Стеклопакет - Insulated glazing

Деревянный оконный профиль EURO 68 с стеклопакетом

Изоляционное стекло ( IG ) состоит из двух или более стеклянных оконных стекол , разделенных с помощью вакуумного или газонаполненного пространства , чтобы уменьшить передачу тепла через часть оболочки здания . Окно с стеклопакетом обычно известно как двойное остеклением или двойными застекленными окнами , тройное остекление или тройными застекленными окнами, или в четыре раз остекления или окно четверного застекленным, в зависимости от того, сколько оконных стекол используются в его конструкции.

Стеклопакеты (стеклопакеты) обычно изготавливаются из стекла толщиной от 3 до 10 мм (от 1/8 "до 3/8"). Более толстое стекло используется в особых случаях. В конструкции также может использоваться ламинированное или закаленное стекло. Большинство устройств производятся с одинаковой толщиной стекла на обоих панелях, но для специальных применений, таких как шумоподавление или безопасность, может потребоваться включение в устройство стекла разной толщины.

Разрезе схема фиксированной стеклопакета (МГС), что указывает на конвенцию нумерации , используемую в этой статье. Поверхность № 1 обращена наружу, Поверхность № 2 - это внутренняя поверхность внешней панели, Поверхность № 3 - это внешняя поверхность внутренней панели, а Поверхность № 4 - это внутренняя поверхность внутренней панели. Рама окна обозначена # 5, распорка обозначена как # 6, уплотнители показаны красным (# 7), внутренний откос находится с правой стороны (# 8), а внешний подоконник - слева (# 9).

Двустворчатые и штормовые окна

Типовая установка стеклопакетов с рамами из ПВХ.

Стеклопакеты - это эволюция старых технологий, известных как окна с двойной подвеской и штормовые окна . В традиционных двойных окнах для разделения внутреннего и внешнего пространства использовалось одно остекление.

  • В лете, экран окна будет установлен на внешней поверхность над двойными повешенными окнами для защиты от животных и насекомых.
  • Зимой экран был удален и заменен штормовым окном , которое создавало двухслойное разделение между внутренним и внешним пространством, увеличивая изоляцию окон в холодные зимние месяцы. Для вентиляции штормовое окно можно повесить на съемные петли и открыть с помощью складных металлических рычагов. При открытых штормовых окнах экранирование обычно невозможно, хотя зимой насекомые обычно не активны.

Традиционные штормовые окна и экраны являются относительно трудоемкими и трудоемкими, требуя снятия и хранения штормовых окон весной и повторной установки осенью и хранения экранов. Вес большой рамы штормового окна и стекла делает замену верхних этажей высоких зданий сложной задачей, требующей многократного подъема по лестнице с каждым окном и попыток удерживать окно на месте, одновременно закрепляя фиксирующие зажимы по краям. Однако современные репродукции этих штормовых окон в старинном стиле могут быть выполнены со съемным стеклом в нижней панели, которое при желании можно заменить съемным экраном. Это избавляет от необходимости менять все штормовое окно в зависимости от времени года.

Теплоизоляционное остекление образует очень компактный многослойный сэндвич из воздуха и стекла, что исключает необходимость в ливневых окнах. Экраны также могут быть оставлены установленными круглый год с изолированным остеклением и могут быть установлены таким образом, чтобы разрешить установку и удаление изнутри здания, устраняя необходимость подниматься по внешней стороне дома для обслуживания окон. Можно заменить изоляционное остекление на традиционные двойные рамы, хотя это потребует значительной модификации деревянного каркаса из-за увеличенной толщины сборки IG.

Современные оконные блоки с IG, как правило, полностью заменяют старые двухвесные блоки и включают другие улучшения, такие как лучшее уплотнение между верхним и нижним окнами и пружинная балансировка веса, которая устраняет необходимость в больших грузах для подвешивания внутри стены рядом с окна, обеспечивая большую изоляцию вокруг окна и уменьшая утечку воздуха, обеспечивают надежную защиту от солнца и сохраняют в доме прохладу жарким летом и тепло зимой. Эти уравновешивающие механизмы с пружинным приводом также обычно позволяют верхней части окон поворачиваться внутрь, что позволяет очищать внешнюю поверхность стеклопакета изнутри здания.

