Понятие о селективных покрытиях стекол

 

За рубежом этот вид стекол часто называют низкоэмиссионными (LOW – Е), то есть с малой излучательной способностью.

Энергетический кризис 70-х годов прошлого века дал новый импульс в области синтеза пленочных покрытий на стекле. В частности, были разработаны селективные покрытия, способные отражать длинноволновую составляющую теплового потока и, тем самым, снижать тепловые потери через остекление зданий.

Источниками тепла, которое мы получаем в наших домах, могут быть центральное отопление, газовая плита, нагревательные устройства, электролампочки или даже проникающее через окна солнечное излучение, температура тела человека. Выделяемое указанными источниками тепловое излучение относится к длинноволновому (l = = 5000–14000 нм). Именно на длинноволновое излучение влияют теплоизоляционные стекла. Пленочное покрытие таких стекол имеет высокую плотность свободных электронов. Длинноволновое (с малой энергией) излучение не может пройти через такое покрытие полностью. Большая его часть отражается обратно в помещение и лишь небольшая часть (до 10%) тепловой энергии теряется, уходя на улицу. Помещение прогревается лучше, и, как следствие, возможно снижение расхода дорогостоящей энергии на поддержание в нем комфортного температурного режима. Наоборот, в отличие от тепловой энергии, получаемой от центрального отопления, солнечное излучение, имеющее коротковолновую природу в основном (до 70–80%) проходит через низкоэмиссионное стекло в помещение. Эта бесплатная энергия поглощается стенами, полом и мебелью и вновь излучается ими, но уже в виде длинноволнового излучения, которое задерживается теплоизоляционным стеклом, установленным, например, в стеклопакете. Таким образом, при холодной погоде в неотапливаемом помещении аккумулируется значительное количество солнечной энергии. Теплоизоляционное стекло удерживает ее как в ловушке, обеспечивая прогрев объектов в помещении.

Обычное остекление позволяет большей части этого излучения уйти наружу, и, как следствие, такое помещение является прохладным и неуютным в холодное время года.

Таким образом, в сравнении с обычным, низкоэмиссионное стекло обеспечивает более эффективную и действенную теплоизоляцию, сокращает потери тепла, создает более удобную, комфортную среду и, что особенно важно, сокращает расходы на отопление.

При наружной температуре –25°С и температуре в помещении +20°С температура на поверхности внутреннего стекла у обычного однокамерного стеклопакета будет около +5°С, у стеклопакета с К-стеклом* +11°С и с И-стеклом +14°С. Таким образом, при обогреве помещения в двух последних случаях нет необходимости компенсировать «холодную зону» вблизи окна. Эта зона при обычном остеклении приводит к «сквознякам» – интенсивным конвективным потокам холодного воздуха вблизи оконного проема. Применение стеклопакетов с низкоэмиссионным стеклом позволяет устранить приоконные холодные зоны, а следовательно, и эффект сквозняка и существенно повысить комфортность помещений.

Конденсат на окнах образуется, когда теплый влажный воздух входит в контакт с холодной поверхностью стекла. При установке К-стекла внутреннее стекло стеклопакета настолько прогрето, что конденсат практически отсутствует. В связи с этим напомним, что низкоэмиссионное стекло устанавливается покрытием внутрь стеклопакета.

Было бы логично предположить, что из-за способности низкоэмиссионного стекла удерживать солнечное тепло, в летние месяцы в помещении будет нестерпимо жарко. Однако это не так. Летнее солнце нагревает наружные объекты за окном, которые становятся источниками длинноволнового излучения, отражаемого покрытием теплоизоляционного стекла и не проходящего в помещение. Именно эта особенность позволяет снижать затраты на кондиционирование воздуха. Это очень актуально для стран с жарким климатом, в особенности для административных зданий, система кондиционирования которых работает ночью и в выходные дни. Оценка показывает, что затраты на кондиционирование летом в 2–3 раза превосходят затраты на отопление в зимнее время. Лучшие образцы стеклопакетов с низкоэмиссионным стеклом позволяют снизить поступление солнечной энергии в помещение до 23–25% (при степени остекления 20–30% от площади пола), в то время как обычный стеклопакет имеет эту величину на уровне 83%.

Чтобы понять, как работает низкоэмиссионное стекло, следует усвоить значение термина «эмиссивитет».

Эмиссивитет – это мера способности поверхности поглощать или терять тепло. Его величина оценивается по шкале от «0» до «1». Значение, близкое к 1, показывает, что поверхность хороший эмитент (быстро теряет тепло). Малое значение по шкале означает, что поверхность теряет тепло медленно (плохой эмитент тепла).

Эмиссивитет поверхности обычного стекла оценивается значением 0,9, теплоизоляционного стекла с «твердым» покрытием – 0,17, то есть примерно в 5 раз ниже. Таким образом, теплоизоляционное стекло является хорошим изолятором тепла.

U -коэффициент. Из вышесказанного следует, что низкоэмиссионное стекло обеспечивает снижение потерь тепла и является изделием, сопротивляющимся прохождению через него потока тепла при наличии разности температур с обеих его сторон.

Эта способность поверхностей оценивается U -коэффициентом, который показывает, какое количество энергии в единицу времени теряет поверхность площадью 1 м² при разнице температур сред, которые она разделяет, в 1°С (Вт/(м²×°С).

U -коэффициент широко используется для оценки уровня изоляции различных частей зданий (стен, крыши, окон и др.). Чем ниже его значение, тем больше уровень изоляции и меньше теплопотери (меньше эмиссивитет) через данный тип ограждения.

Одинарное остекление обычным стеклом дает значение U = 5,6 Bт/(м²×°С), что соответствует большим теплопотерям через такое остекление), в связи с чем одинарное остекление практически не используется. Значения U -коэффициента при различных вариантах двойного остекления (для стеклопакетов) задаются табл. 12.1.

 

Таблица 12.1

Значения U -коэффициента в зависимости от типа стекол и расстояния
между ними в стеклопакете

Расстояние между стеклами, мм	Тип стеклопакета
	4-мм обычное + 4-мм обычное	4-мм обычное + 4-мм низкоэмиссионное
6	3,2	2,6
8	3,0	2,3
10	2,9	2,1
12	2,8	1,9
14	2,7	1,8
16	2,6	1,7

Данные таблицы позволяют сделать два вывода:

1) эффективность стеклопакета с низкоэмиссионным стеклом сильно зависит от расстояния между внутренним и внешним стеклами;

2) простая замена одного из обычных стекол в стеклопакете на низкоэмиссионное стекло обеспечивает существенное снижение
U -коэффициента остекления.

Зная значения U -коэффициента для обычного и низкоэмиссион-
ного стекол, можно определить разницу в потерях тепла, проходящего через них. Эта разница равна:

D Q = (U ₁ – U ₂) × D Т,

где U ₁» 3 Вт/(м²×°С) (обычное стекло, двойное остекление); U ₂ = 1,9 (теплоизолирующее + обычное стекла); D Т – разность температур внутри(вне) помещения. При D Т = 20°С имеем:

D Q = (3 – 1,9) × 20 = 22 Вт/(м²×°С).

В настоящее время использование низкоэмиссионных стекол яв-
ляется основным средством существенного улучшения уровня теплоизоляции остекленных поверхностей зданий. Значения их U -коэффи-
циентов регламентируются нормативной документацией.

Стекла с низкой эмиссией выпускаются ведущими мировыми компаниями «Pilkington» Англия, «Glaverbel» Бельгия, «Saint-Goben» Франция, «Guardian» США. Каждая из них выпускает свои торговые марки (табл. 12.2).

Таблица 12.2