Остекление , происходящее от среднеанглийского слова «стекло», представляет собой часть стены или окна , сделанную из стекла . [1] [2] Остекление также описывает работу, выполняемую профессиональным стекольщиком . Остекление также реже используется для описания вставки офтальмологических линз в оправу очков. [3]
Общие типы остекления, которые используются в архитектуре, включают прозрачное и тонированное флоат-стекло , закаленное стекло и многослойное стекло , а также различные стекла с покрытием, все из которых могут быть остеклены по отдельности или как двойные или даже тройные стеклопакеты. Обычное прозрачное стекло имеет легкий зеленый оттенок [4] , но некоторые производители предлагают специальные бесцветные стекла. [5]
Стеклопакет можно монтировать на поверхность оконной створки или дверной стойки , обычно изготовленной из дерева , алюминия или ПВХ . Стекло крепится к фальцу (фальцу) в раме различными способами, включая треугольные точки остекления, шпаклевку и т. д. Закаленное и многослойное стекло можно остеклить, прикрепив стекла непосредственно к металлическому каркасу с помощью болтов, проходящих через просверленные отверстия.
Остекление обычно используется в низкотемпературных солнечных тепловых коллекторах, поскольку оно помогает сохранять собранное тепло.
Первое зарегистрированное использование остекления окон было сделано римлянами в первом веке нашей эры. Это стекло было элементарным, по сути представляло собой выдутый цилиндр, сплющенный и не очень прозрачный. В одиннадцатом веке были разработаны методы, при которых стекло вращалось в диск, создавая более тонкое круглое окно, или снова формировался цилиндр, но на этот раз его разрезали от края до края и разворачивали, чтобы получилось окно прямоугольной формы. Новый метод цилиндров оставался доминирующим методом до 19 века, поэтому размер отдельных стекол был ограничен размерами этих цилиндров.
Непрерывное производство пластин было изобретено в 1848 году Генри Бессемером, который протягивал стеклянную ленту через валки. Это стандартизировало толщину стекла, но его использование в массовом производстве было ограничено необходимостью полировать обе стороны стекла после изготовления, что было трудоемко и дорого. В течение следующего столетия этот процесс постепенно совершенствовался, добавлялись автоматические шлифовальные и полировальные станки, чтобы снизить стоимость.
Прорыв в массовом непрерывном производстве стекла произошел в 1950-х годах с развитием процесса производства флоат-стекла . Расплавленное стекло выливается на поверхность расплавленного олова, где оно выравнивается и его можно оттянуть лентой. Преимущество этого процесса в том, что его можно масштабировать до любого размера и производить стекла высокого качества без дополнительной полировки или шлифовки. Флоат-стекло и по сей день остается наиболее распространенным типом остекления. [6]
Наиболее распространенным стеклом, используемым для остекления, является натриево-известковое стекло , которое имеет множество преимуществ перед другими типами стекол. Кремнезем (SiO2) составляет основную часть состава этого материала в количестве 70-75% по весу. Чистый кремнезем имеет температуру плавления, достижение которой при крупномасштабном производстве было бы непомерно дорого, поэтому добавляется оксид натрия (сода, Na 2 O), который снижает температуру плавления. Однако ионы натрия растворимы в воде, что не является желательным свойством, поэтому для снижения растворимости добавляют оксид кальция (известь, CaO). Конечным результатом является продукт высокого качества, прозрачный, относительно дешевый в производстве и легко поддающийся вторичной переработке. [7]
Примерно от 25% до 30% затрат на электроэнергию в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха обусловлены притоком и потерей тепла через оконное остекление. [8] Поэтому было разработано множество методов для минимизации теплопередачи через стекло. Остекление само по себе является барьером для передачи посредством конвекции, поэтому две стратегии уменьшения теплопередачи сосредоточены на минимизации проводимости и излучения.