Распорка

Гибридные прокладки - примеры (слева направо): TGI, Swisspacer V, Thermix TX.N и Cromatech Ultra

Стекла разделены «распоркой». Прокладка, которая может быть с теплой кромкой , представляет собой кусок, который разделяет два стекла в системе изоляционного стекла и герметизирует газовое пространство между ними. Первые прокладки были сделаны в основном из стали и алюминия, которые, по мнению производителей, обеспечивали большую долговечность, а их более низкая цена означает, что они остаются распространенными.

Однако металлические прокладки проводят тепло (если металл не улучшен термически), подрывая способность стеклопакета (стеклопакета) уменьшать тепловой поток. Это также может привести к образованию воды или льда на дне герметичного блока из-за резкой разницы температур между окном и окружающим воздухом. Чтобы уменьшить теплопередачу через прокладку и повысить общие тепловые характеристики, производители могут делать прокладку из менее проводящего материала, такого как конструкционная пена. Распорка изготовлены из алюминия , который также содержит высокий структурный тепловой барьер уменьшает конденсацию на поверхность стекла и улучшает изоляцию, как измерено в целом U-значение .

  • Прокладка, уменьшающая тепловой поток в конфигурациях остекления, также может иметь характеристики для гашения звука, когда внешний шум является проблемой.
  • Обычно прокладки заполнены или содержат осушитель для удаления влаги, захваченной в газовом пространстве во время производства, тем самым снижая точку росы газа в этом пространстве и предотвращая образование конденсата на поверхности № 2 при понижении температуры наружного стекла.
  • Появилась новая технология для борьбы с потерями тепла из традиционных распорных стержней, включая улучшение структурных характеристик и долговечность улучшенного металла (алюминия с термобарьером) и прокладок из пенопласта.

Строительство

Состав стеклопакета

Стеклопакеты часто изготавливаются на заказ на заводских производственных линиях, но также доступны стандартные блоки. Размеры по ширине и высоте, толщину оконных стекол и тип стекла для каждого стекла, а также общую толщину устройства необходимо сообщить производителю. На сборочной линии прокладки определенной толщины разрезаются и собираются до необходимой общей ширины и высоты и заполняются влагопоглотителем. По параллельной линии стекла обрезают по размеру и промывают, чтобы они стали оптически прозрачными.

Примеры современных пластиковых и деревянных оконных профилей с изоляционным остеклением.

Клей, первичный герметик ( полиизобутилен ) наносится на поверхность распорки с каждой стороны, и панели прижимаются к распорке. Если агрегат заполнен газом, в прокладке собранного агрегата просверливаются два отверстия, прикрепляются линии для вытяжки воздуха из пространства и его замены (или оставления только вакуума) желаемым газом. Затем линии удаляются и отверстия закрываются для удержания газа. Более современный метод заключается в использовании газового наполнителя онлайн, который избавляет от необходимости сверлить отверстия в проставке. Первичный герметик предназначен для предотвращения утечки изолирующего газа и попадания водяного пара. Затем блоки с краевой стороны покрываются полисульфидом, либо силиконовым герметиком, либо аналогичным материалом в качестве вторичного герметика, который ограничивает движения резино-пластикового первичного герметика. Осушитель удалит следы влаги из воздушного пространства, чтобы вода не появлялась на внутренних поверхностях (без конденсации) стеклянных панелей, обращенных к воздушному пространству, в холодную погоду. Некоторые производители разработали специальные процессы, которые объединяют спейсер и осушитель в единую систему нанесения.

