Нижегородские строители

Размещение информации на страницах сайта

Статьи/СТЕКЛА "УМНЫЕ" И ДАЖЕ "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ"


СТЕКЛА "УМНЫЕ" И ДАЖЕ "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ"

Урбанизация современного мира вынуждает человека большую часть жизни проводить в стенах квартиры, дома, офиса. Люди инстинктивно стараются вырваться из этого замкнутого пространства. Поэтому архитекторы в последние годы все чаще заменяют глухие стены прозрачными, увеличивая площадь оконных проемов вплоть до размеров стены.

Стеклянные фасады имеют три существенных недостатка.

Чем большая часть фасада становится стеклянной, тем значительнее теплопотери здания зимой и тем больше электроэнергии нужно летом на кондиционирование. Происходит это потому, что теплосопротивление стеклянного ограждения ниже, чем традиционного бетонного, кирпичного, деревянного.

Стекло - хрупкий материал. Один остроумный человек заметил, что если бы стекло было изобретено в наши дни, то техника безопасности не пропустила бы его в домостроение.

Стекло быстро разрушается от резкого теплового или огневого воздействия. Таким образом, обитатели помещений со стеклянными стенами более уязвимы при пожарах.

Растущая "прозрачность" зданий требует устранения этих недостатков или хотя бы снижения степени их проявления.

Поэтому в настоящее время во всем мире, в том числе и в России, ведется активный поиск путей как повышения теплоизолирующих и противопожарных свойств стекла, так и снижения его хрупкости.

Рассмотрим достигнутые результаты.

О повышении теплоизолирующих свойств стекла

Из физики известно, что причинами потерь теплоты через лист стекла являются тепловое инфракрасное излучение и теплопроводность. На тепловое излучение приходится до двух третей потерь, поэтому основное внимание исследователей направлено на поиски способов снижения данного вида потерь, тем более что влиять на теплопроводность можно лишь увеличением толщины листа или изменением состава стекла, что может привести к падению светопрозрачности. А вот уменьшить интенсивность излучения оказалось возможным, нанося на поверхность листа тончайшие, не изменяющие прозрачности стекла, покрытия различной природы.

Способы повышения теплоизолирующих свойств, пожарной безопасности, снижения хрупкости исследуются на так называемом флоат-стекле (стекло, изготовленное посредством выливания расплавленной стекломассы на поверхность расплавленного олова).

Чтобы использовать листовое стекло для увеличения площади остекления фасадов зданий, в производство необходимо было внедрить еще одну новацию - закаливание стекла. Дело в том, что реальная прочность листового стекла в сотни раз ниже теоретической из-за микроскопических дефектов на его поверхности. Дефекты служат концентраторами растягивающих напряжений. Использование такого стекла (его называют сырым) приводит к тому, что едва ли не половина его разрушается при перевозке, резке, монтаже в оконные проемы. Поэтому, кстати, сырое стекло запрещено использовать для остекления начиная с пятого этажа.

Поскольку прочность стекла зависит от состояния его поверхности, закаливание и направлено на его изменение в сторону повышения прочности. По сути, закаливание - это создание в поверхностных слоях стекла значительных сжимающих напряжений, блокирующих рост трещин и компенсирующих растягивающие напряжения, возникающие при эксплуатационных нагрузках.

Повышение прочности стекла закаливанием является важным и актуальным мероприятием, поскольку, во-первых, позволяет сократить потребность в стекле, во-вторых, повышает качество и надежность стекольной продукции, в-третьих, создает новые, нетрадиционные области применения стекла в качестве конструкционного материала.

Учитывая все эти обстоятельства, дальнейшие манипуляции, направленные на повышение теплоизолирующих свойств и пожарной безопасности, проводят только с закаленным флоат-стеклом.

Энергосберегающие стекла

Как отмечено выше, для повышения теплоизоляционных свойств на поверхность стеклянного листа наносят прозрачные покрытия. Их назначение - отбрасывать тепловое (инфракрасное) излучение от стекла в нужную сторону. Так, если необходимо удержать теплоту в помещении, лист устанавливают покрытием внутрь, если нужно отразить жгучие солнечные лучи - наружу.

Такие покрытия называют низкоэмиссионными, а стекла с ними - энергосберегающими. Их международное обозначение - Low-E стекла.

Известны две технологии изготовления энергосберегающих стекол с низкоэмиссионными покрытиями.

Первая - осаждение необходимых для формирования покрытия веществ на горячую поверхность стеклянного листа в момент его формирования. Такое стекло назвали "жестким" К-стеклом. Покрытие на таком стекле прочное.

Вторая технология - нанесение в вакууме на уже полученный лист нескольких слоев из оксида алюминия и титана или оксидов редкоземельных элементов. Такие покрытия называют "мягкими", а стекло с ними - И-стеклом.

