмотрение видов стекол, поставляемых на рынок, и оценка их свойств.

Исследованиями установлено, что если через теплопоглощающее стекло, окрашенное в массе, в помещение проникает в среднем 64% солнечной энергии (теплопоступление снижается в 1,3 раза), то через солнцеотражающие стекла — 39%, что обеспечивает снижение в 2,2 раза.

В 70-х годах в Европе, а в 1983 г. в США, освоили выпуск теплоизолирующих стекол — стекол с покрытием, обладающих низкой излучательной (эмиссионной) способностью типа Low-E. Такие стекла пропускают в помещение извне коротковолновую часть солнечного спектра и одновременно задерживают (отражают) длинноволновое тепловое излучение от всех предметов, находящихся внутри помещения. Это обеспечивает сокращение потерь тепла в зимнее время. В летнее время солнечный свет проходит в помещение, но длинноволновая составляющая излучения солнца от окружающих объектов отражается, что обеспечивает снижение температуры в помещении, а соответственно, и расходов на кондиционирование

Как правило, покрытие типа Low-E состоит из трех слоев — адгезионного оксидно-металлического слоя (SnO2 Bi2O3, ZnO); основного слоя — серебра; и защитного оксидно-металлического, аналогичного адгезионному слою, обеспечивающих светопропускание стекла и внешнюю декоративность.

Металлические и оксидно-металлические покрытия получают методом вакуумного магнетронного напыления и пиролиза.

При первом (основном) способе — лист стекла с предварительно подготовленной поверхностью помещают в вакуумную камеру, снабженную специальным катодом с системой подачи на него отрицательного потенциала. Создание вакуума способствует образованию плазмы. Положительные ионы газа из горячей плазмы притягиваются к отрицательно заряженной мишени, представляющей собой источник металлизирующего покрытия. Положительные заряды, ударяясь о мишень, выбивают атомы, осаждаемые на поверхности стекла, формируя покрытие.Строение энергосберегающего стеклопакета представлено на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 — Строение энергосберегающего стеклопакета.

1.       i-стекло

1а. стекло с внутренней стороны

2.          специальное покрытие ионами серебра (Ag)

3.          газ аргон (Ar) в воздушной камере

4.          дистанционная рамка

5.         первый изолирующий барьер

6.          осушитель (абсорбент)

7.          второй изолирующий барьер

При этом аргон абсолютно безвредный газ без цвета, запаха и вкуса, который вопреки заявлениям многих никуда не улетучится через полгода, т.к. с одной стороны этому препятствует серебряное покрытие (инертные газы не проходят сквозь металлы), с другой — дистанционная рамка с двойным слоем изоляторов.

Аргон — это инертный газ, который предохраняет серебро от окисления в процессе взаимодействия с воздухом, т. е. препятствует разрушению энергосберегающего покрытия стеклопакета. Но это не единственная цель, преследуемая производителями металлопластиковых окон и стеклопакетов к ним. Аргон также повышает уровень звукоизоляции, т.к. его динамический модуль упругости выше, чем у воздуха и повышает уровень теплоизоляции.

Таблица 2.2 — Сравнение характеристик аргона и воздуха.

Газ

Теплоемкость, Дж/кг°С

Температура, °С

Теплопередача Вт/(м°С)

Плотность кг/м

Динамическая вязкость кг/м-с

Воздух

1,008

Воздух

Аргон

Воздух

Аргон

Воздух

Аргон

-10

2,336

1,584

1,326

1,829

1,661

2,038

0

1,711

1,634

1,277

1,762

2,416

2,101

Аргон

0,519

10

2,496

1,684

1,232

1,699

1,761

2,164

20

2,576

1,734

1,189

1,64

1,811

2,228

Из таблицы следует, что теплопередача аргона ниже, чем воздуха, значит и теплоизоляция выше.

Теплоёмкость аргона почти вдвое ниже, чем воздуха. Соответственно, теплоизоляция почти вдвое выше, т.к. чем больше теплоёмкость, тем больше тепла требуется затратить для нагревания какого-то определенного количества газа.

Динамическая вязкость отвечает за интенсивность конвекционных процессов. Чем она выше, тем газ менее активен (argon с греческого переводится как ленивый, неактивный), т. е. конвекционный путь теплопотерь значительно снижается.

Серебряное покрытие отражает длинноволновое излучение. То есть в помещении не будет душно, а зимой тёплый воздух не уходит на улицу.

К тому же, подобная конструкция великолепно справляется с эффектом плачущих окон.

Суть вакуумных окон состоит в том, что между двумя листами стекла толщиной в 4 мм оставляется зазор на распорках толщиной не более 0,5-0,7 мм. Из данного зазора откачивается воздух.

