Принцип действия теплоотражающих покрытий в стеклопакете

Как известно, любое тело, в зависимости от своей температуры, излучает в пространство определенное количество энергии. Температура поверхности Солнца составляет около 6000 градусов Кельвина. И поэтому Солнце излучает не только в ультрафиолетовом и видимом, но и в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. При попадании тепловых лучей на другие тела часть энергии поглощается, часть отражается, а часть проходит сквозь тело.

Данное явление мы можем отобразить через равенство A+R+D=1, где
А – поглощательная способность тела (А=1 – абсолютно черное тело);
R – отражательная способность (R=1 – зеркальное тело, в случае диффузного отражения – белое тело);
D – пропускательная способность (D=1 – прозрачное тело).

Таким образом, поглощательная, отражательная и пропускательная способность – взаимосвязанные величины. Однако, в природе не существует абсолютно черных, белых и прозрачных тел. В применении к реальным телам эти понятия условны. Теплозащитные качества стекол определяются относительной долей отражаемых ими инфракрасных лучей.

Теплоотражающие покрытия характеризуются высокой отражательной способностью R (до 95% в инфракрасном диапазоне). Это значит, что пропускательная и поглощательная способности таких покрытий низки. Согласно закону Кирхгофа, тела с низкой поглощательной способностью имеют низкую излучательную способность. Излучательная способность любого серого тела оценивается в сравнении с максимальной излучательной способностью абсолютно черного тела при той же температуре с учетом степени черноты ε : Е = ε • Ео, где
Е – плотность потока собственного излучения серого тела;
Ео – плотность потока собственного излучения абсолютно черного тела.

Значение ε для различных материалов изменяется в пределах от 0 до 1 и зависит от длины волны падающего света. В инфракрасном (ИК) диапазоне степень черноты теплоотражающего покрытия должна быть минимальной. Покрытия, для которых степень черноты составляет ε = 0,03…0,15, получили название “Lоw–Е” (низкая излучательная способность). Действие теплоотражающих покрытий схематично показано на рис. 1.

Рис. 1. Действие теплоотражающих покрытий в стеклопакете

А) Действие теплоотражающих покрытий в зимний период: 1 – передача теплоты теплопроводностью остается неизменной; 2 – отраженное тепловое излучение; 3 – снижение теплопередачи излучением.	Б) Действие теплоотражающих покрытий в зимний период: 1 – отраженное тепловое излучение; 2 – снижение видимого света; 3 – нагретое наружное стекло.

В зимний период коротковолновое солнечное излучение и видимые лучи проходят через стеклопакет внутрь здания, при этом покрытие не препятствует их прохождению. После поглощения коротких волн мебелью, коврами, стенами и т.д. эти предметы нагреваются и начинают излучать в длинноволновом ИК-диапазоне (λ от 2,5 до 25 мкм). Нагревательные приборы и оборудование, работающие в помещении, излучают в длинноволновой ИК-области. Оконное стекло не прозрачно в ИК-диапазоне, начиная с 2,4 мкм (в этой области спектра степень черноты обычных строительных стекол составляет ε = 0,87…0,94).

Следовательно, стекло имеет высокую поглощательную и излучательную способность. Поглощая ИК-излучение, стекло постепенно нагревается и начинает излучать тепловую энергию, которая уходит из помещения наружу. Если же на поверхность внутреннего стекла нанесен слой теплоотражающего покрытия с низким значением ε, то такое покрытие отбрасывает до 95% энергии обратно в помещение (рис. 1а). В летнее время наиболее остро стоит проблема снижения не теплопотерь, а теплопоступлений. Стеклопакет с Lоw–Е покрытием на поверхности внутреннего стекла, обращенной внутрь стеклопакета, пропускает большую часть видимого света, одновременно отражая инфракрасные лучи, испускаемые нагретым внешним стеклом. Таким образом, перегрев помещения предотвращается (рис. 1б). Пропускание видимого света стеклопакетом с Lоw–Е покрытием на одном стекле снижается не более, чем на 10% по сравнению с обычным стеклопакетом. В то же время эта величина на 10…15% превосходит прозрачность трехслойного остекления.

Lоw–Е покрытия представляют собой прозрачные металлические пленки толщиной порядка 0,01 мкм (от 25 до 30 атомарных слоев). Эти покрытия препятствуют поглощению инфракрасных лучей в массу стеклолиста. Для изготовления энергосберегающих покрытий используются только три металла – золото, серебро и медь. Пленки этих металлов имеют высокую удельную проводимость, а также обладают рядом важных оптических свойств.


Черных Л.Ф., к.т.н., с.н.с., руководитель отдела строительной теплофизики КиевЗНИИЭП; Бондарева О.С., инженер.