До недавнего времени для уменьшения теплопотерь использовались традиционные системы остекления с применением двух- и трехстекольных конструкций с большими воздушными промежутками. В настоящее время неотъемлемой составной частью окон стал стеклопакет. Стеклопакеты состоят из двух или нескольких стекол, разделенных между собой промежутком, заполненным разреженным воздухом или инертным газом и герметично соединенных по контуру.
Благодаря высоким тепло- и звукоизоляционным свойствам стеклопакеты получили широкое применение в качестве важного строительного элемента, их производство стало развиваться еще в 30-е годы. Решающую роль сыграл тот факт, что сухой воздух является хорошим теплоизолятором, его теплопроводность практически в 27 раз ниже, чем стекла. Потери тепла в стеклопакете из двух прозрачных стекол распределены следующим образом: около 2/3 происходит за счет излучения и 1/3 - посредством теплоотдачи и конвекции вместе взятых.
Стеклопакеты обладают высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Благодаря герметичности в промежуток между стеклами не попадает влага и пыль, не ухудшается освещенность помещений.
Для улучшения тепло-звукоизоляционных свойств стеклопакета межстекольное пространство может заполняться инертными газами. Но следует помнить, что воздух, также как и газовые смеси, которыми заполнены стеклопакеты, могжет сохранять свои функции лишь до тех пор, пока в межстекольное пространство не попадет такое количество влаги, которое могло бы существенно повлиять на теплопроводность.
В настоящее время известны три конструктивных системы соединения стёкол в стеклопакетах: заплавление, запаивание и заклеивание.
Начиная с 60-х годов стеклопакеты изготавливают почти исключительно путем склеивания.
Стеклопакет состоит из двух или более стёкол и дистанционной рамки с осушителем. Для обеспечения долголетней надежности стеклопакетов, решающими условиями являются выбор и подготовка как выше названных конструкционных материалов, так и качественная герметизация стеклопакета.
Для производства стеклопакетов можно использовать почти все типы стекол. Выбор стекол зависит от требований, предъявляемых к конкретному окну. Очень важно также правильно определить местоположение и ориентацию стекол со специальными свойствами в стеклопакете. Например, в случае использования селективных стекол поверхность с нанесённым покрытием, как правило, находится внутри стеклопакета.
Солнцезащитные стекла рекомендуется устанавливать в качестве внешних стекол.
Из-за возникновения термических напряжений в каждом отдельном случае важно выяснить необходимость закалки солнцезащитных стекол. На толщину солнцезащитных стекол с отражающей поверхностью важно обращать пристальное внимание также по причинам эстетического характера.
В настоящее время возможен аналитический расчет той или иной конструкции и поэтому вопрос о типе устанавливаемого стеклопакета желательно решать совместно с фирмами специализирующимися на изготовлении стеклопакетов. Дешевый стеклопакет для нового окна может оказаться дорогой неприятностью (запотевание внутри и снаружи стеклопакета, промерзание, эффект сквозняка даже при плотно закрытых дверях).
Дистанционные рамки. В качестве материала для дистанционных рамок применяются, как правило, алюминий и оцинкованная сталь, реже пластмасса. Дистанционная рамка выполняется полой внутри, со специальными диффузионными отверстиями (дырочной перфорацией, щелями). Внутри находится осушитель, функция которого способствовать быстрой абсорбции (впитыванию) самых незначительных количеств воды в межстекольном пространстве. Тем самым предотвращается выпадение росы внутри стеклопакетов в холодное время года. Диффузионные отверстия не должны быть слишком большими, иначе при механических нагрузках (при перевозке стеклопакетов или эксплуатации окон) частички осушителя могут попасть в видимую зону межстекольного пространства. Особое внимание уделяется свойствам тех поверхностей рамок, которые образуют соединение с герметиками.
Необходимо также отметить, что металлическая дистанционная рамка является хорошим проводником тепла, т.е. в конструкции стеклопакета возникает "мостик холода". Решить эту проблему могут дистанционные рамки из пластика, разработка которых активно ведется последнее время. Уже несколько лет существуют системы, в которых необходимый зазор между стеклами создается термопластом, который наносится на стекло через экструдер. В состав термопласта уже входят необходимые осушители. Однако пока эти системы находят лишь специальное применение.
