Знания отрасли

Введение

С развитием энергосбережения в строительстве трехслойное двухкамерное стеклопакетное остекление стало ведущим типом наружных оконных конструкций. По сравнению с традиционным однокамерным стеклопакетом, увеличение количества камер улучшает теплоизоляционные характеристики. По сравнению со значением K стеклопакета (6+16A+6), равным 2,7 Вт/мК, значение K стеклопакета (6+16A+6+16A+6) достигает 1,7 Вт/мК. При использовании низкоэмиссионных технологий (Low-E), заполнения инертным газом, теплоизолирующих кромок и других, например, стеклопакета (6Low-E+16Ar+6+16Ar+6Low-E), значение K может достигать 0,8 Вт/мК.

Улучшение теплоизоляционных характеристик дверей и окон, а также увеличение расхода материалов при производстве трехслойного двухкамерного стеклопакета приводят к повышению его прочности. Во-первых, увеличивается вес стекла, что, в свою очередь, повышает ширину и толщину профиля, а также требования к прочности фурнитуры. В трехслойном двухкамерном стеклопакете два внешних стекла выполняют функции опоры и нагрузки. Основная функция среднего стекла — разделение камер, ограничение конвективной теплопередачи заполняющего газа и, таким образом, увеличение толщины изоляционного слоя, но при этом оно должно соответствовать определенным требованиям к механическим характеристикам. В качестве среднего стекла легко представить себе замену существующего 6-миллиметрового среднего стекла другими тонкими материалами, что приводит к созданию тонкого трехслойного стеклопакета.

1. Тонкое стеклопакетное изоляционное стекло, установленное по центру.

2TD

Неорганическое стекло является основной формой трехслойного двухкамерного стеклопакета. Метод истончения рассматривается с учетом трех составляющих его слоев. Наружное стекло подвергается ветровой нагрузке и истончается при условии соответствия требованиям к механическим характеристикам. Внутреннее стекло не подвергается непосредственной ветровой нагрузке, поэтому оно используется в качестве рабочей поверхности, требующей определенных механических характеристик, что создает определенный потенциал для истончения. Стекло между внутренним и наружным (центральное стекло) не несет непосредственной ветровой нагрузки, поэтому оно имеет наибольший потенциал для истончения. Японская компания Lixil истончила исходное стекло толщиной (3+3+3) мм до (3+1,3+3) мм, при этом коэффициент облегчения составил около 19%; при истончении до (3+1,3+1,3) мм коэффициент облегчения составляет около 38%, как показано на рисунке 1. Западно-Тихоокеанская национальная лаборатория в США заменила традиционный стеклопакет высокоэффективным энергосберегающим тонким стеклопакетом. Было проведено исследование энергосберегающего эффекта замены существующих строительных стекол. Тонкое стеклопакетное покрытие состоит из двух стекол толщиной 1/8 дюйма (около 3,2 мм) с низкоэмиссионной пленкой и одного стекла толщиной 1/16 дюйма (около 16 мм) посередине. Результаты испытаний показывают, что экономия энергии системы отопления, вентиляции и кондиционирования составляет 0,2–18,7 кВт·ч в сутки в отопительный сезон (3–18% экономии энергии на человека) и 2,5–8,0 кВт·ч в сутки в зимнее время (23–41% экономии энергии), а уровень звукоизоляции снижается на 8–10 дБ. В Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в обычное стеклопакетное покрытие (3 мм стекла + 3 мм низкоэмиссионного стекла) помещали тонкое стекло толщиной 0,7 мм, образуя тонкое стеклопакетное покрытие, как показано на рисунке 2. Исследования показали, что в климате, где преобладает отопление (например, Миннеаполис, Миннесота), потенциал энергосбережения тонкого стеклопакета вместо обычного наружного оконного стекла составляет 16%, в смешанном климате (например, Вашингтон, округ Колумбия) — 12%, а в климате, где преобладает охлаждение (например, Хьюстон, Техас), — 7%. Толщина стекла, используемого для наружных окон в моей стране, постоянно увеличивается. В 1980-х годах 3 мм стекло было доминирующей спецификацией флоат-стекла в моей стране. После 1993 года 5 мм стекло стало основным продуктом, а в последнее время — 6 мм. В 2013 году Ван Синьчунь и другие предложили уменьшить толщину листового стекла. Ежегодное потребление листового стекла на душу населения в моей стране составляет 20,7 кг, что в 1,25 раза больше, чем в странах ЕС, в два раза больше, чем в США, и в 2,6 раза больше, чем в среднем по миру. Толщина листового стекла является одной из причин аномально высокого потребления листового стекла на душу населения в моей стране. По оценкам, если к 2012 году толщину стекла с 5 мм уменьшить до 4 мм, производство стекла можно будет сократить на 7,1 млн тонн, а потребление сырья — на 7,71 млн тонн, включая 6,35 млн тонн природных ресурсов, таких как кварцевый песок и другие.36 миллионов тонн химической продукции, такой как кальцинированная сода. В статье предлагается трансформировать модель развития промышленности и предприятий и усовершенствовать технологии производства. Было предложено пять рекомендаций, в том числе корректировка производственной цепочки по уровню технических возможностей, активизация научно-исследовательских работ и скорейшее начало работы соответствующих ведомств по истончению листового стекла. В то же время такие компании, как CSG Group, также активно пробуют свои силы в применении тонкого стекла для наружных окон.