В отопительный период К-стекло возвращает в жилище до 70% теплового излучения, а И-стекло - до 90%.

Экономическая эффективность оконной рамы с одним К-стеклом на 30% выше, чем обычной рамы с двойным стеклом.

Поглощающая теплоту поверхность стекла с покрытием нагревается, что препятствует образованию потоков холодного воздуха вблизи окна, поэтому конденсат почти не осаждается.

И еще один эффект дает такое стекло. Когда на улице холодно, зона вблизи окна с обычным остеклением холодная, что приводит к сквознякам, порождаемым конвективными потоками холодного воздуха. Чем меньше разность температур на поверхности стекла и в помещении, тем более комфортные условия в последнем.

Таким образом, применение низкоэмиссионных стекол обеспечивает:

До недавнего времени низкоэмисссионные стекла выпускались лишь за рубежом, в частности компанией AGCFlatGlass - крупнейшим производителем стекла в мире.

На российском заводе этой компании в г. Клин Московской области в 2007 г. было запущено производство энергоэффективного стекла Planibel TopN +, которое считается самым прогрессивным. Покрытие на нем формируется магнетронным распылением оксидов редкоземельных металлов.

Однако создаются и отечественные технологии. Так, разработана оригинальная технология ионно-стимулированного осаждения покрытий способом магнетронного распыления. Стекло с этим покрытием отражает до 90% падающего на него потока инфракрасных лучей, пропускает до 78% видимого света.

Использование такого стекла позволяет экономить в год до 45 кг условного топлива на каждый квадратный метр стандартного жилья.

Затраты, понесенные на замену обычного стекла энергосберегающим, окупаются в течение 2 - 2,5 лет за счет снижения расходов на отопление и кондиционирование.

Солнцезащитные стекла - так довольно коряво и двусмысленно (защищают от солнца или защищают солнце?) называют в России стекла, которые способны снижать количество солнечных лучей, попадающих в помещение, отражая их.

Зарубежные фирмы производят данные стекла под названиями Stopsol (стопсолнце), Stopray (стоплучи) - четкими и без двусмысленности.

Солнцезащитные стекла тоже следует считать энергосберегающими: они предотвращают перегрев помещения летом, снижая тем самым расходы на кондиционирование.

Оригинальным способом повышения теплоизолирующих свойств стекла является обогрев поверхности листа, обращенной в помещение, электрическим током, пропускаемым через тонкий слой прозрачного электропроводного материала, нанесенного на эту поверхность. Нагревают данный слой до температуры, равной той, какая должна быть в помещении.

Вследствие этого прекращается отток теплоты из помещения. Оказывается, стоимость электроэнергии, затрачиваемой на обогрев стекла, ниже стоимости той теплоты, которая терялась бы из-за разницы комнатной температуры и температуры стекла.

Стекла с полимерными пленками

Еще один способ придания стеклу способности отражать инфракрасное излучение заключается в наклеивании на стекло прозрачных полимерных пленок, на которые магнетронным способом уже напылены те покрытия, что описаны выше.

Пленки придают стеклу еще одно свойство: при разрушении осколки не разлетаются, а удерживаются клеем на листе.

Некоторые из таких пленок препятствуют утечке из помещения информации по оптическому, электронно-оптическому и радиочастотным каналам, защищают находящихся в помещении людей от воздействия внешних электромагнитных полей, создаваемых радио- и телепередающими антеннами.

Производят подобные пленки и цветными. Ассортимент - десятки цветов.

Температурный диапазон, в котором пленки "работают" без потери свойств, составляет от -40 до +80 град. Цельсия.

Такие пленки могут быть использованы для совершенствования свойств уже существующих окон. Демонтаж стекол не требуется, мыть их можно теми же средствами, что и обычное стекло.

Некоторые специалисты предлагают считать такие пленки новым строительным материалом.

Производство данного материала началось и в России, причем на самом высоком технологическом уровне. Лидером в нашей стране является ЗАО "Завод информационных технологий "Лит", г. Переяславль-Залесский (www.zavodlit.ru). Оно изготавливает пленку из полиэтилентерефталата (лавсана) разных назначений и цветов шириной 3200 мм (такова предельная ширина флоат-стекла), на одну сторону которой магнетронным способом в вакууме наносят функциональное покрытие, а на другую - клеевой слой и антиадгезионное покрытие.

К слову, такие пленки можно наклеивать и на стены ради улучшения их теплотехнических свойств.

Вышеописанные стекла называют "умными".

"Интеллектуальные" стекла

"Интеллектуальными" называют электрохромные стекла, которые способны менять цвет при наложении электрического тока. В отсутствие тока они прозрачны, при подключении к источнику - темнеют.