Изоляционное остекление, состоящее из двух стеклянных панелей, соединенных вместе в единое целое с уплотнением между краями окон, было запатентовано в Соединенных Штатах Томасом Стетсоном в 1865 году. Оно было разработано в коммерческий продукт в 1930-х годах, когда Было подано несколько патентов, и в 1944 году компания Libbey-Owens-Ford Glass Company объявила о выпуске продукта. Их продукт продавался под торговой маркой Thermopane, которая была зарегистрирована как торговая марка в 1941 году. Технология Thermopane значительно отличается от современных стеклопакетов. . Два стекла были сварены вместе стеклянным уплотнением, и два стекла были разделены менее чем на 0,5 дюйма (1,3 см), типичное для современных устройств. Торговая марка Thermopane вошла в словарь индустрии остекления как обобщенная торговая марка любого стеклопакета .

Тепловые характеристики

Максимальная изоляционная эффективность стандартного стеклопакета определяется толщиной помещения. Как правило, большинство герметичных блоков достигают максимальных значений изоляции при использовании пространства 16–19 мм (0,63–0,75 дюйма) при измерении в центре стеклопакета.

Толщина стеклопакета - это компромисс между максимальной изоляцией и способностью системы каркаса, используемой для переноски устройства. Некоторые системы остекления жилых и большинства коммерческих помещений могут вместить идеальную толщину стеклопакета. Проблемы возникают с использованием тройного остекления для дальнейшего снижения теплопотерь в стеклопакете. Сочетание толщины и веса приводит к тому, что блоки становятся слишком громоздкими для большинства систем остекления жилых или коммерческих помещений, особенно если эти стекла содержатся в подвижных рамах или створках.

Окно, оборудованное системой VIG, визуализация МДП

Этот компромисс не применяется к стеклу с вакуумной изоляцией (VIG) или остеклению с вакуумированием, поскольку потери тепла из-за конвекции устраняются, оставляя потери излучения и проводимость через краевое уплотнение и необходимые опорные стойки по лицевой поверхности. В этих установках VIG большая часть воздуха удаляется из пространства между стеклами, оставляя почти полный вакуум . Установки VIG, которые в настоящее время представлены на рынке, герметично закрыты по периметру стеклом для припоя, то есть стеклянная фритта (порошковое стекло), имеющая пониженную температуру плавления, нагревается для соединения компонентов. Это создает стеклянное уплотнение, которое испытывает возрастающие нагрузки при увеличении разницы температур в агрегате. Это напряжение может ограничивать максимально допустимый перепад температур. Один производитель дает рекомендацию 35 ° C. Столбы, расположенные близко друг к другу, необходимы для усиления остекления и сопротивления атмосферному давлению. Расстояние между столбами и диаметр ограничивали изоляцию, достигаемую конструкциями, доступными с 1990-х годов, до R = 4,7 ч · ° F · фут2 / БТЕ (0,83 м2 · К / Вт), не лучше, чем высококачественные стеклопакеты с двойным остеклением. Последние продукты заявляют о производительности R = 14 ч · ° F · фут2 / БТЕ (2,5 м2 · К / Вт), что превышает показатели стеклопакетов с тройным остеклением. Необходимые внутренние стойки исключают приложения, в которых желателен беспрепятственный обзор через стеклопакет, т. Е. Большинство жилых и коммерческих окон, а также охлаждаемые витрины для пищевых продуктов. Однако окна, оборудованные VIG, неэффективны из-за интенсивной теплопередачи по краям.

Вакуумная технология также используется в некоторых непрозрачных изоляционных материалах, называемых панелями с вакуумной изоляцией .

