Энергосберегающие стеклопакеты: современное производство

К-стекло изготавливается по старой пиролитической технологии, которая начала использоваться еще в 70-х годах. Как ни парадоксально, К-стекло более дорогое, но менее эффективное, а перерабатывать его можно в примитивных условиях подручными средствами.



Е-стекло (низкоэмиссионное Low-E стекло) изготавливается по магнетронной технологии производства (технология считается более современной, применяется с 90-х годов). Этот продукт по сравнению с К-стеклом более эффективен и доступен по цене, однако для работы с ним (хранения, переработки) требуются специальные условия и узкопрофессиональные навыки.

На сегодняшний день наиболее популярными считаются стеклопакеты с энергосберегающим Е-стеклом. По составу оно представляет собой некую слоистую структуру, созданную по принципу «оксид-металл-оксид». Главную роль играет тонкая пленка металла, которая обладает свойством спектральной селективности.

Энергосберегающее стекло устанавливается на место внутренней нити стекла, при этом напыление должно быть обращено вовнутрь стеклопакета. ИК-волны, излучаемые источником отопления, отражаются от оконного стекла обратно в сторону первоначального источника – потери тепловой энергии сокращаются в 2–2,5 раза.

«Умное стекло»
Повысить теплосберегающие функции светопрозрачной конструкции также призвана технология «умное стекло», которая основана на использовании передовых энергосберегающих разработок. Существующие тенденции к максимальному использованию естественного освещения в зданиях, ведущие к увеличению поверхности остекления, с одной стороны, и растущие требования по снижению потребления энергии – с другой, активно стимулируют внедрение «умных» окон.

Электрохромное стекло
Электрохромное стекло использует электрическую энергию для перехода от прозрачного до затемненного состояния. Технология обладает огромным потенциалом для будущего проектирования и оснащения коммерческих и жилых зданий. Существующие в архитектуре тенденции к использованию больших площадей остекления (учитывая растущий интерес к применению естественного освещения) и постоянно повышающиеся требования к сокращению энергопотребления создают уникальные возможности для внедрения «умных» окон.

Значимость достижения различных уровней пропускания/поглощения светового потока может быть лучше всего понятна в контексте передачи энергии светопрозрачными конструкциями. Обычное прозрачное стекло (однослойное) пропускает и поглощает большую часть видимого света солнечного спектра, но не отражает (не обладая избирательной способностью) большую часть длинноволновой инфракрасной радиации, тем самым пропуская внутрь помещения солнечное излучение и удерживая часть ИК-излучения, испускаемого поверхностями предметов, находящихся внутри здания (что экономит энергию в отопительный период, но добавляет нагрузку на системы кондиционирования в теплое время года).

Однако обычное стекло передает максимальное количество тепла за счет конвекции/теплопроводности (увеличивая до предела поступление ненужного тепла в помещение в летний период и потерю тепла в отопительный период). Для снижения эффекта конвекции/теплопроводности почти все окна имеют 2 или более слоев стекла. Окна с изменяющимися светопропускными способностями и эффективными средствами контроля за этим процессом обеспечивают оптимальную комбинацию по уровню дневного освещения и объему теплоты, поступающей в помещение от солнечной радиации (минимального или максимального в зависимости от времени года), что способствует снижению энергопотребления зданием.

м

Электрохромное и «умное» стекло – это общие термины, охватывающие различные технологии изменения свойств стекла. К ним можно отнести такие системы, как жидкокристаллические, переходящие из прозрачного в полупрозрачное состояние, и фотохромное стекло, затемняющееся под воздействием солнечного светового потока.

Рассмотрим технологию, в которой особое внимание уделяется энергосбережению и дополнительной функциональности – это электрохромная технология с использованием оксидов металлов, которая использует пятислойное покрытие оксидов металлов, заключенное между двумя слоями стекла. Пятислойное покрытие включает в себя следующие слои, нанесенные методом вакуумного насаждения (напыления):
- проводящий;
- бесцветный оксид металлического лития, содержащий положительно заряженные ионы;
- проводника/электролита;
- электрохромный (отрицательно заряженный оксид вольфрама);
- проводящий. При подаче напряжения ионы лития переходят из положительного слоя через слой проводника/электролита в электрохромный слой, где они вступают в реакцию с оксидом вольфрама для образования вольфрамата лития.

При этом процессе компенсационный электрон проходит по цепи из слоя с ионами в электрохромный слой. Вольфрамат лития поглощает световой поток, и по ходу реакции стекло темнеет, а солнечный свет поглощается в стекле в виде теплоты.

В наружном слое стекла эта теплота передается преимущественно наружному воздуху. При смене полярности реакция протекает в обратном направлении, и стекло возвращается в прозрачное состояние. Для типичных продуктов этой категории пропускание видимой части спектра солнечного излучения составляет от 62% для прозрачного состояния до 3,5% для полностью затемненного состояния.

