Остекление, происходящее от среднеанглийского слова «стекло», представляет собой часть стены или окна, сделанную из стекла. Остекление также описывает работу, выполняемую профессиональным «стекольщиком». Остекление также реже используется для описания вставки офтальмологических линз в оправу очков.
Общие типы остекления, которые используются в архитектуре, включают прозрачное и тонированное флоат-стекло, закаленное стекло и многослойное стекло, а также различные стекла с покрытием, все из которых могут быть остеклены по отдельности или как двойные или даже тройные стеклопакеты. Обычное прозрачное стекло имеет легкий зеленый оттенок, но некоторые производители предлагают специальные бесцветные стекла.
Стекло может быть установлено на поверхности оконной створки или дверного бруса, обычно из дерева, алюминия или ПВХ. Стекло крепится в паз (фальц) в раме несколькими способами, включая треугольные точки остекления, замазку и т. д. Закаленное и ламинированное стекло может быть остеклено путем прикручивания панелей непосредственно к металлическому каркасу болтами, проходящими через просверленные отверстия.
Остекление обычно используется в низкотемпературных солнечных тепловых коллекторах, поскольку оно помогает сохранять собранное тепло.
История
Первое зарегистрированное использование остекления окон было сделано римлянами в первом веке нашей эры. Это стекло было элементарным, по сути представляло собой выдутый цилиндр, сплющенный и не очень прозрачный. В одиннадцатом веке были разработаны методы, при которых стекло вращалось в диск, создавая более тонкое круглое окно, или снова формировался цилиндр, но на этот раз его разрезали от края до края и разворачивали, чтобы получилось окно прямоугольной формы. Новый метод цилиндров оставался доминирующим методом до 19 века, и поэтому размер отдельных стекол был ограничен размерами этих цилиндров.
Непрерывное производство пластин было изобретено в 1848 году Генри Бессемером, который протягивал ленту стекла через ролики. Это стандартизировало толщину стекла, но его использование в массовом производстве было ограничено необходимостью полировать обе стороны стекла после изготовления, что было трудоемким и дорогим. Процесс медленно совершенствовался в течение следующего столетия, с добавлением автоматизированных шлифовальных и полировальных машин для снижения стоимости.
Прорыв в массовом непрерывном производстве стекла произошел в 1950-х годах с развитием процесса производства флоат-стекла. Расплавленное стекло выливается на поверхность расплавленного олова, где оно выравнивается и его можно оттянуть лентой. Преимущество этого процесса в том, что его можно масштабировать до любого размера и производить стекла высокого качества без дополнительной полировки или шлифовки. Флоат-стекло и по сей день остается наиболее распространенным типом остекления.
Состав
Наиболее распространенным стеклом, используемым для остекления, является натриево-известковое стекло, которое имеет множество преимуществ перед другими типами стекол. Кремнезем (SiO2) составляет основную часть состава этого материала в количестве 70–75% по весу. Чистый кремнезем имеет температуру плавления, достижение которой при крупномасштабном производстве было бы непомерно дорого, поэтому добавляется оксид натрия (сода, Na2O), который снижает температуру плавления. Однако ионы натрия растворимы в воде, что не является желательным свойством, поэтому для снижения растворимости добавляют оксид кальция (известь, CaO). Конечным результатом является продукт высокого качества, прозрачный, относительно дешевый в производстве и легко поддающийся вторичной переработке.
Роль в энергосбережении
Примерно 25–30 % затрат на энергию HVAC обусловлены теплопотерей и притоком тепла через остекление окон. Поэтому было разработано несколько методов для минимизации теплопередачи через стекло. Само остекление является барьером для теплопередачи посредством конвекции, поэтому две стратегии снижения теплопередачи направлены на минимизацию теплопроводности и излучения.