Старый способ улучшить изоляционные характеристики - заменить воздух в помещении газом с более низкой теплопроводностью . Конвективная теплопередача газа зависит от вязкости и удельной теплоемкости. Часто используются одноатомные газы, такие как аргон , криптон и ксенон , поскольку (при нормальных температурах) они не переносят тепло во вращательных режимах , что приводит к более низкой теплоемкости, чем многоатомные газы. Аргон имеет теплопроводность 67% от теплопроводности воздуха, криптон имеет примерно половину теплопроводности аргона. Аргон составляет почти 1% атмосферы и выделяется с умеренными затратами. Криптон и ксенон - лишь следовые компоненты атмосферы и очень дороги. Все эти «благородные» газы нетоксичны, прозрачны, не имеют запаха, химически инертны и коммерчески доступны из-за их широкого применения в промышленности. Некоторые производители также предлагают гексафторид серы в качестве изоляционного газа, особенно для звукоизоляции. У него всего 2/3 проводимости аргона, но он стабильный, недорогой и плотный. Однако гексафторид серы является чрезвычайно сильным парниковым газом, который способствует глобальному потеплению. В Европе SF
6
подпадает под действие директивы по фторсодержащим газам, которая запрещает или контролирует их использование для нескольких приложений. С 1 января 2006 года, Сан - Франциско
6
запрещен как индикаторный газ и во всех приложениях, кроме высоковольтных распределительных устройств .

Как правило, чем эффективнее заполняющий газ имеет оптимальную толщину, тем тоньше оптимальная толщина. Например, оптимальная толщина для криптона меньше, чем для аргона, и для аргона меньше, чем для воздуха. Однако, поскольку трудно определить, смешался ли газ в стеклопакете с воздухом во время производства (или смешался ли он с воздухом после установки), многие конструкторы предпочитают использовать более толстые зазоры, чем было бы оптимально для заполняющего газа, если бы он были чистыми. Аргон обычно используется в стеклопакете, поскольку он наиболее доступен по цене. Криптон, который значительно дороже, обычно не используется, за исключением производства очень тонких стеклопакетов или тройных стеклопакетов с чрезвычайно высокими эксплуатационными характеристиками. Ксенон нашел очень мало применения в стеклопакетах из-за стоимости.

Теплоизоляционные свойства

Офисное здание с четырехкратным остеклением в Осло, Норвегия, коэффициент теплопроводности 0,29 Вт / м 2 K, коэффициент теплопроводности 20

Эффективность изолированного стекла может быть выражено как R-значение . Чем выше значение R, тем больше сопротивление теплопередаче. Стандартный стеклопакет, состоящий из прозрачных стекол без покрытия (или светильников) с воздухом в полости между огнями, обычно имеет значение R 0,35 К · м 2 / Вт.

При использовании стандартных единиц измерения в США , практическое правило стандартной конструкции стеклопакета состоит в том, что каждое изменение компонента стеклопакета приводит к увеличению эффективности установки на 1 коэффициент сопротивления. Добавление газообразного аргона увеличивает эффективность примерно до R-3. Использование стекла с низким коэффициентом излучения на поверхности №2 добавит еще одно значение R. Правильно спроектированные стеклопакеты с тройным остеклением и покрытиями с низким коэффициентом излучения на поверхностях №2 и №4, заполненные газом аргоном в полостях или модулях VIG, позволяют получить R-значения, равные R-11. Некоторые многокамерные стеклопакеты дают R-значения до R-24.

Дополнительные слои остекления позволяют улучшить изоляцию. В то время как стандартное двойное остекление наиболее широко используется, тройное остекление не является редкостью, а четверное остекление производится для холодных сред, таких как Аляска или Скандинавия. Доступно даже пяти- и шестистепенное остекление (четыре или пять полостей) - с коэффициентами теплоизоляции средней части окна, эквивалентными стенам.

Звукоизолирующие свойства

В некоторых случаях изоляция используется для уменьшения шума . В этих условиях большое воздушное пространство улучшает качество шумоизоляции или класс передачи звука . Асимметричное двойное остекление с использованием стекла разной толщины вместо обычных симметричных систем (одинаковая толщина стекла используется для обоих источников света) улучшит акустические характеристики затухания стеклопакета. Если используются стандартные воздушные пространства, гексафторид серы можно использовать для замены или увеличения инертного газа и улучшения акустических характеристик затухания.

