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 люди 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 – что представляет собой данная конструкция и есть ли у нее положительные стороны?
📌Содержание статьи: Описание возможностей вакуумного стеклопакетаПлюсы и минусы вакуумных стеклопакетов
Из чего состоит вакуумный стеклопакет
Использование вакуумных систем в России
Вакуумные стеклопакеты – история создания и производства
Оглавление:
- Вакуумные стеклопакеты – история создания и производства
- Что такое вакуумный стеклопакет
- Достоинства и недостатки вакуумных стеклопакетов
- Влияние атмосферного давления на изгиб стекол обычных и вакуумных стеклопакетов
- Конструкция вакуумного стеклопакета
- Варианты снижения передачи тепла через стеклопакет
- Герметизация вакуумных стеклопакетов
- Применение межстекольных спейсеров
- Новинка – закаленные стекла LandVac для вакуумных окон
- Применение вакуумного остекления в России
- Заключение
- Производители вакуумных стеклопакетов
Вакуумные стеклопакеты тема не новая на рынке стекольной промышленности и обсуждается уже более 10 лет. Первый вакуумный прототип стеклопакета был разработан специалистами Сиднейского университета в 90-е годы. Технология вакуумного стеклопакета была позаимствована из области производства термосов.
Бывший доцент кафедры физики Пекинского университета господин Тан (Tang Jianzheng) во время своего пребывания в университете Сиднея добился небывалого успеха в области изучения вакуумного остекления и стал первым в мире изобретателем вакуумного стеклопакета. За это Тан был удостоен австралийской награды «Наука и техника» и выиграл ряд зарубежных патентов.
Tang Jianzheng основал компанию Qingdao Synergy Technology Co., Ltd, в которой разработал первую часть вакуумного стеклопакета. Позже, в 2001 году, в Пекине была создана Synergy Vacuum Glazing Technology Co., Ltd, в которой Тан последовательно выступал в качестве руководителя, технического директора и главного научного сотрудника научно-исследовательского института Синергия.
В конце 90-х японская компания Nippon Sheet Glass первая запустила коммерческое производство вакуумных стеклопакетов. На тот момент это была конструкция из 2 листовых стекол на расстоянии 0.2 мм друг от друга, скрепленных металлическими распорками диаметром 0.4 мм и размерами до 2000*1000 мм.
Вакуумный стеклопакет с применением закаленного стекла широко известен своими теплоизолирующими, звукоизоляционными и энергосберегающими свойствами, но имеет низкую степень защиты от ударов, что ограничивает сферу его использования, главным образом, в архитектуре зданий. Эту проблему решили китайские производители стекла.
Китайской компании LandGlass удалось выйти на принципиально новый уровень производства вакуумных стеклопакетов.
Что такое вакуумный стеклопакет
Вакуумный стеклопакет – это светопрозрачная конструкция, состоящая из двух или более листов флоат-стекла, соединенных в шахматном порядке в шаг через каждые 5 см вставками, толщиной до 1 мм и шириной до 6 мм. Таким образом, между стеклами создается вакуумная камера, улучшающая звукоизоляцию и уменьшающая теплопроводность стеклопакета.
Технологию, послужившую основой для изготовления вакуумных стеклопакетов, позаимствовали из производства герметично запаянных колб для термосов, из которых откачан воздух. То есть было использовано одно из главных свойств вакуума – его нулевая теплопроводность.
Стекла в таких элементах оконных конструкций находятся на расстоянии 0,2-0,7 мм друг от друга. Такой незначительной вакуумной прослойки вполне достаточно, чтобы уменьшить теплопередачу между улицей и внутренними помещениями.
Благодаря использованию технологии вакуума, удалось:
- рекордно уменьшить значение коэффициента теплопроводности;
- улучшить звукоизоляцию;
- увеличить светопропускную способность энергоэффективных окон.
Сейчас для обеспечения герметичности при изготовлении вакуумных стеклопакетов вся конструкция по контуру изолируется рамками из стеклоприпоя. При этом активно ведется разработка эластичного герметика, который был бы способен выдержать давление атмосферы. Однако пока используется специальная стеклянная паста, выступающая в роли герметика и имеющая температуру размягчения 350 °C.
Достоинства и недостатки вакуумных стеклопакетов
Лучшие стандартные стеклопакеты, в которых обычно применяется аргон, имеют коэффициент теплопередачи Ug от 1,3 до 1,1 Вт/(м2·К).
Двухкамерные стеклопакеты с криптоном имеют самые высокие теплоизоляционные характеристики (Ug от 0,7 до 0,5 Вт/(м2·К)), но являются чрезмерно дорогими. Кроме того, чтобы достичь коэффициента теплопередачи Ug около 0,50 Вт/(м2·К) эти стеклопакеты должны иметь ширину своих полостей 12-14 мм, что означает, что общая их толщина весьма значительна.
Чрезмерный размеры и вес стандартных стеклопакетов вызывает проблемы с крепежными и другими деталями окон, например, с петлями.
В отличие от двухкамерного стеклопакета вакуумный стеклопакет достигает величины Ug = 0,50 Вт/(м2·К) при меньшем весе и меньшей толщине.
Плюсы вакуумных систем
Минусы вакуумных оконных систем
Поскольку эта технология стала активно разрабатываться и внедряться сравнительно недавно, до совершенства ей еще далеко.
К основным минусам вакуумных стеклопакетов следует отнести:
Над устранением недостатков регулярно ведется работа, и некоторые проблемы частично решены.
Китайцы уже изобрели гибкое краевое соединение, имеющее хорошую устойчивость к температурным колебаниям. Благодаря этому частично решен вопрос с разгерметизацией.
