• теплоизоляция зимой;
• теплоизоляция летом;
• звукоизоляция;
• защитные функции;
• эстетические функции.

Для обеспечения этих функций, разработаны различные типы стекол, рассмотрим их подробнее.

Энергосберегающие стеклопакеты

Теплоизоляция в зимний период является наиболее важной функцией стекол для большинства регионов Украины. Как уже говорилось выше, потери тепла через стекло складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Для уменьшения потерь тепла от теплопроводности и конвекции, применяют двойное остекление (стеклопакеты), но это дает лишь незначительный эффект, т.к. основная доля теплопотерь происходит за счет теплового излучения. Для уменьшения этого вида излучения разработаны так называемые энергосберегающие стекла.

В настоящее время проблема энергосбережения стоит чрезвычайно остро во всем мире, поэтому все крупнейшие производители стекла, такие как: Главербел, Пилкингтон, Сан Гобен, ППГ, Шотт, Интерпейн и другие освоили выпуск энергосберегающих стекол.

Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионного. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения, например от отопительного прибора (поэтому стекла с низкоэмиссиоными покрытиями называют «селективными стеклами»).

Характеристикой энергосбережения является излучательная способность стекла. Под излучательной способностью стекла (эмиссией) стекла понимают способность стеклянной поверхности отражать длинноволновое невидимое человеческим глазом тепловое излучение, длина волны которого меньше 16000 Нм. Эмисситент поверхности (Е) определяет излучательную способность стекла (у обычного стекла Е составляет >0.83, а излучательная способность селективных стекол меньше 0,04), и следовательно и способность как бы «отражать» обратно в помещение тепловое излучение.

Причина возникновения излучения кроется в движении свободных электронов атомов, находящихся на поверхности стекла, и плотности движущихся электронов. Далеко не все металлы, хорошо проводящие электрический ток, обладают свойством отражать длинноволновое тепловое излучение.

Следовательно, чем ниже эмисситент, тем меньше потери тепла. При этом стекло с оптическим покрытием имеющим значение эмисситента Е=0,004 отражает обратно в помещение свыше 90% тепловой энергии уходящей через окно.

В настоящее время для этих целей используется два типа покрытий: так называемое К - стекло (Low-E) - «твердое» покрытие и i - стекло (Double Low-E) - «мягкое» покрытие.

Первым шагом в выпуске энергосберегающего стекла явилось производство К - стекла. Для придания Флоат-стеклу теплосберегающих свойств непосредственно при его изготовлении, на его поверхность методом химической реакции при высокой температуре (метод пиролиза) создается тонкий слой из окислов металлов InSnO2, который является прозрачным и в то же время обладает электропроводностью. Известно, что электропроводность напрямую связана с излучательной способностью Е поверхности. Величина излучательной способности простого стекла составляет 0,84, а у К-стекла обычно около 0,2.

Следующим значительным шагом в производстве теплосберегающих стекол стал выпуск т.н. i-стекла, которое по своим теплосберегающим свойствам в 1,5 раза превосходит К-стекло. Различие между К- стеклом и i-стеклом заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии его получения.

I-стекло производится ваккумным напылением и представляет из себя трехслойную (или более) структуру из чередующихся слоев серебра диэлектрика (BiO, AlN, TiO2 и т.п.). Технология нанесения требует использования высоковакуумного оборудования с системой магнетронного распыления..

Основным недостатком i-стекол является их сравнительно пониженная абразивная стойкость по сравнению с К - стеклом, что представляет некоторые неудобства при их транспортировке, но учитывая, что такое покрытие находится внутри стеклопакета, это не сказывается на его эксплуатационных свойствах.

Необходимо также обратить внимание, что при работе с К-стеклом и i-стеклом, существует необходимость зачистки (т.е. снятия) покрытия в месте контакта дистанционной рамки к стеклу. Это необходимо для предотвращения коррозии покрытия вдоль поверхности в процессе эксплуатации, а также для увеличения адгезии бутила к стеклу.

