Энергосберегающие окна

Сегодня теплозащитные и энергосберегающие функции окна очень важны для потребителей, ведь через окна, в зависимости от типа дома, теряется от 37% до 56% (квартиры, расположенные в торце дома) тепла.

Теплосберегающие свойства окон во многом зависят от типа и качества профиля, но он занимает лишь небольшую долю площади оконного проема. Все остальное пространство составляет стеклопакет, и именно его характеристики определяют, насколько комфортно будет в доме зимой.

Существует несколько путей потери тепла и способов  их снижения:

• теплопроводность самого стекла. Снизить потери в этом случае можно увеличением количества стекол в оконной системе. Например, в некоторых 9 и 16-этажных домах, построенных в конце прошлого века, устанавливались деревянные рамы с 3-мя листами стекла;

• потери тепла, обусловленные конвекцией воздуха. Эта проблема была решена в результате создания герметичного стеклопакета;

• инфракрасное излучение.

На его долю приходится до 70% потерь тепла. В данном случае единственный способ снижения потерь — это использование низкоэмиссионного стекла, на одну из поверхностей которого нанесено специальное покрытие. Такое покрытие беспрепятственно пропускает в помещение коротковолновое солнечное излучение, которое нагревает мебель и другие предметы, но отражает внутрь здания длинноволновое (инфракрасное) излучение, исходящее от нагретых предметов и нагревательных приборов, исключая, тем самым, лучевые потери тепла через прозрачные ограждающие конструкции.

Энергосберегающие стеклопакеты обладают рядом неоспоримых преимуществ:

• улучшенная теплоизоляция однокамерного стеклопакета с энергосберегающим стеклом по сравнению с двухкамерным стеклопакетом с обычным стеклом;
• экономия средств. Энергосберегающие однокамерные стеклопакеты значительно дешевле двухкамерных и экономят сбережения на дополнительный обогрев помещения;
• благодаря небольшому весу по сравнению с двухкамерными стеклопакетами, энергосберегающие однокамерные стеклопакеты создают меньшую нагрузку на фурнитуру створки, продлевая тем самым срок использования пластикового окна;
• предохраняют от выцветания обои, картины, ковры;
• комфортный микроклимат в зоне окна. Поскольку поверхность стеклопакета теплая, зона окна наилучшим образом подходит для создания рабочего места или разведения цветов (при температуре на улице -26 оС, в помещении температура оставляет +20 оС; температура на поверхности стекла - у обычного стеклопакета +4,7 оС, у энергосберегающего стеклопакета +14 оС).

Поскольку потери тепла во многом происходят именно через окна, производители разработали специальные покрытия для стекла, пропускающие видимый спектр света, но удерживающие тепловое излучение. Эти покрытия наносятся непосредственно при изготовлении стекла, либо после изготовления. В зависимости от способа нанесения покрытия могут быть:

• твердые (нанесенные при изготовлении стекла): они намного устойчивее к внешним факторам, но хуже отражают инфракрасные тепловые лучи;
• мягкие (наносятся на уже готовое стекло): они лучше отражают инфракрасные тепловые лучи, потому что имеют больший коэффициент отражения).

Однако мягкое покрытие плохо переносит воздействие влаги, поэтому стекло с ним нужно сразу устанавливать в стеклопакет, напылением внутрь.

Таким образом, чтобы решить проблему потери тепла через окна, необходимо установить стеклопакеты с энергосберегающим стеклом, которое препятствует выходу тепла на улицу, переизлучая (то есть, отражая) его обратно в комнату. Это происходит благодаря тому, что поверхность такого стекла покрыта тончайшим слоем окислов металлов (k-стекло) или чередующимися слоями серебра и диэлектриков (i-стекло).

Низкоэмиссионные стекла

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. Такая избирательность получила название эмиссионная способность (стекла с такими покрытиями еще называют «селективными стеклами»). Чем ниже эмиссионная способность стекла, тем выше его энергосберегающие свойства.

Селективные и неселективные покрытия стекол

Солнцеотражающие покрытия делятся на две основные категории - неселективные (отражают солнечную радиацию во всем спектре солнечного излучения) и селективные (пропускают видимый свет и отражают инфракрасное излучение с длиной волны около 0,78 мкм, куда относится и тепловое излучение). Все селективные покрытия относятся к категории «мягких покрытий».

к-стекло (стекло с твердым покрытием) Одной из разновидностей энергосберегающих стекол является к-стекло (стекло с жестким покрытием, называемое также стеклом с «твердым покрытием» или стеклом Hard Coating). Такое стекло имеет покрытие на основе оксида олова (полупроводниковое покрытие), которое наносится непосредственно на одной из стадий производства флоат-стекла по технологии on-line («на линии», англ.)

к-стекло значительно уменьшает теплопроводность окна. Стеклопакет из двух слоев такого стекла, заполненный внутри инертным газом, защитит от холода так же, как кирпичная стена толщиной в 68 см.

к-стекло наиболее распространено благодаря простоте изготовления, высокой теплоизоляции и нейтральному цвету. Его обычно устанавливают внутри стеклопакета, потому что, отражая тепловую энергию, оно нагревает воздух в камерах и препятствует появлению конденсата. При этом способность стекла пропускать свет практически не изменяется, а потери тепла уменьшаются почти в три раза. к-стекло может совмещать в себе разные функции, его можно сделать солнцезащитным, ударопрочным и безопасным.