Помимо этого китайским специалистам удалось в 2016 году разработать противоударное стекло «LandVac», оно уже используется в вакуумных стеклопакетах.
Однако производство стеклопакетов этого типа с улучшенными характеристиками требует серьезных материальных затрат, поэтому пока инновационный продукт рассчитан исключительно на состоятельных покупателей.
Влияние атмосферного давления на изгиб стекол обычных и вакуумных стеклопакетов
Деформация стекол в стандартных стеклопакетах
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 ниже).
Эти прогибы вызывают искажения отражения от стекол, которые более или менее заметны в зависимости от размеров стеклопакетов, толщины стекол, ширины полости и т. п.
Прогибы стекол однокамерного стеклопакета:
а – при пониженном атмосферном давлении;
б – при повышенном атмосферном давлении
Отсутствие прогиба стекла в стеклопакетах с вакуумом
Аналогичное явление происходит и с вакуумными стеклопакетами, но совершенно в других масштабах. Атмосферное давление оказывает на плоскую конструкцию из двух стекол с «вакуумной» полостью между ними очень большую нагрузку – 10 тонн на каждый квадратный метр (1 кг/см2 х 10000 см2 = 10000 кг = 10 тонн).
Поэтому для предотвращения схлопывания стекол конструкция вакуумного стеклопакета требует применения серии столбчатых спейсеров, которые равномерно распределяют внутри его плоскости.
Конструкция вакуумного стеклопакета
Типичный вакуумный стеклопакет состоит из двух стекол толщиной 3-4 мм, которые изолируются по периметру газонепроницаемым герметиком. Одно стекло имеет низкоэмиссионное покрытие. Расстояние между стеклами составляет около 0,7 мм. Поэтому этот стеклопакет является значительно более тонким, чем типичный однокамерный стеклопакет.
Ключевым элементом вакуумного стеклопакета является полость между стеклами. Наименование «вакуумный» подразумевает, что в полости нет никакой материальной среды, которая могла бы передавать тепло и звук от внутреннего стекла к наружному стеклу и наоборот.
Чтобы достичь этого давление в этой полости должно составлять 10-3 гПa. Эта величина составляет одну миллионную долю атмосферного давления. Только тогда становится возможным снизить теплопередачу оставшегося разреженного газа до величин менее, чем 0,1 Вт/(м2·К), что обеспечит достижение высокого общего коэффициента теплопередачи в целом для стеклопакета.
Сопротивление атмосферному давлению обеспечивают столбчатые спейсеры.
Основные требования к спейсерам: они должны иметь низкую теплопроводность и быть почти невидимыми.
Варианты снижения передачи тепла через стеклопакет
Существует три пути снижения передачи тепла через стеклопакет:
- Теплопроводность
- Тепловая конвекция
- Тепловое излучение
Вакуумные стеклопакеты для террасы
Вакуумные стеклопакеты с шумоизоляцией
Вакуумные стеклопакеты для дачи
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).
Как мыть вакуумные стеклопакеты
Формула вакуумного стеклопакета
Какая фурнитура лучше для пластиковых окон
Герметизация 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.
Применение межстекольных спейсеров
Применяемые в вакуумных стеклопакетах металлические и стеклянные столбики размером менее 0,35 мм являются практически невидимыми с расстояния 1 м. Эти спейсеры, расположенные на расстоянии 30-40 мм друг от друга, обеспечивают коэффициент теплопередачи вакуумного стеклопакета Ug около 0,50 Вт/(м2·К).
Спейсер – он же дистанционная рамка
Новинка – закаленные стекла LandVac для вакуумных окон
Обеспечить безопасность вакуумного стеклопакета – трудная задача для стекольной промышленности, которую не удавалась решить на протяжении многих лет. С 2007 года более 100 высококвалифицированных инженеров и ученых интенсивно работали над технологией производства вакуумного стеклопакета.
С помощью эксклюзивной технологии низкотемпературной сварки поверхностное натяжение закаленного стекла превышает 90 мегапаскалей (Mpa), что улучшило его силу сопротивления ветру и противоударные свойства.
В августе 2016 компания LandGlass Technology Co.Ltd, специализирующаяся на развитии и производстве печей для изготовления стекла, выпустила вакуумный стеклопакет из закаленного стекла под названием «LandVac», обладающий противоударными свойствами.
Применение вакуумного остекления в России
Для климатических условий России базовые модификации вакуумных стеклопакетов не подходят. Исключение составляют южные регионы.
Проблема заключается в том, при сильно отрицательных температурах в краевой зоне вакуумных стеклопакетов обильно выпадает конденсат.
Проблема была решена путем сращивания обычного стеклопакета толщиной 16 мм с вакуумным. Такая «гибридная» конструкция значительно увеличивает энергоэффективность окон и исключает выпадение конденсата.
Заключение
Технология по изготовлению вакуумных стеклопакетов стала настоящим прорывом на современном строительном рынке.
Защищенность вакуумного стеклопакета соответствует стандартам безопасности, не требует ламинирования, и может стать хорошим выбором для перспективного остекления жилого и коммерческого жилья и фактором снижения вреда для окружающей среды.
В настоящее время вакуумные стеклопакеты находятся еще в процессе разработки и дальнейшего совершенствования. С выходом на массовое производство они способны значительно повысить тепловую эффективность светопрозрачных конструкций, а также сделать их более легкими и удобными.
Гарантия на вакуумный стеклопакет
Как правильно выбрать стеклопакет
Стеклопакеты со встроенными жалюзи
Производители вакуумных стеклопакетов
Если информация оказалась полезной - поделитесь в соцсетях.