Строительные стеклопакеты: конструкции, методы герметизации камер

Планы замены старого окна новым, как правило, сводятся к выбору того или иного системного профиля, из которого изготовлен оконный блок. При этом часто упускают из виду тот факт, что 70% окна занимает световой проем, заполняемый герметичными строительными стеклопакетами.

Рынок окон в последнее время наполняется странной продукцией. Стараниями нерадивых продавцов, а вслед за ними журналистов ряда печатных изданий и даже телеканалов на нем появились пластиковые, деревянные и алюминиевые стеклопакеты. Иесли вы услышите предложение недорого купить или смонтировать такой, то знайте, что оно исходит от некомпетентного человека, а потому качественной услуги вряд ли можно ожидать. На самом деле речь идет об окнах, обвязка которых выполнена из пластиковых, деревянных или алюминиевых профилей, а ее заполнение— из стеклопакетов (СП). Применяют стеклопакеты в качестве светопрозрачных элементов не только в окнах или дверях, но и в перегородках, зенитных фонарях, для возведения стен и крыш зимних садов и остекления фасадов многоэтажных зданий.

Современный СП— серьезное технологичное изделие. Разумеется, изобретательные умельцы способны изготовлять подобную продукцию и «на коленке». Однако в этом случае не стоит рассчитывать на ее высокие технические и эксплуатационные свойства. Между тем качество остекления во многом определяет успешное и долговременное пользование светопрозрачной конструкцией.

Конструкция

Стеклопакеты представляют собой своего рода «слоеный пирог», в котором между листами стекол оставлено пространство— камеры. ГОСТ 24866-99 «Стеклопакеты клееные строительного назначения» подразделяет изделия на одно- и двухкамерные. Стеклопакетов двойных и тройных не существует. По специальному заказу допускается изготовление СП из четырех (трехкамерные) и более листов стекла. Но такое производство изделий осуществляется вне рамок нормативной базы.

По виду среды в камерах СП делят на три группы: воздушные, газовые и вакуумные. Подавляющую долю рынка занимают воздушные, а вакуумные только начинают осваивать.

Объединяющим элементом СП служит дистанционная рамка (рамки) из полого замкнутого алюминиевого, стального или пластикового профиля— Helima (Германия), Profilglass (Италия). Ввоздушных СП она имеет перфорацию с внутренней стороны и заполнена влагопоглотителем (молекулярным ситом). Чаще это цеолит с размером пор не более 0,3 мкм или импортные составы Degussa, Grace Davison (все— Германия), CECA (Франция) идр. Через отверстия происходит поглощение (сорбция) паров воды из воздуха в камере. Один из первых осушителей— силикагель— поглощает влаги на 40% меньше, и потому сегодня его используют реже, хотя он и дешевле.

Герметичность камер решающим образом влияет на стабильность свойств СП. За нее отвечают два слоя герметиков. Первый (на базе бутилов) наносят на рамку, он уплотняет места ее контакта со стеклами, является незатвердевающим и служит основным барьером на пути проникновения влаги. Второй (глубиной до 5мм) накладывают на торец СП, чтобы скрепить листы и рамку друг с другом. После затвердевания он придает конструкции жесткость, а также выполняет функцию изоляции от пыли, насекомых и частично от воды. Здесь применяют силиконовые, полиуретановые или тиоколовые (полисульфидные) герметики. Очевидно, что от качества обоих слоев напрямую зависят эффективность и долговечность стеклопакетов. Возможности молекулярного сита не безграничны. Если влага будет активно проникать в камеры через герметик, то вскоре СП утратит эксплуатационные свойства. Ведь повышенная влажность воздуха в камере уменьшает теплоизолирующие показатели пакета. Но более неприятно то, что при этом большой перепад температуры приводит к выпадению конденсата, то есть стекла внутри стеклопакета запотевают, а зимой индевеют.

Между тем даже самые высококачественные герметики не способны решить проблему так называемых краевых зон. Вместе примыкания металлической дистанционной рамки к стеклу высока вероятность образования мостиков холода. Из-за этого в зимний период стеклопакет по периметру может промерзать, вследствие чего окно запотевает, покрывается изморозью и даже наледями со стороны комнаты. Скачественными СП таких неприятностей не возникает, пока ртутный столбик не опустится ниже -45 С.