Окна с двойным остеклением
Стратегия снижения теплопроводности заключается в использовании изолированного остекления, при котором два или более стекол используются последовательно, каждое из которых отделено друг от друга пространством. Окна с двойным остеклением являются нормой в новых жилых помещениях, поскольку они обеспечивают существенную экономию энергии по сравнению с одинарным остеклением. Каждое отдельное стекло имеет плохие изоляционные свойства, с R-значением (изоляцией) или мерой сопротивления объекта теплопроводности, равным 0,9. Однако, когда два стекла устанавливаются последовательно с зазором между ними, удерживаются на месте и герметизируются распоркой, неподвижный газ в зазоре действует как изолятор. Идеальный размер зазора варьируется в зависимости от местоположения, но в среднем он составляет от 15 до 18 мм, что дает окончательный размер сборки 23-26 мм, предполагая, что типичная толщина остекления составляет 4 мм. Окно с двойным остеклением с воздухом в зазоре имеет R-значение 2,1, что намного лучше, чем 0,9, которые дает одинарное стекло. Окно с тройным остеклением, которое не так популярно, но иногда используется в средах с экстремальными температурами, имеет значение R 3,2. Хотя эти значения намного ниже, чем у стен, у которых значение R начинается от 12-15, снижение теплопередачи, тем не менее, существенно. Более высокие значения R все еще можно получить, заполнив зазор менее проводящим газом, таким как аргон (или реже, криптон или ксенон). Еще один альтернативный метод снижения теплопроводности — это создание и поддержание вакуума между стеклами, достигая очень высокого значения R 10, а также значительно минимизируя требуемый зазор между стеклами до 2 мм, что дает размер сборки всего 10 мм. Эта технология была впервые запущена в коммерческую эксплуатацию в 1996 году, и хотя за последующие десятилетия было произведено несколько миллионов единиц, она остается непомерно дорогой для большинства случаев использования и пока не получила широкого распространения.
Низкоэмиссионное покрытие
Стратегия снижения излучения заключается в покрытии стекла низкоэмиссионным (Low-E) покрытием, которое отражает большую часть инфракрасного света, попадающего на него. Существует два типа низкоэмиссионного покрытия. Первое — Solar Control Low-E, цель которого — блокировать поступающее солнечное излучение, что снижает приток тепла внутрь здания и, следовательно, расходы на охлаждение, связанные с отводом этого тепла. При установке на двухкамерном окне покрытие размещается на внутренней поверхности внешнего стекла и, при необходимости, на внутренней поверхности внутреннего стекла для улучшения изоляционных характеристик. Этот тип покрытия наиболее подходит для климата с преобладанием охлаждения и зданий с большими внутренними нагрузками, где целью является в первую очередь предотвращение перегрева зданий.
В климате с преобладанием отопления второй тип энергосберегающего покрытия более уместен. Это пассивный Low-E, целью которого является сохранение тепла внутри здания. Эти покрытия не блокируют большую часть коротковолнового инфракрасного света солнца, но блокируют любой длинноволновый инфракрасный свет, исходящий изнутри, действуя как своего рода теплица. Эти покрытия наносятся на внутреннюю поверхность стекла, на внешнюю сторону, если требуется меньше солнечного тепла, и на внутреннюю поверхность, если требуется больше солнечного тепла. Особенно в сочетании с окнами с двойным или тройным остеклением значения R, достигаемые с помощью низкоэмиссионных покрытий, могут быть довольно высокими: окно с тремя стеклами, заполненное аргоном, с одним низкоэмиссионным покрытием имеет значение R 5,4. . Одним из недостатков низкоэмиссионных покрытий является то, что, хотя они в первую очередь направлены на уменьшение количества инфракрасного света, проходящего через окно, они также несколько уменьшают количество проходящего через окно видимого света, и в здании может возникнуть более высокая потребность в освещении, поскольку результат.
Существует два метода нанесения покрытия Low-E на стекло: Hard Coat и Soft Coat. Hard Coat наносится либо в ванне с оловом, либо непосредственно после нее в процессе производства флоат-стекла. В результате получается очень прочное и недорогое покрытие, поскольку оно добавляется в существующем производственном процессе. Однако он не так энергоэффективен и пропускает больше инфракрасного света, чем метод Soft Coat. С другой стороны, мягкое покрытие наносится после того, как стекло уже было изготовлено и вырезано, и имеет тенденцию быть более прозрачным и лучше изолировать. Однако дополнительный этап производства увеличивает стоимость производства, а покрытие разрушается под воздействием непогоды, поэтому его можно размещать только на внутренних поверхностях окна с двойным остеклением. Как правило, окна Low-E с защитой от солнца имеют мягкое покрытие, а пассивные окна Low-E имеют твердое покрытие из-за более низкой излучательной способности мягкого покрытия.