Вакуумный стеклопакет своими руками

Вакуумное остекление в качестве прозрачного теплоизоляционного материала

Osamu Asano, Toru Futagami, Tsuguhisa Takamoto, Tetsuo Minaai
NIPPON SHEET GLASS CO. Ltd.

Аннотация

В вакуумном стеклопакете, который состоит из двух листов стекла, системы поддерживающих распорок и безвоздушного пространства, изолирующая способность зависит от теплопроводности распорок, теплового излучения от внутренней поверхности стекла и конвекции очень малого количества газа (воздуха), который остается в пространстве между стеклами. Для улучшения изолирующей способности был разработан низкотемпературный производственный процесс, позволивший увеличить расстояние между распорками, применяя закаленное стекло. Этот процесс был реализован с помощью применения металлического герметика без использования свинца. Более того, излучение от поверхности стекла может быть уменьшено с помощью специального низкоэмиссионного покрытия.

Образец стеклопакета, сделанный таким образом, показал рекордно низкое значение U-value 0,45 Вт/м²К. Это значение показателя равно теплопроводности изоляции из стекловаты толщиной 10 см. Вакуумный стеклопакет, произведенный по технологии низкотемпературных процессов может решительно изменить существующие концепции дизайна в архитектуре.

Введение

Вакуумные стеклопакеты были изобретены около 90 лет назад. Тем не менее, промышленное производство не было налажено долгое время. Основной сложностью в изготовлении являлось то, что напряжение при растяжении на поверхности листов стекла при учете атмосферного давления могло привести к разрушению стекла.

Коллинз и др. завершили базовый проект концепции структуры вакуумного стеклопакета [1,2,3]. В 1994, используя эту концепцию, специалисты Nippon Sheet Glass перепроектировали стеклопакет с учетом особенностей японского рынка [4] и начал развивать его промышленное производство. В 1997 году на рынок был выпущен стеклопакет для остекления жилых домов, названный SPACIA^®. Он обладал высокими теплоизоляционными свойствами при малой толщине. С тех пор технология вакуумных стеклопакетов вносила свой ощутимый вклад в улучшение теплоизоляции окон жилых домов в Японии.

Решение нескольких технических проблем позволило улучшить теплоизоляционные свойства вакуумного стеклопакета. В этой статье дальнейшее улучшение характеристик мы будем рассматривать в качестве развития характеристик существующего пакета.

Вакуумный стеклопакет существующий на данный момент

Структура вакуумного стеклопакета SPACIA^® показана на рис. 1 Стеклопакет состоит из двух листов стекла с вакуумной прослойкой между ними, толщиной 0,2 мм. Кромка пакета герметизирована стеклянной спайкой, с характерной температурой размягчения в 350 градусов цельсия.

Между двумя листами стекла помещены металлические распорки, высотой 0,2 мм, расставленные на расстоянии 20 мм друг от друга. Они обеспечивают равномерное влияние силы атмосферного давления на поверхность пакета. Воздух между стеклами откачивается через небольшой клапан, который расплавляется и закрывается в конце производственного процесса. Стандартный стеклопакет SPACIA^® производится с низкоэмиссионным покрытием, нанесенным на внутреннюю плоскость одного из стекол.

Другой тип вакуумного стеклопакета, который называется «гибридный стеклопакет SPACIA21^®» состоит из вакуумного стеклопакета и одной камеры обычного стеклопакета, заполненной газом (рис. 2). Другими словами, гибридный стеклопакет—это однокамерный стеклопакет, в котором вместо одного из стекол используется вакуумный пакет. Этот пакет обладает более высокими теплоизоляционными характеристиками, чем простой вакуумный стеклопакет.