Такие стекла еще недавно стоили очень дорого и использовались редко. Российским ученым удалось в несколько раз снизить их стоимость. По ряду характеристик эти стекла превзошли зарубежные аналоги. В частности, для их функционирования достаточно напряжения всего в 2 В. Примером такого материала является электрохромное стекло марки TGE.

Электрохромное стекло по своему строению является триплексом, то есть конструкцией, в которой два параллельно расположенных стекла склеены друг с другом, между ними находится слой электрохромного геля, а на поверхностях стекол, обращенных к гелю, есть электропроводящее покрытие. Электрохромный гель и меняет цвет при включении тока.

Наряду с таким свойством электрохромное стекло, если его разбивают, удерживает осколки.

Электрохромные стекла уже используются для устранения, например, бликов на экранах телевизоров, мониторах, для обеспечения конфиденциальности переговоров, темноты в спальнях.

Электрохромное стекло не только темнеет при подключении к источнику электрического тока, но и удерживает осколки, если его разбивают.

А на американских боингах последних лет выпуска электрохромные стекла вставлены в иллюминаторы. Шторки оказались ненужными: нажал кнопку - и стекло потемнело.

К "интеллектуальным" относят также самоочищающиеся стекла. Эффект самоочищения возникает за счет того, что на поверхность стекла, которая будет обращена на улицу, нанесен тонкий прозрачный слой из наночастиц диоксида титана анатазной модификации. Эти частицы под действием ультрафиолетовых лучей, испускаемых солнцем, активируют кислород в воздухе до такой степени, что он сжигает при обычной температуре все те органические загрязнения, которые попали на поверхность стекла. А они являются тем "клеем", который приклеивает к стеклу минеральную грязь. В результате она самопроизвольно отваливается.

На таком стекле сгорают и микроорганизмы, так что оно поддерживается в стерильном состоянии. Это тоже немаловажно.

А если слой наночастиц диоксида титана нанести на лист стекла, другая поверхность которого уже имеет низкоэмиссионное покрытие, такое стекло будет и энергосберегающим.

Огнестойкое остекление

К сожалению, остекление является весьма чувствительной к огню и тепловым потокам частью ограждающих конструкций здания. Если остекление монтировать из обычного листового стекла, то уже через 8 - 10 минут оно будет разрушено. А согласно СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений" (приняты и введены в действие Постановлением Минстроя России от 13.02.1997 N 187) предел огнестойкости стеклянного ограждения должен быть не менее 45 минут. Малоэффективны стекла и с наклеенными на них пожаростойкими полимерными пленками.

Однако и остекление научились делать огнестойким. Одним из вариантов такого остекления, нашедшим применение в России, являются светопрозрачные блоки со вспенивающимся огнестойким заполнением.

Этот блок представляет собой конструкцию, состоящую из пяти листов флоат-стекла, разделенных воздушными промежутками. На четыре стекла нанесена оптически однородная светопрозрачная полимерная композиция. Листы по периметру склеены между собой полимерным клеем, а швы загерметизированы материалом, выдерживающим высокую температуру.

Механизм проявления огнестойкости блоков таков.

При огневом воздействии на одну из сторон стеклоблока происходит разогревание ближнего к огню листа. При температуре около 200 град. Цельсия начинается вспенивание полимерной композиции. Ее объем может увеличиваться до 10 раз. При этом в случае образования в стекле трещин вспенивающаяся композиция "латает" их.

Вспененная масса вследствие негорючести и малой теплопроводности отсекает тепловое воздействие на второе стекло.

Если разогревание продолжается, то начинает вспениваться полимерная композиция на втором стекле, а слой на первом преобразуется в кокс, который превращает блок в тело, непрозрачное для инфракрасных (тепловых) лучей.

Вследствие этого, как правило, второе и последующие стекла, не испытывая воздействия теплового потока, не разрушаются и остаются преградой для огня и дыма.

Производят в России и блоки, в которых стекла склеены прозрачным неорганическим гелем. При достижении температуры 150 град. Цельсия гель вспенивается и образует слой, предотвращающий дальнейшее распространение огня и теплоты. Такие блоки сохраняют целостность при воздействии открытого пламени в течение не менее 60 минут.

А российская компания "Ламинированное стекло" совместно с американской научно-технической корпорацией "Bekaert Speciality Films" тоже разработала и производит подобные блоки, в которых стекла склеены "Композицией силикатной огнестойкой" - КСО-1.

Предел огнестойкости таких блоков составляет не менее 60 минут (www.solargart.ru).

Триплекс - не только в автомобиле

Востребованность стекла в строительстве возрастает стремительными темпами. Архитекторы рекомендуют все большие площади участков фасадов изготавливать стеклянными. Дизайнеры закладывают в проекты не только уже ставшие привычными стеклянные перегородки, двери, но и прозрачные перекрытия, проступи лестниц.