Задачу повышения морозостойкости решают разными способами. Впервую очередь необходимо обеспечить достаточно глубокую посадку (12-15мм) стеклопакета в профиле створки— это позволяет сделать продукция крупнейших компаний, производящих профили: Rehau, KBE, Veka, Schco (все— Германия) идр. Ктому же у компаний есть свои фирменные рецепты. Скажем, в мансардных окнах Velux (Дания) установлены однокамерные стеклопакеты со стальной дистанционной рамкой (теплопроводность стали более чем в 2 раза ниже, чем алюминия). Для снижения риска промерзания применяют дистанционные рамки с термомостами (Pilkington, Великобритания; Azon, США) или термовставками Thermix (TGI, Германия). При изготовлении подобных изделий используют теплоэффективный пластик, армированный фольгой из алюминия или нержавеющей стали.

Другой вариант— технология Swiggle Strip, предусматривающая применение особой распорно-герметизирующей ленты из термопластичных полимеров. Такая лента включает герметики, осушитель, армирующую алюминиевую перемычку.

Не так давно был разработан новый метод герметизации стеклопакетов— TPS. Формирование рамки из термопластика (Thermo Plastic Spacer) с осушителем внутри происходит непосредственно при производстве изделий. Инновационные технологии, по сути, создают теплый контур по периметру стеклопакета, что существенно повышает эффективность оконных систем и их устойчивость к образованию конденсата.

Следует упомянуть и о стеклопакетах с электроподогревом. На поверхность стекла наносят металлизированное покрытие, которое подключают к низковольтному источнику тока. При низких температурах остекление слегка подогревается (по всей поверхности или в краевых зонах). Таким образом, полностью исключена вероятность промерзания и запотевания стеклопакетов.

Истина— в стекле

Для производства стеклопакетов используют флоат-стекло— Optifloat (Pilkington), Planibel Clear (Glaverbel, Бельгия) идр. Продукция получила свое название благодаря технологии, впервые внедренной компанией Pilkington. Вкратце ее можно описать следующим образом. Из плавильной печи стеклянную ленту вытягивают на поверхность ванны, наполненной расплавленным оловом. Результат— стекло с превосходными оптическими характеристиками (в частности, светопрозрачность более 90%), практически не нуждающееся в последующей обработке.

В строительстве применяют стекла толщиной 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12мм. Максимальные габариты листов— 63м (джамбо-листы). Флоат-стекло служит базовым материалом для изготовления специальных видов стекол и стеклоизделий (бесцветных, безбликовых, энергосберегающих, солнцезащитных, ударопрочных, пожароустойчивых, шумопоглощающих ит.д.). Комбинирование различных стекол в составе стеклопакета позволяет создавать светопрозрачные элементы с предварительно заданными свойствами.

Ловушки для тепла

Окна обычно пропускают до 40% внутреннего тепла здания. Тому есть много разных причин: несовершенство оконной конструкции (рам, створок), дефекты монтажа, высокая теплопроводность стекла ит.д. Во второй половине XXв. ситуация стала стремительно изменяться к лучшему. Разработаны технологии, позволяющие производить теплосберегающие профили для производства оконных блоков. Одинарное остекление заменили герметичные стеклопакеты. Повышения энергоэффективности последних достигают различными способами. Можно увеличивать ширину воздушных камер и их количество. Этот путь имеет технические и технологические ограничения (надо усиливать раму и фурнитуру). Еще один прием— заполнение камер инертными газами (аргоном, криптоном, ксеноном). Сопротивление изделий теплопередаче изменяется ненамного, зато звукоизоляционная способность стеклопакета повышается в 2-3 раза. Для таких окон дистанционные рамки не собирают из отрезков профиля, а изгибают, в результате чего образуется всего один стык. Таким образом, уменьшается количество микроотверстий, через которые выходят молекулы инертных газов или внутрь попадают пары воды.

Радикально улучшает свойства СП вакуумная среда в камерах. Ведь она исключает передачу тепла конвекцией воздуха и препятствует прохождению шума, да и сам пакет «худеет». Проблема только в том, чтобы не позволить стеклам пакета прогнуться внутрь под давлением наружного воздуха. Здесь у производителей свои секреты. Так, специалисты фирмы «Спецокна» (Россия) между листами располагают (с шагом 20мм) множество малюсеньких керамических прокладок (диаметром 0,4мм и толщиной 0,1мм). Снаружи они практически не видны. По периметру камеры герметизируют стеклоприпоем и откачивают воздух до давления 510^-3мм рт. ст. Витоге нет прогиба даже тонких стекол (всего 2мм); теплопотери уменьшаются по крайней мере в 1,5 раза; звукоизоляция в 10-15 раз выше, чем у воздушных; не возникает проблем с краевыми мостиками холода. Подобные стеклопакеты выпускают размерами 1900700 и 1300900мм.