Осушители. Принцип действия осушителей заключается в следующем: частицы осушителя имеют множество пор. Так как диаметр пор больше, чем диаметр атомов газов или молекул газа, то газы диффундируют в эти поры и абсорбируются.
В качестве осушителей хорошо зарекомендовали себя молекулярные сита, силикагель и смеси обоих продуктов. Различные по химическому строению осушители имеют также различную абсорбционную способность.
Эти различия проявляются в зависимости от температуры, давления и содержания влаги в осушаемых газах.
Используя наиболее употребительные типы молекулярных сит, можно получить очень низкие температуры точки росы (большей частью -60 °С). Использование силикагеля не дает таких низких значений температуры точки росы, в среднем около -45 °С. Исключая некоторые особые области применения, эти различия в температуре точке точки росы не являются решающими для оценки качества осушителей, т.к. задачей осушителей является прежде всего, поглощать влагу, попавшую в межстекольное пространство в ходе производства стеклопакетов.
Герметики для стеклопакетов. Задачами первостепенной важности, которые стоят перед герметиками, применяемыми для заделки швов в стеклопакете, являются, во-первых, обеспечение прочности стеклопакетов и, во-вторых, препятствовать проникновению водяного пара в межстекольное пространство, что прямым образом влияет на долговечность стеклопакетов, которая зависит, в основном, от уплотнения краев. С точки зрения прочности, важнейшими свойствами герметиков являются: сила сцепления со стеклом и материалом дистанционной рамки, эластичность, прочность и время старения, ширина и толщина уплотняющей массы, скорость диффузии молекул через герметик.
Качественные стеклопакеты изготавливаются по принципу двойной герметизации. В качестве первичного герметика чаще всего применяется бутил, который обладает наилучшей относительной способностью сопротивляться проникновению водяного пара. Бутиловая масса наносится при температуре чуть больше ста градусов в виде тонкой ленты на обе стороны дистанционной рамки. Когда стекла сдавливают, между стеклами и рамкой остается разделяющий их бутиловый шов толщиной в несколько десятых долей миллиметра. Хорошая диффузионная плотность достигается благодаря тонкости шва и плохой газопроницаемости массы.
Первичный герметик не может обеспечить требуемую прочность кромочного соединения, эту задачу должны решать, продукты, применяющиеся для вторичной герметизации с наружной стороны стеклопакета. Чаще всего - это полисульфид, но также могут применяться силиконовые и полиуретановые массы. Они помимо придания прочности конструкции, придают дополнительную диффузионную плотность и дают возможность подвижки, вызываемой сменой температур и давлений. Толщина эластичной массы равна нескольким миллиметрам. Влияние толщины слоя массы на величину проникновения водяного пара можно определить, например, увеличивая толщину слоя с 2 мм до 5 мм, при этом проникновение водяного пара падает при одних и тех же условиях больше чем на половину.
Специальные инертные газы. Для заполнения межстекольного пространства в стеклопакетах вместо воздуха часто используют инертные газы или смеси газов, что существенно улучшает тепло- и звукоизолирующие свойства стеклопакетов. В том случае, когда межстекольное пространство стеклопакета заполняется более плотным, по сравнению с воздухом, газом, потери тепла, происходящие за счет конвекции и теплоотдачи внутри стеклопакета, снижаются. Теплопроводность, плотность, динамическая вязкость и собственная теплоемкость газов оказывают влияние на теплопроводность межстекольного пространства.
Наиболее часто для заполнения межстекольного пространства применяются: аргон(Ar) и криптон(Kr). Это газы, получают отделением от сжиженного атмосферного воздуха. Криптон - это реже встречающейся и значительно более дорогой по сравнению с аргоном инертный газ, но он в большей степени, чем аргон повышает теплоизолирующую способность стеклопакета.
Стандартная конструкция стеклопакета состоит:
- стекло;
- дистанционная рамка;
- осушитель;
- внутренний герметик;
- внешний герметик.