Другие варианты остекления влияют на акустику. Наиболее широко используемые конфигурации остекления для звукопоглощения включают многослойное стекло с различной толщиной промежуточного слоя и толщиной стекла. Включение структурной, термически улучшенной алюминиевой термобарьерной воздушной прокладки в изолирующее стекло может улучшить акустические характеристики за счет снижения передачи внешних источников шума в системе окон.

Проверка компонентов системы остекления, в том числе материала воздушного пространства, используемого в изоляционном стекле, может гарантировать общее улучшение передачи звука.

Долголетие

Пиковые летние температуры стеклопакетов с тройным стеклопакетом, заполненным аргоном, и покрытием с низким энергопотреблением.
Температурная зависимость паропроницаемости первичного герметика ПИБ

Срок службы стеклопакетов зависит от качества используемых материалов, размера зазора между внутренней и внешней панелями, разницы температур, качества изготовления и места установки как с точки зрения направления облицовки, так и географического положения, а также от обработки, которую получает устройство. Стеклопакеты обычно служат от 10 до 25 лет, а окна, обращенные к экватору, часто служат менее 12 лет. Стеклопакеты обычно несут гарантию от 10 до 20 лет в зависимости от производителя. В случае изменения стеклопакетов (например, при установке солнцезащитной пленки) производитель может аннулировать гарантию.

Альянс производителей стеклопакетов (IGMA) провел обширное исследование, чтобы охарактеризовать отказы промышленных стеклопакетов за 25-летний период.

Для стеклопакетов стандартной конструкции конденсат собирается между слоями стекла, когда уплотнение по периметру выходит из строя и когда влагопоглотитель становится насыщенным, и, как правило, его можно устранить только путем замены стеклопакета. Отказ уплотнения и последующая замена приводят к значительному увеличению общих затрат на содержание стеклопакетов.

Большая разница температур между внутренним и внешним стеклом вызывает нагрузку на клеи для разделителей, которые в конечном итоге могут выйти из строя. Агрегаты с небольшим зазором между стеклами более склонны к выходу из строя из-за повышенного напряжения.

Изменения атмосферного давления в сочетании с влажной погодой в редких случаях могут в конечном итоге привести к заполнению промежутка водой.

Гибкие уплотняющие поверхности, предотвращающие проникновение внутрь оконного блока, также могут быть повреждены, порваны или повреждены. Замена этих уплотнений может быть затруднена или невозможна из-за того, что окна IG обычно используют экструдированные швеллерные рамы без крепежных винтов или пластин. Вместо этого краевые уплотнения устанавливаются путем вдавливания односторонней гибкой кромки в форме стрелки в прорезь на экструдированном канале, и часто их нелегко извлечь из экструдированной прорези для замены.

В Канаде с начала 1990 года есть несколько компаний, предлагающих обслуживание вышедших из строя стеклопакетов. Они обеспечивают открытую вентиляцию атмосферы за счет сверления отверстий в стекле и / или прокладки. Этот раствор часто устраняет видимую конденсацию, но не может очистить внутреннюю поверхность стекла и пятен, которые могли возникнуть после длительного воздействия влаги. Они могут предложить гарантию от 5 до 20 лет. Это решение снижает изоляционные свойства окна, но может быть «зеленым» решением, когда окно все еще находится в хорошем состоянии. Если стеклопакет заполнен газом (например, аргоном, криптоном или смесью), газ рассеивается естественным образом, и значение R ухудшается.

С 2004 года есть также несколько компаний, предлагающих такой же процесс восстановления вышедших из строя стеклопакетов в Великобритании, а с 2010 года есть одна компания, предлагающая восстановление вышедших из строя стеклопакетов в Ирландии.