Стратегия снижения проводимости заключается в использовании изолированного остекления , при котором последовательно используются два или более оконных стекол, каждое из которых отделено друг от друга пространством. Окна с двойным остеклением являются нормой в новых жилых домах, поскольку они обеспечивают существенную экономию энергии по сравнению с одинарным стеклом. Каждое отдельное стеклянное стекло имеет плохие изоляционные свойства: значение R (изоляция) или мера сопротивления объекта теплопроводности составляет 0,9. Однако, когда два стекла расположены последовательно с зазором между ними, удерживаются на месте и герметизируются прокладкой, неподвижный газ в зазоре действует как изолятор. Идеальный размер зазора зависит от местоположения, но в среднем он колеблется в пределах 15–18 мм, что дает окончательный размер сборки 23–26 мм при типичной толщине остекления 4 мм. [9] Окно с двойным остеклением и воздухом в зазоре имеет значение R 2,1, что намного лучше, чем 0,9, которое дает одинарное стекло. Окно с тройным остеклением, которое не так популярно, но иногда используется в условиях экстремальных температур, имеет значение R 3,2. Хотя эти значения намного ниже, чем у стен, у которых значения R начинаются с 12-15, тем не менее снижение теплопередачи существенно. Более высокие значения R все еще можно получить, заполнив зазор менее проводящим газом, таким как аргон (или, реже, криптон или ксенон). [10] Последний альтернативный метод снижения проводимости — создание и поддержание вакуума между стеклами, достижение очень высокого значения R, равного 10, а также значительное минимизация требуемого зазора между стеклами до 2 мм, что дает сборку. размер всего 10 мм. Эта технология была впервые коммерчески запущена в 1996 году, и хотя в последующие десятилетия было произведено несколько миллионов единиц, она остается непомерно дорогой для большинства случаев использования и еще не получила широкого распространения. [11]
Стратегия снижения излучения предполагает покрытие стекла покрытием с низкой излучательной способностью (Low-E), которое отражает большую часть падающего на него инфракрасного света. Существует два типа низкоэмиссионного покрытия. [12] Первый — Solar Control Low-E, целью которого является блокирование поступающего солнечного излучения, что снижает приток тепла внутри здания и, следовательно, затраты на охлаждение, связанные с отводом этого тепла. При установке на окно с двойным остеклением покрытие размещается на внутренней стороне внешнего стекла и, при необходимости, на внутренней стороне внутреннего стекла, чтобы также улучшить изоляционные характеристики. Этот тип покрытия наиболее подходит для климата с преобладанием холода и зданий с большими внутренними нагрузками, где целью является, прежде всего, предотвращение перегрева зданий.
В климате с преобладанием отопления второй тип низкоэмиссионного покрытия более уместен. Это пассивный Low-E, целью которого является сохранение тепла внутри здания. Эти покрытия не блокируют большую часть коротковолнового инфракрасного света солнца, но блокируют любой длинноволновый инфракрасный свет, исходящий изнутри, действуя как своего рода теплица. Эти покрытия наносятся на внутреннюю поверхность стекла, на внешнюю сторону, если требуется меньше солнечного тепла, и на внутреннюю поверхность, если требуется больше солнечного тепла. Особенно в сочетании с окнами с двойным или тройным остеклением значения R, достигаемые с помощью низкоэмиссионных покрытий, могут быть довольно высокими: окно с тремя стеклами, заполненное аргоном, с одним низкоэмиссионным покрытием имеет значение R 5,4. . [10] Одним из недостатков низкоэмиссионных покрытий является то, что, хотя они в первую очередь направлены на уменьшение количества инфракрасного света, проходящего через окно, они также несколько уменьшают количество проходящего видимого света, и здание может понести более высокие нагрузки. В результате потребность в освещении.
Существует два метода нанесения покрытия Low-E на стекло: Hard Coat и Soft Coat. Hard Coat наносится либо в ванне с оловом, либо непосредственно после нее в процессе производства флоат-стекла. В результате получается очень прочное и недорогое покрытие, поскольку оно добавляется в ходе существующего производственного процесса. Однако он не так энергоэффективен и пропускает больше инфракрасного света, чем метод Soft Coat. С другой стороны, Soft Coat наносится после того, как стекло уже было изготовлено и вырезано, и имеет тенденцию быть более прозрачным и лучше изолировать. Однако дополнительный этап производства увеличивает стоимость производства, а покрытие разрушается под воздействием непогоды, поэтому его можно размещать только на внутренних поверхностях окна с двойным остеклением. Как правило, окна Low-E с защитой от солнца имеют мягкое покрытие, а пассивные окна Low-E имеют твердое покрытие из-за более низкой излучательной способности мягкого покрытия. [13] [14]