Достоинства к-стекла:

• хорошие теплоизоляционные свойства (Ro = 0,58 м2К/Вт);
• уменьшение теплопотерь зимой;
• уменьшение внутренней конденсации;
• высокое светопропускание;
• нейтральная окраска в проходящем и отраженном свете;
• твердое и долговечное пиролитическое покрытие;
• может подвергаться следующей обработке: моллирование, ламинирование и закаливание.

Преимущества стеклопакетов с энергосберегающим к-стеклом:

• при сборке стеклопакетов с твердым покрытием отсутствует ряд технологических операций, например, снятие покрытия с кромки стекла на ширину около 10 мм по всему периметру листа стекла, обеспечивающее необходимый уровень адгезии герметика к стеклу в зоне примыкания к дистанционной рамке;
• стекло с твердым покрытием может эксплуатироваться в оконных системах с одинарным остеклением, а стекла с мягким покрытием — только в составе стеклопакета.

i-стекло – стекло с мягким покрытием

Следующим шагом в технологических разработках стало i-стекло (стекло с мягким покрытием, называемое также стеклом Soft coating). Такое стекло имеет покрытие на основе серебра, которое наносится на уже готовое флоат-стекло по технологии off-line («вне линии», англ.) и удерживается на стекле силами молекулярного взаимодействия. Это делается с помощью сложного и дорогостоящего оборудования в вакуумной среде.

Толщина покрытия составляет несколько сотых миллиметра, и оно практически не заметно для человеческого глаза. i-стекло отлично пропускает солнечный свет, не снижая освещенности помещения, и отражает тепловые волны. Для сохранения покрытия и свойств  стекла его устанавливают внутри стеклопакета, где оно защищено от влаги и действия абразивных частиц пыли, летающих в воздухе.

i-стекло, по сравнению с к-стеклом, обладает улучшенными показателями теплозащиты. Например, при наружной температуре -26 0С и температуре в помещении +20 0С температура на поверхности стекла внутри помещения будет у обычного стеклопакета +5 0С, у стеклопакета с к-стеклом +11 0С, а у стеклопакета с i-стеклом +14 0С.

При установке в раму однокамерного стеклопакета с обычным стеклом зимой в нижней части окна будет появляться влага, а окно будет запотевать тем больше, чем больше влажность в помещении, где оно установлено.

Достоинства i-стекла:

• максимальные энергосберегающие характеристики;
• обладает высокой светопроницаемостью;
• обладает низкой светоотражающей способностью;
• уменьшение внутренней конденсации.

Преимущества стеклопакетов с энергосберегающим i-стеклом:

• і-стекло отражает длинноволновые тепловые лучи в сторону их излучателя (то есть зимой в сторону квартиры, где работают отопительные приборы, а летом в сторону улицы, где находятся нагретые солнцем камни, асфальт и т.д.), что значительно снижает расходы на отопление зимой и на кондиционирование летом. То есть покрытие оставляет тепло там, где его больше. Теплоизолирующая способность стеклопакета с і-стеклом значительно выше по сравнению с двухкамерным стеклопакетом;
• вес такого стеклопакета на 10 кг на 1 м2 стеклопакета ниже по сравнению с двухкамерным, что значительно снижает нагрузку на фурнитуру створки окна и увеличивает срок ее эксплуатации;
• поскольку температура на поверхности стеклопакета с i-стеклом выше, чем на поверхности обычного стекла, это уменьшает вероятность выпадения конденсата на стекле. Также і-стекло препятствует выгоранию обивки и предметов интерьера. При этом его прозрачность сравнима с прозрачностью обычного стекла.

Что дает установка окон с энергосберегающим стеклопакетом с i-стеклом?

• + 25% тепла - коэффициент сопротивления теплопередаче однокамерного стеклопакета с i-стеклом составляет 0,59, в то время как двухкамерного стеклопакета с обычным стеклом – 0,47;
• - 30% веса - стеклопакет с i-стеклом (2 стекла) на 30% легче двухкамерного (3 стекла), за счет чего увеличивается срок эксплуатации оконной фурнитуры;
• + 3% света - по сравнению с двухкамерным стеклопакетом;
• легкость в обслуживании - i-стекло не требует дополнительного ухода;
• защита от солнца - защита интерьера от негативного воздействия солнца.

Заполнение камеры стеклопакета инертными газами.

Очень часто вместе с применением низкоэмиссионного стекла для улучшения теплозащиты камеры стеклопакета заполняются инертными газами: аргоном или криптоном. Эти газы являются еще лучшими теплоизоляторами, чем воздух, и позволяют без увеличения количества стекол добиваться прекрасных результатов. Разумеется, для сохранения свойств стеклопакета его камеры должны быть абсолютно герметичными и не допускать утечки газов.

Рисунок 1. Строение энергосберегающего пластикового окна

Подведем итоги: металлопластиковое окно, изготовленное с использованием обычного двухкамерного стеклопакета, уступает по теплосбережению окну, изготовленному с использованием однокамерного стеклопакета, в котором установлено одно низкоэмиссионное (энергосберегающее) стекло.

Покрытие свободно пропускает солнечную коротковолновую энергию в помещение, в то же время отражает длинноволновое тепловое излучение, например, от нагревательных приборов, внутрь помещения, не давая ему уйти наружу.

Таким образом, применение низкоэмиссионного стекла заметно сокращает теплопотери, позволяя экономить на обогреве помещений. В частности, теплосберегающие стекла позволяют сократить потери энергии более чем на 70%.

Библиографический список

1. Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева.- 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
2. http://znanija.com
3. vopros-remont.ru
4. hhtp://oknalex.ru/

Оригинал работы: Энергосберегающие окна