Стекло такого состава от ведущих разработчиков обычно поставляется в стандартных изоляционных блоках и монтируется в рамах от разработчика, его партнеров или независимых поставщиков. Изоляционные блоки контролируются системой управления – от систем ручной регулировки индивидуальных окон до автоматической системы, рассчитанной на все здание. На питание и управление застекленной поверхностью площадью 140 м.кв. (приблизительно 100 окон) в дневные часы затрачивается меньше электроэнергии, чем на лампочку мощностью 60 Вт, а когда стекло находится в полностью прозрачном состоянии, затраты электроэнергии равны нулю. Электрохромные окна обеспечивают до 44% экономии расхода энергии на освещение по сравнению с базовым сценарием (без осуществления контроля дневного освещения). Кроме того, за счет охлаждающих возможностей «умных» окон в ясные солнечные дни отмечено снижение на 19–26% пиковых нагрузок, связанных с работой систем кондиционирования воздуха.

Энергосберегающие пленки для стекол
Один из вариантов повышения энергосберегающих функций светопрозрачной конструкции – использование энергосберегающих пленок для стекол. Отличительной особенностью оконных энергосберегающих пленок является то, что, имея хорошие теплоизоляционные характеристики, пленки незаметны на стекле и практически прозрачны, а также с небольшими, незаметными глазу потерями пропускают солнечный свет в помещение. Энергосберегающие пленки обеспечивают прохождение в комнату нужного количества света, но препятствуют выходу тепловой энергии из помещения.

Технологии, при которых происходит напыление различных металлов на пленку, уже устарела. При изготовлении новых поколений энергосберегающих пленок используются современные нанотехнологии, предусматривающие бомбардировку атомами металлов с низкой эмиссионностью, например, золота или платины внутрь полиэстера, что обеспечивает высокий показатель сохранения тепловой энергии. Такая технология называется спаттерной, а пленки спаттерными высшего класса.



Еще одна энергосберегающая технология заслуживает внимания – это технология устройства со взвешенными частицами (SPD), основанная на использовании ламинированной пленки SPD на стеклянных или пластиковых поверхностях. Окна с технологией SPD состоят из двух слоев стекла (или прозрачного пластика) с проводящим покрытием внутренних поверхностей. Пленочный слой, содержащий малые взвешенные частицы специально разработанного химического состава, заключается между двумя слоями стекла. Стандартное распределение этих частиц таково, что они случайно направлены и блокируют до 99,75% падающего света, проходящего сквозь стекло. При подаче переменного тока на проводящие слои взвешенные частицы ориентируются по электрическому полю и пропускают световой поток. Контроль подаваемого напряжения позволяет непрерывно регулировать пропускную способность стекла от прозрачного, даже более прозрачного, чем у обычного окна, до практически полностью затемненного. Диапазон светопропускной способности такой оконной конструкции зависит от количества взвешенных частиц в пленке и может составлять от менее 1% до 50%. Возможны и более широкие диапазоны.

Переключение SPD-стекла происходит очень быстро и не зависит от размера окна и температуры воздуха. Обычно окно переходит из одного пограничного состояния в другое (от затемненного к прозрачному) приблизительно за 1 секунду, а в обратном направлении – менее чем за 3 секунды. Это позволяет не только точно настраивать уровень интенсивности поступления светового потока в помещение в любое время, но и проектировать системы управления, реагирующие на конкретные условия освещенности, и учитывать занятость помещения в реальном времени. Напряжение может подаваться (отключаться) на оконную конструкцию мгновенно по сигналу различных датчиков. Система управления может быть запрограммирована на оптимальный уровень освещения и энергопотребления с поминутной разбивкой в течение дня и учитывать наличие людей в помещении и наружные климатические условия. Систему также можно запрограммировать на внесение необходимых изменений в зависимости от смены времен года.

Поскольку технология SPD основана на использовании ламинированной пленки SPD на стеклянных или пластиковых поверхностях, она может применяться на искривленных и неправильной формы поверхностях. Светопрозрачные поверхности, использующие технологию SPD, прошли испытания в ускоренном режиме в специальных климатических камерах и продемонстрировали отличную надежность. Количество переходов от одного состояния к другому неограниченно, и для этого требуется совсем небольшой объем энергии.

Потребление электроэнергии максимальным числом, которое может находиться в помещении, больших SPD-окон в прозрачном состоянии не превышает расхода на обычный ночник. И, конечно, SPD-окна совсем не потребляют электроэнергию в состоянии полного затемнения. Технология SPD уже широко применяется в самолетах, транспортных средствах специального назначения. SPD-окна установлены во многих коммерческих и жилых зданиях.