Теплоизоляция достигается путем использования основного свойства вакуума — нулевой теплопроводности. В итоге конструкция получается толщиной не более 1 см, что уже значительно уже и проще в изготовлении, чем изготовление трехслойного стеклопакета.

Чтобы конструкция могла противостоять атмосферному давлению, разработчики предлагают в межстекольном пространстве равномерно устанавливать определенное число распорок, диаметром в 0,5 мм. Подобный диаметр не помешает прозрачности стекла и не ограничит видимости.

Особенностью производства вакуумного стеклопакета остается то, что необходимо использовать материалы, герметические свойства которых способны сохранятся очень длительное время. В вакуум не должны проникать молекулы воздуха. Кроме того, герметик должен быть эластичным и выдерживать давление атмосферы.

В сравнении с двухкамерным остеклением применение вакуумного стеклопакета позволит создавать относительно легкие конструкции. Уже сейчас разработчики признаются, что двухкамерные системы стоят на грани технических возможностей. Двухкамерное остекление на 50 % увеличивает вес конструкции по сравнению с однокамерным, что требует увеличения прочности несущих частей конструкции. Поэтому необходимым является использование качественного армирования для профилей ПВХ и специальной фурнитуры.

Причины, по которым предлагаемые энергоэффективные технологии не применяются в массовом масштабе

В России, несмотря на то, что в соответствии с действующими нормативными документами теплотехнические требования к окнам достаточно высоки, стекла с теплоотражающими покрытиями применяются не так широко. По нашим оценкам их применяют в 5-7% случаев.

По вопросу широкого применения энергоэффективных окон в строительстве приходится констатировать, что основной упор делается на установление более жестких норм по энергосбережению, в то время как требуется разработка и реализация комплекса мер по регулированию рыночных отношений и стимулированию участников рынка за внедрение мероприятий по энергосбережению.

Несмотря на имеющиеся производственные возможности, до настоящего времени энергоэффективные конструкции стеклопакетов остаются мало востребованными. К сожалению, значительная часть заказчиков изначально нацелена на установку наиболее дешевых оконных конструкций. За последние годы цены на жилье на рынке выросли в 2 раза, а цены на окна, наоборот, снизились в 2 раза. При постоянном увеличении стоимости 1 м жилья доля стоимости светопрозрачных конструкций неуклонно снижается, это происходит, как правило, одновременно с потерей качества.

Основными факторами, сдерживающими распространение криптонозаполненных стеклопакетов в России являются:

  • низкая информированность производителей и потребителей;
  • отсутствие нормативных документов;
  • дискредитация самого факта газонаполнения стеклопакетов производителями низкокачественной продукции (несоблюдение технологии, некачественные материалы, несертифицированный газ и т.д.);
  • заниженные проектные сметы на оконные конструкции;
  • низкая платежеспособность населения.

С целью обеспечения последовательного увеличения доли энергоэффективных окон, повышения эффективности работ по энергосбережению в новом строительстве, при реконструкции, ремонте и эксплуатации зданий и сооружении необходима разработка и реализация комплекса мер по стимулированию внедрения мероприятий по энергосбережению, учитывающих экономические интересы как строителей и инвесторов, так и эксплуатирующих организаций и арендаторов или владельцев недвижимости. Необходим комплексный подход и четкая программа действий для решения задач, связанных с реформой ЖКХ. При этом приоритет должен быть отдан обновленным

конструкциям энергоэффективных окон, которые без утепления наружных стен должны позволить на 30% снизить энергопотребление при высокой рентабельности капиталовложений.

Выбор трех вариантов окон для последующего сравнения

Критерии отбора.

В здании ИФНС по улице Станционной были установлены двухкамерные стеклопакеты. Поэтому первым из сравниваемых вариантов было выбрано двухкамерное окно с коэффициентом теплопередачи 1,81 Вт/(м -°С). Вторым вариантом для сравнения было выбрано двухкамерное окно с аргоновым заполнением межстекольного пространства и с серебряным покрытием поверхности наружного стекла, так как такие стеклопакеты сравнительно недавно появились на оконном рынке Хабаровска. Необходимо проверить на сколько с экономической точки зрения оправдана установка таких окон, ведь коэффициент теплопередачи таких стеклопакетов равен 0,63 Вт/(м -°С), а стоимость выше чем у обычных не энергосберегающих окон. Третьим вариантом для сравнения было выбрано окно с тремя стеклами и вакуумированием межстекольного пространства. Коэффициент теплопередачи равен 0,474 Вт/(м -°С), что существенно уменьшает теплопотери по сравнению с обычными стеклопакетами и снижает нагрузку на систему отопления. Но целесообразно ли будет транспортировать эти окна из Москвы, так как в Хабаровске таких стеклопакетов не производят. В таблице 3.3 представлен сравнительный анализ трех видов окон по различным критериям.