Таблица 1 показывает теплоизоляционные характеристики нескольких типов остекления. Из таблицы видно, что вакуумный стеклопакет обладает более выгодными характеристиками, чем обычный однокамерный, заполненный газом. А гибридный пакет обладает очень хорошими теплоизоляционными показателями, на уровне 0,8 Вт/м²К при толщине всего лишь в 21 мм. Это значение теплопроводности соответствует характеристикам слоя стекловаты толщиной 50 мм.

Производственный процесс существующего вакуумного стеклопакета показан на рис. 3. После раскроя двух листов стекла, в одном из углов стекла сверлится отверстие для последующей откачки воздуха с помощью трубки и помпы. Затем стекло моется и с помощью специального оборудования к нему прикрепляются распорки. Лист стекла с распорками накрывается другим листом стекла. Герметик, состоящий из стеклянной пасты наносится по краям соединенных листов.

Затем получившаяся светопрозрачная конструкция нагревается в печи до рабочей температуры герметика. Достижение этой температуры необходимо, чтобы расплавить герметик. Затем конструкция извлекается для усиления откачки газа из внутренней полости в горячем состоянии. В конце производственного процесса крышка трубки, через которую был откачан воздух, расплавляется и закрывается.

Основной проект вакуумного остекления

Согласно проекту, предложенному Коллинзом и др. [1], оптимальное расположение распорок может быть рассчитано с учетом теплового потока, прочности листа стекла и прочности материала распорок. На базе этих параметров расчетное расстояние между распорками было принято 20 мм.

Теплоизоляционные свойства вакуумного стеклопакета зависят от теплопроводности распорок, теплопроводности оставшегося в вакууме газа и теплового излучения от внутренней стороны пакета. Рис. 4 показывает результаты расчета теплопроводности вакуумного стеклопакета. Эти расчеты были произведены для существующего стеклопакета с расстоянием между распорками в 20 мм и низкоэмиссионным стеклом с показателем эмиссионности 0,15. Теплопроводность это величина основанная на потоке тепла от одной стороны остекления к другой. Рис. 5 показывает отношение между этим значением и значением показателя U-value, который обычно используется для измерения характеристик стеклопакетов. Из этих рисунков можно сделать вывод, что существующий вакуумный стеклопакет с внутренним давлением 0,1 Па может иметь теплопроводность 2,0 Вт/м²К, которая соответствует U-value в 1,5 Вт/м²К.

Улучшение теплоизоляционных качеств стеклопакета

Основываясь на данном проекте, улучшение теплоизоляционных свойств пакета может быть достигнуто с помощью уменьшения числа распорок, снижения внутреннего давления в пакете и понижения эмиссионности поверхности стекла.

Уменьшение количества распорок, другими словами расстановка их на большем расстоянии может привести к разрушению стекла, так как оно всегда подвержено силе атмосферного давления. Для улучшения показателей теплоизоляции без угрозы разрушения стекла может быть использовано закаленное стекло.

Тем не менее, закаленное стекло не может быть использовано в существующем производственном процессе, по причине того, что оно плавится при температуре большей, чем 350 градусов, достигаемых при герметизации кромки пакета. Для решения этой проблемы был разработан низкотемпературный производственный процесс герметизации с использованием металлической, не содержащей свинец спайки при температуре 200 градусов.

Был разработан опытный образец производственной линии, позволявшей производить стеклопакеты максимального размера 2150 мм х 1350 мм. С использованием этого оборудования листы стекла нагревались, затем происходил автоматизированный процесс герметизации. Были оптимизированы температура стекла, температура расплавленного металлического герметика и скорость герметизации. С помощью этих изменений стало возможным использование закаленного стекла и более редкая расстановка распорок.

Дальнейшее улучшение теплоизоляционных характеристик было достигнуто с помощью применения покрытия стекла с еще более низкой эмиссионностью. В существующем пакете было использовано пиролитическое покрытие с показателем эмиссионности 0,15. В новом было применено не так давно разработанное покрытие с эмиссионностью 0,045. В этой статье мы рассматриваем пакет с использованием двух листов стекла с данным покрытием.