Но пока в нашей стране почти все остекление зданий выполняется из обычного стекла, которое хорошо обеспечивает визуальный контакт между интерьером и внешним миром, внутри интерьера, но не безопасность как при случайном разрушении, так и (тем более) при терактах, вандализме. Всем известные события в Москве показали, что осколками стекла может быть убито и травмировано больше людей, чем непосредственно взрывной волной, начинками бомбы.

Поэтому необходимо заменять обычное листовое стекло, даже упрочненное закаливанием, стеклом еще более безопасным - совсем не образующим осколков.

В нашей стране этой проблеме начинают уделять все больше внимания, в ряде городов уже разработана нормативная база проектирования с использованием безопасных конструкций из стекла.

Вступают в силу нормативы и на материалы, в частности ГОСТ 30826-2001 "Стекло многослойное строительного назначения. Технические условия" (введен в действие Постановлением Госстроя России от 07.05.2002 N 21). В этом ГОСТе приведены требования к безосколочному стеклу, которое, в общем-то, известно уже около 60 лет под названием триплекс и применяется в качестве лобовых стекол автомобилей.

Триплекс - это конструкция из двух слоев стекла, склеенных прозрачным клеем.

В настоящее время в качестве клея используют пленочный клей-расплав - пленку из полимера, название которого - поливинилбутираль. Пленка этого полимера, зажатая между листами стекла, при нагревании плавится, становится липкой и надежно их склеивает.

В России триплекс производят прежде всего для остекления автомобилей и других транспортных средств, но на импортных пленках.

Такой триплекс в принципе пригоден и для использования в строительстве, но зарубежные специалисты считают, что для этой цели клей необходим другой - более прочный и жесткий. Дело здесь в том, что триплекс, например, изготовленный из двух стекол толщиной 4 мм, соединенных поливинилбутиральным клеем, проявляет себя по отношению к нагрузкам не как пластина толщиной 8 мм, а как два отдельно взятых стекла указанной толщины. Поэтому, чтобы прочность триплекса была более высокой, необходимо увеличение толщины стекол.

Чтобы повысить прочность триплекса с прежними стеклами, зарубежные ученые предложили использовать другой клей, название которого - SetryGlas. Слой, образованный таким клеем, передает напряжение от одного стекла другому, и триплекс работает как единое целое. Это позволяет использовать стеклянные конструкции меньшей толщины, чем те, в которых клеем служил поливинилбутираль.

Российскими учеными такой клей пока не создан, однако и у них есть достижения: разработаны клеи на основе ненасыщенных полиэфирных смол, отверждаемых ультрафиолетовым светом. Эти клеи образуют более прочные клеевые соединения, чем поливинилбутираль.

Но пока триплекса с такими клеями изготавливают мало не только в нашей стране, но и за рубежом, а необходимость в упрочнении стекол все возрастает. И в настоящее время удачным решением этой проблемы можно считать создание пленок, которые, будучи наклеенными на стекло, заметно повышают его прочность. Так, стекло с приклеенной к нему пленкой выдерживает удар и камнем, и молотком. И если даже оно треснет, то пленка удержит осколки от разлетания. Разбитое стекло не требует немедленной замены.

В России такие пленки используются, но не производятся. А за рубежом их изготавливают из двухосноориентированного терморелаксированного и термофиксированного полиэтилентрефталата (в России этот полимер называют лавсаном, наиболее массовые изделия из него - бутылки для воды).

Эти пленки обладают высокой прозрачностью, по сопротивлению разрыву не уступают стали СТ3, а по удлинению при разрыве превосходят ее во много раз. В качестве клея для данных пленок используют в основном клеи с постоянной липкостью на основе эфиров акриловой кислоты.

Пленки выпускаются с уже нанесенным на них клеем. Такие материалы называют самоклеящимися.

На эти пленки можно наносить магнетронным напылением те же низкоэмиссионнные покрытия, что и на стекло.

С помощью специальных пленок можно изготавливать и так называемый акустический триплекс - шумопоглощающий материал. Он, как и обычный, изготавливается из двух листов стекла, склеенных двумя пленками, одна из которых обладает шумопоглощающими свойствами.



 
Автор: В.А.Войтович
  К. т. н., заместитель генерального директора Нижегородского регионального центра наноиндустрии
   
Источник:Журнал "Руководитель строительной организации", 2011, N 9


Опубликовано 21.11.2011

последние изменения от 21.11.2011



Смотрите также:

Безрамные конструкции остекления

«Нанопокрытие для оконного стекла» Nanolux



При использовании материалов данной статьи ссылка на сайт обязательна.


Разделы

Яндекс.Метрика

Данный сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского Кодекса РФ.

Путинцев Александр Михайлович, © 2009
По вопросам работы сайта обращайтесь по e-mail: snino@mail.nnov.ru