Растрескивание под действием термического напряжения

Растрескивание под действием термического напряжения

Растрескивание под термическим напряжением не отличается для изолированного остекления и неизолированного остекления. Разница температур на поверхности стеклянных панелей может привести к растрескиванию стекла. Обычно это происходит, когда стекло частично затемнено, а одна его часть нагревается солнечным светом. Тонированное стекло увеличивает нагрев и термическое напряжение, в то время как отжиг снижает внутреннее напряжение, создаваемое стеклом во время производства, оставляя больше прочности для сопротивления термическому растрескиванию.

Тепловое расширение создает внутреннее давление или напряжение, когда расширяющийся теплый материал сдерживается более холодным материалом. Трещина может образоваться, если напряжение превышает прочность материала, и трещина будет распространяться до тех пор, пока напряжение в вершине трещины не станет ниже прочности материала. Обычно трещины возникают и распространяются от узкой заштрихованной кромки реза, где материал является слабым, а напряжение распространяется на небольшой объем стекла по сравнению с открытой зоной. Толщина стекла не оказывает прямого влияния на термическое растрескивание окон, поскольку термическое напряжение и прочность материала пропорциональны толщине. Хотя более толстое стекло будет обладать большей прочностью после выдерживания ветровых нагрузок, это обычно является существенным фактором для больших стеклопакетов на высоких зданиях, а ветер улучшает рассеивание тепла. Повышенная стойкость к растрескиванию за счет более тонкого остекления в обычных жилых и коммерческих помещениях является более надежным результатом использования закаленного стекла в соответствии со строительными нормами безопасности, требующими его использования для снижения серьезности травм при разбивании. Напряжения на режущей кромке должны быть уменьшены путем отжига перед отпуском, что устраняет концентрации напряжений, возникающие во время резки стекла, и это значительно увеличивает напряжение, необходимое для возникновения трещины от кромки. Стоимость обработки закаленного стекла намного превышает разницу в стоимости между стеклом 1/8 дюйма (3 мм) и материалом 3/16 дюйма (5 мм) или 1/4 дюйма (6,5 мм), что побуждает стекольщиков предлагать заменить потрескавшееся остекление. с более толстым стеклом.Это также может помочь избежать раскрытия покупателю того факта, что изначально следовало использовать закаленное стекло.

Эффективность

Учитывая тепловые свойства створки, рамы и подоконника, а также размеры остекления и тепловые свойства стекла, можно рассчитать скорость теплопередачи для данного окна и набора условий. Это может быть рассчитано в кВт (киловаттах), но более полезно для расчета рентабельности может быть указано как кВтч в год (киловатт-часы в год), исходя из типичных условий в течение года для данного местоположения.

Стеклянные панели в окнах с двойным остеклением передают тепло в обоих направлениях за счет излучения, через остекление за счет теплопроводности и через зазор между стеклами за счет конвекции, теплопроводности через раму и инфильтрации по периметру уплотнения и уплотнения рамы к поверхности. строительство. Фактические расценки будут варьироваться в зависимости от условий в течение года, и, хотя зимой (в зависимости от местного климата) солнечная энергия может быть весьма желательной, летом это может привести к увеличению затрат на кондиционирование воздуха. Нежелательную теплопередачу можно уменьшить, например, используя занавески на ночь зимой и солнцезащитные козырьки летом. В попытке предоставить полезное сравнение между альтернативными конструкциями окон Британский совет по рейтингам окон определил «рейтинг энергопотребления окна» WER в диапазоне от A для наилучшего до B и C и т. Д. При этом учитывается комбинация потерь тепла. через окно (значение U, обратное значению R ), солнечное усиление (значение g) и потери из-за утечки воздуха вокруг рамы (значение L). Например, окно с рейтингом A в типичный год будет получать столько тепла от солнечной энергии, сколько теряет в других отношениях (однако большая часть этого выигрыша будет происходить в летние месяцы, когда жильцам здания может не понадобиться тепло. ). Это обеспечивает лучшие тепловые характеристики, чем у обычной стены.

Смотрите также

использованная литература

  • Справочник по химии и физике, 62-е изд., CRC Press, ISBN  0-8493-0462-8

внешние ссылки