В дополнение ко всему, можно было бы использовать распорки из материала с более низкой теплопроводностью, чем металлические, например стеклянные или керамические. Эффективность применения таких материалов не рассматривается в данной статье, но без сомнения это очень важный фактор, который должен быть реализован в будущем.

Расстановка распорок в улучшенном вакуумном остеклении

Увеличение расстояния между распорками может быть достигнуто с применением закаленного стекла с более высокой поверхностной прочностью на изгиб. Исходя из этого, была рассчитана теплопроводность. Условия расчетов были приняты таковы: два листа закаленного стекла с покрытием с эмиссионностью 0,045 и расстоянием между распорками в 40 мм. Так как толщина использованных листов стекла составляет 3 мм, общая толщина стеклопакета составляет всего 6 мм. Результаты вычислений представлены на рис. 6

Сравнивая рис. 4 и рис. 6 мы можем увидеть огромную разницу в теплопроводности существующего вакуумного стеклопакета и улучшенного. Становится ясно, что увеличение расстояния между распорками и уменьшение эмиссионности внутренней поверхности стекла приводит к значительному улучшению показателей теплопроводности. Из рис. 6 видно, что стеклопакет с увеличенным до 40 мм расстоянием между распорками и внутренним давлением 0,1Па может обладать теплопроводностью 0,49 Вт/м²К. Из рис. 4 это значение приводит к значению показателя U-value в 0,45Вт/м²К.

Устойчивость вакуума в вакуумном стеклопакете при низкотемпературном производственном процессе

В производственном процессе вакуумного остекления для долгосрочной устойчивости вакуума очень важен процесс откачки воздуха из внутреннего пространства. В этом плане низкотемпературный процесс герметизации кромки закаленного стекла нуждается в улучшении из-за недостаточной дегазации. Проблема может быть решена применением сорбационного материала, способного впитывать газ во внутреннем пространстве стеклопакета. Длительные испытания были проведены без использования сорбационного материала. Испытания показали, что такой материал мог бы привести к долгосрочному улучшению характеристик как существующего, так и улучшенного стеклопакета.

Сравнение теплоизоляционных характеристик стеклопакетов

Рис. 7 показывает зависимость U-value и толщины типичной стекловатной изоляции. На рисунке отображены значения U-value однокамерного стеклопакета, вакуумного стеклопакета, гибридного и улучшенного вакуумного стеклопакета. Значение U-value улучшенного вакуумного стеклопакета составляет 0,45 Вт/м²К, которое соответствует изоляции слоем стекловаты толщиной 100 мм.

В дальнейшем, более широкая расстановка распорок при применении более толстых листов стекла позволит достигнуть более высоких показателей теплоизоляции.

Заключение

Был разработан вакуумный стеклопакет с улучшенными характеристиками. U-value улучшенного пакета 0,45 Вт/м²К при толщине в 6 мм, что соответствует изоляции слоем стекловаты толщиной 100 мм. В процессе разработки данной технологии было успешно решено несколько проблем, включая низкотемпературный процесс герметизации, использование закаленного стекла и стабилизация вакуума.

Этот прозрачный материал, обладающий довольно высокими теплоизоляционными характеристиками может существенно изменить концепции дизайна в архитектуре. Более того, вакуумные стеклопакеты могут найти применение не только в архитектуре, но и в таких областях как холодильные и морозильные комнаты, бытовые и коммерческие холодильники и морозилки, и т. п.