Основным применением стекол является их использование в составе стеклопакетов, теплосберегающие свойства которых во многом определяются параметрами покрытия на стекле. Хотя самим стеклопакетам мы уделим внимание ниже, в данном разделе считает целесообразным показать зависимость теплопроводности стеклопакета (на примере 4х16х4) от типа покрытия (см. таблицу).

Данные в таблице приведены для наиболее широко распространенных типов стеклопакетов.

Теплосберегающее стекло.

К-СТЕКЛО - высококачественное флоат-стекло со стойким, прозрачным "металлическим" покрытием (состоит, чуть ли не из дюжины компонентов, в основном металлов). Покрытие обеспечивает прохождение солнечной энергии в здание (оно прозрачное, не имеет цвета и его влияние на светопропускаемость и отражение практически не заметно), но существенным образом сокращает тепловые потери через окно (для этого и предназначено). То есть покрытие пропускает коротковолновую солнечную энергию в помещение, но не пропускает наружу длинноволновое тепловое излучение (например, от отопительного прибора).
Коэффициент тепловых потерь U (Вт/м2К) для обычного прозрачного стекла составляет 5.4, у двойного стекла уменьшается до значения 2.8, у К-стекла уменьшается до значения 1.9.

По внешнему виду К-стекло похоже на обычное прозрачное стекло В стеклопакетах может устанавливаться как в качестве наружного, так и внутреннего стекла. Первый способ позволяет сохранить тепло в помещении (минимизировать затраты на отопление, что как нельзя более актуально для российских зим). Второй - позволяет уменьшить тепловой поток с улицы в помещение (очень подходящий способ установки для стран с жарким климатом, к которым мы, к сожалению, не относимся - В.К.).

К-стекло может быть закалено и ламинировано.

Включение К-стекла в состав стеклопакета позволяет значительно улучшить его показатели теплоизоляции.

Очень интересного эффекта можно добиться при комбинации светоотражающих стекол с К-стеклом. Так, при установке К-стекла отражающим слоем в помещение можно одновременно увеличить и солнцезащитные свойства и теплосберегающие. При установке защитным слоем наружу - увеличить свето- и теплоизолирующие свойства стеклопакета. При этом общая "пропускная способность" пакета может составить всего 26%.

Нельзя не отметить, что технология нанесения твердого покрытия постоянно совершенствуется. Наиболее интересным на наш взгляд способом получения К-стекол является нанесение покрытия на стекло в процессе его производства, путем распыления оксидов металла на ленту стекла в печи при температуре около 600оС. Оксиды металла при этом проникают в структуру стекла, становясь с ним практически единым целым, что делает образующееся покрытие прочным и значительно более устойчивым к внешним воздействиям.

I-СТЕКЛО. Мягкое покрытие (TOP-N) наносится методом электромагнитного напыления, во время которого частицы оксидов металлов в вакуумной среде оседают на стекло. Преимущество данного метода состоит в получении стекла, покрытого равномерным "магнетронным" теплосберегающим слоем.

Основным недостатком I-стекла является его пониженная абразивная стойкость по сравнению с К-стеклом, что представляет некоторые неудобства при транспортировке и хранении. (Хранится оно действительно плохо. Вскрыл упаковку и сразу надо пускать стекло в дело. Чуть промедлил - все остатки выбросишь. Именно поэтому производители предпочитают с ним не связываться.

Работают с I- стёклом только те фирмы, которые имеют крупные заказы на производство окон с таким стеклом. - В.К.) Потребитель этого неудобства не ощущает, потому что покрытие находится внутри стеклопакета. Достоинством I-стекла является то, что его теплоизоляционные характеристики значительно выше, чем у К-стекла. А вот цена, наоборот - ниже.

Стекла с мягкими и твердыми покрытиями вместе составляют класс так называемых Low-E (Лоу-И) стекол, т.е. низкоэмиссионных стекол (Low-Emission).