В настоящее время разработка тонкого стеклопакета демонстрирует хорошую адаптивность. Во-первых, в соответствии с концепциями развития «двойных углеродных целей», «зеленого» производства, «зеленого» строительства и т. д., тонкий стеклопакет будет способствовать энергосбережению, экономии материалов и сокращению выбросов углерода в цепочках производства стекла, профилей, дверей, окон, навесных стен и транспортных средств. Во-вторых, двухкамерный/многокамерный стеклопакет является ведущим продуктом высокоэффективных и энергосберегающих прозрачных ограждающих конструкций в нашей стране и обладает потенциалом для уменьшения толщины. В-третьих, центральное производство тонкого стеклопакета имеет широкую промышленную базу, что способствует трансформации и развитию отрасли. В-четвертых, производство тонкого/сверхтонкого стекла в нашей стране обеспечивает материальную и промышленную базу. Фотоэлектрическое стекло на основе натрий-известково-кремниевой системы и защитное стекло могут служить базовыми продуктами. Технология и производство тонкого стекла и плоского стекла не имеют себе равных. В сравнении с промышленными стеклянными тиглями и архитектурными стеклянными тиглями:

2. Стеклопакет с центральным пленочным покрытием.

Стеклопакет с центральной органической пленкой (как показано на рисунке 3) разделяет одну камеру на две или более камер из стеклопакета. Нефункциональная органическая пленка (белая пленка) разделяет камеры только для ограничения конвекции, увеличения толщины изоляционного слоя и достижения тонкости и легкости. Функциональная органическая пленка (теплоотражающая пленка) придает такие функции, как низкая излучательная способность, и повышает энергосберегающий эффект за счет контроля теплового излучения по сравнению с белой пленкой. Стеклопакеты с центральной пленкой производятся американской компанией Southwall Technologies, появились в 1970 году и используются в строительстве. Теплоотражающая пленка в стеклопакете обладает превосходными теплоизоляционными свойствами, и Ли Ву и другие проводили исследования в этой области. Центральная пленка представляет собой термопластичную пленку, которая затвердевает за счет термопластичности при нагревании. Укладка и монтаж мембранного материала требуют ручного труда, что увеличивает себестоимость производства. Хэ Сюэпин и другие изучали ключевые этапы проектирования процесса сборки системы стеклопакета с центральной пленкой. Снижение стоимости мембранных материалов, автоматизация монтажа мембран, уменьшение степени ручного вмешательства и, соответственно, технологических затрат станут ключевыми направлениями развития стеклопакетов из центральных пленочных материалов.

3. Композитное изоляционное стекло из настоящего стекла.