Справочные материалы:

[1] Collins, Fischer-Cripps, Tang: Transparent
evacuated insulation, Solar Energy, 49(5),333-350 (1992)
[2] Collins, Simko: Current status of the science and
technology of vacuum glazing, Solar Energy,
62(3), 189—213 (1998)
[3] Collins, Asano, Misonou, Katoh, Nagasaka:
Vacuum glazing: Design options and
performance capability, Glass in Building’s
Conference, Centre for Window and Cladding
Technology, Bath UK, 189—213 (1999)
[4] Asano, Misonou, Katoh, Nagasaka: Advanced
window incorporating vacuum glazing, SPIE,
Solar Optical Materials XVI, Denver USA, 8—20 (1999)

Перевод: Кобылкин Р. Н,. Steklo.com, 2009

Морфологический разбор слова онлайн

Введите слово или предложение и получите морфологический разбор с указанием части речи, падежа, рода, времени и т.д.

Начальная форма: ВЫКАТИТЬ
Часть речи: причастие
Грамматика: единственное число, именительный падеж, мужской род, неодушевленное, одушевленное, непереходный, прошедшее время, совершенный вид, страдательный залог
Формы: выкатить, выкатил, выкатила, выкатило, выкатили, выкачу, выкатим, выкатишь, выкатите, выкатит, выкатят, выкатив, выкативши, выкатя, выкатимте, выкати, выкативший, выкатившего, выкатившему, выкатившим, выкатившем, выкатившая, выкатившей, выкатившую, выкатившею, выкатившее, выкатившие, выкативших, выкатившими, выкаченный, выкаченного, выкаченному, выкаченным, выкаченном, выкачен, выкаченная, выкаченной, выкаченную, выкаченною, выкачена, выкаченное, выкачено, выкаченные, выкаченных, выкаченными, выкачены

---

Начальная форма: ВОЗДУХ
Часть речи: существительное
Грамматика: единственное число, именительный падеж, мужской род, неодушевленное
Формы: воздух, воздуха, воздуху, воздухом, воздухе, воздухи, воздухов, воздухам, воздухами, воздухах

---

Начальная форма: ИЗ
Часть речи: предлог
Грамматика:
Формы: из

Начальная форма: ИЗА
Часть речи: существительное
Грамматика: прилагательное, женский род, имя, множественное число, одушевленное, родительный падеж
Формы: иза, изы, изе, изу, изой, изою, из, изам, изами, изах

---

Начальная форма: ШИНА
Часть речи: существительное
Грамматика: единственное число, женский род, неодушевленное, родительный падеж
Формы: шина, шины, шине, шину, шиной, шиною, шин, шинам, шинами, шинах

---

Вакуумный стеклопакет

Во всем мире требования к энергосбережению оконных конструкций увеличиваются все больше. Всем известно, что самой теплопроводной частью пластикового окна является стекло. Оно имеет наибольшую теплопроводность и площадь контакта с наружным воздухом, а, следовательно, потери тепла в холодное время года через застекленную поверхность максимальные.

Что такое вакуумный стеклопакет?

Самым совершенным термоизолятором является вакуум, то есть «пустота», который и было решено применить в качестве утеплителя для современных оконных конструкций. Разработки технологии по изготовлению вакуумного стеклопакета в Германии и Японии идут уже очень давно. Стоит остановиться на них более подробно.

Для получения «идеально нетеплопроводного» стеклопакета используют стекло толщиной в 4 мм. Между двумя листами стекла оставляют зазор на распорках, толщиной не более 0,5-0,7 мм, из этого зазора откачивается воздух, создается разряжение – технический вакуум. Сама конструкция получается не толще 1 см и ее уже значительно проще изготовить, чем трехслойный стеклопакет.

Для того чтобы конструкция могла бы противостоять атмосферному давлению, разработчики предлагают в межстекольном пространстве равномерно устанавливать определенное число распорок.

Вся правда о вакуумных стеклопакетах

Их диаметр не должен превышать 0,5 мм, а, следовательно, не уменьшит прозрачность стекла и не ограничит видимость.

Достоинства технологии

Главным требованием к производству стеклопакетов является использование материалов, которые длительное время сохраняли бы герметичность такого «сэндвича». Необходимо, чтобы молекулы воздуха не проникали в межстекольное пространство, иначе стеклопакет быстро потеряет свои теплоизоляционные свойства.