Однако основной способ повышения теплотехнических показателей на сегодня— это применение низкоэмиссионных теплосберегающих стекол. Научно доказано, что основная доля теплопотерь приходится на радиационную (излучательную) составляющую тепловой энергии. Следовательно, чтобы сохранить тепло, его нужно отразить обратно внутрь помещения. Задачу решает низкоэмиссионная теплосберегающая продукция двух типов: К- и И-стекло (или E-low-стекло). Первое производят пиролитическим методом: ленту покрывают тонким металлизированным слоем в процессе выхода из печи плавления. Это так называемое «твердое» покрытие, состоящее в основном из соединений олова. Оно обладает высокой стойкостью к атмосферным и механическим воздействиям (можно использовать для одинарного остекления), отлично выдерживает высокие температуры (легко переносит закалку). Однако его теплоотражающей способности недостаточно для выполнения действующих норм по теплосбережению. К-стекло в пакете обычно ставят наружным.

«Мягкое» E-low-покрытие наносят на уже готовое стекло методом магнитронного напыления. Вусловиях глубокого вакуума на стеклянную поверхность напыляют несколько слоев редкоземельных металлов. «Мягкое» напыление требует бережного отношения. Стекла с E-low-покрытием монтируют в пакете так, чтобы теплоотражающая пленка была обращена внутрь камеры. По энергосбережению И-стекло многократно превосходит материал с «твердым» покрытием (правда, и стоимость такой продукции существенно выше). Приведенное сопротивление теплопередаче однокамерных стеклопакетов, укомплектованных листами с «мягким» напылением, достигает 0,62м²С/Вт (при заполнении камеры инертными газами— 0,68-0,7м²С/Вт). При этом по СНиПу II-3-79* для окон жилых помещений этот показатель не должен быть ниже 0,45-0,55м²С/Вт (МГСН, действующие на территории Московского региона, требуют не менее 0,55м²С/Вт).

Применение прогрессивных низкоэмиссионных стекол позволяет в 4 раза сократить потери за счет излучения тепла. Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что стеклопакет— лишь одна из составляющих комплексной оконной системы. Другими словами, если профиль, из которого сделана рама, будет недостаточно теплым или монтажный шов (стык оконного блока со стенами проема) выполнен без соблюдения технологических требований, даже идеальный стеклопакет не спасет помещение от холода.

Прохлада в знойный день

Использование низкоэмиссионных стекол вызывает другую проблему— перегрев внутреннего пространства здания (в особенности ориентированного на юг). Тепло, привнесенное внутрь помещения, оказывается «заперто» теплоотражающим напыленным покрытием. Врезультате возникает парниковый эффект, при котором температура может вырасти до 70 С.

Снизить градус внутренней атмосферы можно за счет различных затеняющих средств: рольставней, маркиз, маркизет ит.д. Однако в этом случае неизбежно снижение светопрозрачности оконного заполнения. Скажем, в случае применения маркизет (рольштор из особого сетчатого материала) этот показатель снижается почти на 70%.

Другой вариант— тонированные в массе теплопоглощающие стекла: Arctic Blue (Pilkington), Planibel Coloured (Glaverbel), Parsol (Saint-Gobain Glass) идр. Окрашивают их путем введения в расплав оксидов металлов. Стекло приобретает не только цвет (голубой, серый, зеленый, бронзовый, розовый), но и особые энергетические и оптические свойства. Так, доля поглощения солнечного тепла составляет 23-51%. При этом для тонированного стекла характерен низкий уровень отражения, то есть такие изделия почти не бликуют. Это положительно сказывается на зрительном восприятии зданий с панорамным и фасадным остеклением. Добавим, что тонированным стеклам свойствен низкий уровень пропускания ультрафиолетового излучения. Кстати, тепловое излучение, которое в конечном итоге рассеивается во внешнюю среду, можно использовать. Существуют солнечные коллекторы на базе стеклопакетов.

Вместе с тем применение цветных стекол имеет как объективные (например, стилистические), так и субъективные (вкусовые предпочтения хозяев) ограничения. Не случайно широкое распространение получили нейтральные солнцезащитные стекла. Вделе контроля солнечного излучения отлично зарекомендовала себя продукция с «твердым» пиролитическим покрытием: Stopsol (Glaverbel), Antelio (Saint-Gobain Glass) идр. Ктому же существуют стекла, сочетающие отражающие и энергосберегающие функции,— Sunergy (Glaverbel). Правда, подобные изделия рекомендуется комбинировать с низкоэмиссионными И-стеклами.