Вакуумное стекло — это изделие из стекла, разделённое двумя или более слоями стекла с опорными колоннами. По периметру образуется герметичная полость, которая затем вакуумируется. Учитывая баланс теплопередачи и силовых характеристик опорных колонн, их количество и площадь должны быть минимизированы, поэтому выбираются колонны с малым поперечным сечением и небольшой длиной, не влияющие на визуальный эффект. Теоретически, конвективная и кондуктивная теплопередача не зависят от толщины вакуумного слоя. Толщина вакуумного слоя обычно составляет от 0,15 до 0,25 мм: как минимум один слой вакуумного стекла изготовлен из низкоэмиссионного стекла для обеспечения эффективной теплоизоляции по трём основным режимам теплопередачи: теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Таким образом, вакуумное стекло само по себе является высокоэффективным тонким стеклянным изделием. Только композитное вакуумное стекло может в полной мере раскрыть теплоизоляционные свойства вакуумного стекла, структура которого показана на рисунке 4. Хотя в середине вакуумного стекла находится слой стекла, этот слой после вакуумирования подвергается воздействию атмосферного давления и давит на опорную колонну, поэтому возможность истончения вакуумного стекла ограничена. Вакуумное стекло, благодаря своей высокой эффективности и энергосберегающим свойствам, уменьшает общую толщину композитного стеклопакета, достигая цели истончения. В нашей стране достигнут значительный прогресс в производстве вакуумного стекла, но стоимость по-прежнему является основным фактором, препятствующим его распространению. По крайней мере, один слой вакуумного стекла изготавливается из низкоэмиссионного стекла для обеспечения эффективной изоляции по трем основным режимам теплопередачи: теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Таким образом, само вакуумное стекло является высокоэффективным тонким стеклопакетом. Только композитное вакуумное стекло может в полной мере раскрыть теплоизоляционные свойства вакуумного стекла, структура которого показана на рисунке 4. Хотя в середине полого стекла находится стеклянный элемент, этот элемент после вакуумирования подвергается воздействию атмосферного давления и несет давление опорной колонны, поэтому возможность истончения вакуумного стекла ограничена. Вакуумное стекло, благодаря своей высокой эффективности и энергосберегающим свойствам, уменьшает общую толщину композитного полого стекла, достигая цели истончения. Уровень производства вакуумного стекла в нашей стране значительно вырос, но стоимость по-прежнему остается основным фактором, препятствующим его распространению.

4. Полое стекло из аэрогеля

Аэрогель обладает превосходными легкими теплоизоляционными свойствами. Его использование в полом стекле позволяет добиться тонкости, высокой эффективности и энергосбережения. Коэффициент теплопроводности (K) полого стекла (6+12A+6) составляет 2,8 Вт/мК, коэффициент теплопроводности (6Low-E+12A+6) — 1,8 Вт/мК, а коэффициент теплопроводности (6+12aerogel+6) достигает 1,0 Вт/мК. Одним из эффективных способов размещения аэрогеля в середине является использование частиц аэрогеля в качестве наполнителя, что относительно недорого. Разница между показателем преломления, образующимся на границе раздела аэрогеля и частиц, и прозрачностью самого аэрогеля увеличивает мутность изоляционного стекла и влияет на его прозрачность. Снижение мутности самого аэрогеля и создание композита из цельного куска аэрогеля (а не из частиц) является одним из эффективных способов повышения прозрачности. Прозрачные ограждающие конструкции фасада здания (наружные двери и окна, навесные стены) предъявляют высокие требования к прозрачности и, как ожидается, будут широко использоваться в ограждающих конструкциях для целей освещения. Однако необходимо изучить влияние накопления тепла от солнечного излучения, а также холодовых и горячих ударов на механические свойства стеклопакетов.

5. Краткое содержание

Уменьшение толщины стеклопакетов — это тенденция развития, обладающая множеством преимуществ, таких как экономия материалов, энергии и выбросов углекислого газа. В качестве стратегии развития и выбора, стеклопакеты средней толщины имеют хорошую промышленную базу и значительные экономические преимущества, и являются предпочтительным направлением развития. Стеклопакеты со средней пленочной структурой и вакуумные композитные стеклопакеты обладают высокой степенью тонкости, имеют определенное пространство применения в новом строительстве и обладают очевидными преимуществами при замене стекла в рамках энергосберегающей модернизации существующих зданий. В качестве перспективного направления развития следует рассмотреть применение аэрогелевых стеклопакетов в конструкциях осветительных приборов.