В сравнении с двухкамерным остеклением технология применения вакуумного стеклопакета делает оконную конструкцию легче почти в 2 раза, что в свою очередь дает возможным изготавливать оконный профиль менее жестким, не армированным металлом.

Менее строгими становятся требования и к фурнитуре.

Зато коэффициент теплопроводности при трехслойном остеклении – 0,7Вт (кв. мК) и снизить его уже невозможно. Использование вакуумного стеклопакета позволяет достичь значения коэффициента в 0,5 Вт (кв.

мК). При этом сильно вырастает светопередача, поскольку даже идеально полированное стекло, все-таки, мешает проникновению света. И чем больше слоев стекла, тем слабее освещенность помещения.

Применение вакуумных стеклопакетов считается очень перспективными. В Германии эти разработки финансируются правительством, и планируется пуск промышленной линии по их изготовлению в 2011 году. А в Японии уже сегодня существует предприятие, предлагающее вакуумное остекление.

Параллельно с усовершенствованием технологии по выпуску вакуумных стеклопакетов ведутся разработки по выпуску оконной рамы с высокой степенью термоизоляции.

В целом, можно сказать, что нас ждет революционный прорыв в области оконных технологий.

Оконные конструкции играют решающую роль в создании микроклимата помещения, поддержании комфортного температурного режима и защиты от шума за окном. За обеспечение всех этих условий отвечают именно качественные стеклопакеты. Однако покупателя, который не знаком с конструкционными особенностями этих светопрозрачных изделий и развитием оконных технологий, довольно легко запутать в понятиях.

Разберемся с понятиями

Свойство стеклопакета хорошо удерживать тепло обеспечивается не только за счет теплой дистанционной рамки и низкоэмиссионных или мультифункциональных стекол с особым напылением, которое препятствуют теплопотерям. Большую роль в «утеплении» окна играет именно заполнение герметизированных камер между стеклами осушенным воздухом или инертным газом аргоном, обладающим низкой теплопроводностью.

Не имеющие сертифицированных аналогов на рынке, эти стеклопакеты на лоджию усилят солнцезащитные и энергосберегающие свойства конструкции и будут надежно оберегать целебную тишину и покой в вашем доме, благодаря встроенной по умолчанию опции STiS Sound Control.

Если вам предлагают купить вакуумный стеклопакет, не торопитесь, ведь в итоге вы получите совсем не то, что себе представляли. Даже если бы в межстекольном пространстве удалось бы создать вакуум, по законам физики из-за разницы давления стекла бы схлопнулись и растрескались, не говоря уже о невозможности создания термоизоляции и удержании тепла в таких условиях. Кроме того, именно за счет аргона увеличиваются и шумоизоляционные свойства светопрозрачной конструкции. Как вы понимаете, вакуумный стеклопакет не может обладать ни одним из этих свойств.

Пластиковые окна

Непревзойденное качество стеклопакетов STiS

Мы четко улавливаем все технологические тенденции и изменяющиеся потребности потребителей в комфорте и уюте, осуществляем энергоэффективные разработки, находим новые решения и внедряем их в свою продукцию, задавая уровень качества на высоту европейского рынка.

Заполнение стеклопакетов STiS аргоном – это один из фундаментальных стандартов для обеспечения свойства энергоэффективности. Почему мы не используем осушенный воздух? Тому есть несколько существенных причин:

• Теплопроводность аргона практически в 2 раза ниже по сравнению с воздухом, что улучшает теплоизоляцию окна на 10-15%.

• Этот инертный газ обладает более высокой плотностью и лучше поглощает звуки, создавая хорошую шумоизоляцию.

Все производство осуществляется на современном высокотехнологичном оборудовании, проходит строжайший контроль качества и имеет гарантийный срок, в 4 раза превышающий ГОСТ (на Теплопакет 2.0 – в 6 раз превышающий).