Хороший эффект обеспечивают многофункциональные стекла с высокоселективным «мягким» напылением— линия продуктов Stopray (Glaverbel). При высоком уровне теплосбережения они полностью исключают перегрев помещений. Добавим, что высокоселективную продукцию выпускают также на основе тонированного стекла. Следует отметить и рефлективные стекла— SanGuard, Reflectasol, Cool-Lite (Saint-Gobain Glass) идр., на внешнюю или внутреннюю поверхность которых нанесен зеркальный слой. Вэтом случае остекление не только защищает внутреннее пространство от солнца, но и ограждает его от любопытных взглядов в условиях плотной городской застройки.

Безопасное остекление

Хрупкость— едва ли не самый серьезный недостаток стекла. При ударе стеклянные полотна превращаются в разнокалиберные осколки, способные причинить непоправимый вред здоровью человека. Упрочнением озаботились еще древние стекольщики. Для повышения ударной прочности в состав сырьевой массы (шихты) вводили оксид магния. Вначале XXв. разработали технологию термического предварительного напряжения стекла (по аналогии с закалкой металла). Материал сначала разогревают до температуры 600 С, а затем быстро охлаждают. При этом сжатые наружные слои охватывают внутреннюю растянутую прослойку. Внаши дни подобного эффекта достигают химическими средствами, с помощью ионного обмена. Закалка повышает ударную прочность стекла в 6 раз, а термическую— в 3 раза. При разрушении образуются мелкие и довольно безобидные осколки.

В наибольшей степени закалка нужна стеклам, подвергающимся неравномерному нагреву. Скажем, тонированные изделия в солнечный день на свету и в тени поглощают различное количество тепла, что вызывает существенные внутренние напряжения материала. Без упрочнения подобному остеклению грозит неминуемое разрушение (термошок). Между тем у закаленной продукции есть и свои минусы. Такие стекла нельзя обрабатывать (резать, сверлить ит.д.). Все механические операции должны быть выполнены до закалки. Ктому же закаленным стеклоизделиям свойственно спонтанное саморазрушение, вызываемое остаточными напряжениями. Не стоит забывать и о разлетающихся мелких осколках, которые могут стать причиной крупных неприятностей.

Безосколочный характер разрушения и высокие прочностные показатели присущи многослойным и ламинированным стеклам (триплексам, полиплексам). Триплекс состоит из двух стекол, соединенных с помощью поливинилбутиральной пленки и подвергнутых автоклавной обработке (температура— 140-160 С, давление— 12 атм). Также стекла для триплекса заливают полимерной смолой, затвердевающей под воздействием УФ-лучей. Правда, такая продукция считается менее долговечной по сравнению с изделиями с пленочным соединением.

В триплексы можно объединять стекла специального назначения: энергоэффективные, художественные (рифленые, узорчатые идр.), солнцеотражающие, тонированные ит.д. Врезультате получают композиции с универсальными свойствами. Внутренняя прослойка также претерпевает изменения. Производят стекла с регулируемой прозрачностью (электрохромные— при подаче низкого напряжения; фотохромные— под действием УФ-лучей).

Многослойную структуру имеют и пуленепробиваемые стекла. Безопасный стеклопакет представляет собой симбиоз закаленного стекла и триплекса. Изначально первое размещали со стороны улицы, а второй— со стороны помещения. Однако такой порядок таит в себе реальную угрозу здоровью прохожих. Осколки закаленного стекла могут нанести серьезные ранения. Сизобретением селективных стекол появилась возможность «переворачивать» стеклопакет, то есть устанавливать триплекс снаружи. Взданиях с фасадным остеклением эти изделия имеют дополнительное преимущество: почти полное отсутствие оптических искажений.

Рецепт чистоты

Мытье окон— утомительное, трудоемкое, а в многоэтажных домах еще и весьма опасное занятие.

Не так давно компания Pilkington предложила оригинальное и эффективное решение этой проблемы. На рынке появилось самоочищающееся стекло Pilkington Activ. Материал имеет особое пиролитическое покрытие двойного действия. Оно выполняет функцию катализатора реакции разложения органических загрязнений под действием солнца. Ктому же активный слой придает стеклу гидрофильные свойства. Продукты распада и минеральную грязь (пыль ит.д.) отлично смывает дождевая вода без образования потеков, разводов и пятен. Процесс самоочищения происходит при дневном свете (независимо от погоды). Гид-рофильная опция работает круглосуточно. Взасушливое лето выручит «дедовский» способ: мыльная вода и тряпочка.

Самоочищающееся стекло комбинируют с другими видами стеклянной продукции: энергосберегающими, светоотражающими и прочими стеклами.

Основные характеристики стеклопакетов

Редакция благодарит компании СТиС, «Изолюкс», «Декенинк Рус», «Окна Хоббит», «Евроокна», «Спецокна», «Пилкингтон Гласс», KBE, Polonia, Rehau, Schco, Velux за помощь в подготовке материала.