Основные виды стекол, используемых в строительстве
Стекло является одним из главных материалов, применяемых в строительстве. К его достоинствам хочется отнести: высокую прозрачность, не меняющуюся с течением времени; химическую инертность, позволяющую применять различные чистящие средства; не менее высокую стойкость к абразивным воздействиям, дающую возможность стеклянным поверхностям сохранять безупречный внешний вид практически неограниченное время. Немаловажным качеством стекла, при использовании в крупных общественных зданиях и сооружениях, является также и его стойкость к возгоранию - стекло не горит и не выделяет ядовитых газов при нагревании.
Основными компонентами, образующими стекло, являются кварцевый песок (69-74 %); сода (12-16 %); известняк и доломит (5-12 %) и в небольших процентных соотношениях некоторые другие компоненты. Помимо основных сырьевых составляющих используются также различные добавки, например, для окрашивания стекла в желаемый цвет или для изменения других свойств стекла.
Для получения листового стекла в основном применяется флоат-метод. При этом процессе стекло поступает из печи плавления в виде плоской ленты, а затем через ванну с расплавленным оловом идет на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода, по сравнению с другими, являются стабильная толщина стекла; высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей полировки; отсутствие оптических дефектов; высокая производительность.
Ассортимент производимого сегодня стекла очень велик Для того чтобы сориентироваться в этом многообразии и сделать правильный выбор, необходимо четко представлять, в каких условиях будет эксплуатироваться то или иное стекло.
Выбор стекла должен определяться не только эстетическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим воздействием. Чтобы грамотно использовать современные виды строительного стекла, необходимо знать, что такое солнечное излучение. К основным составляющим солнечного излучения относятся: ультрафиолетовые лучи; видимый свет; короткие волны; длинные волны.
Световые лучи частично отражаются стеклом, частично поглощаются и частично попадают внутрь помещения. Коэффициент светопропускания стекла - от 88 % (для обычного полированного стекла) до 19% (специального).
Прямая солнечная энергия (короткие волны) - это невидимая часть спектра, она также частично отражается стеклом (особенно темным, окрашенным), а часть ее проходит внутрь помещения. Косвенная солнечная энергия (длинные волны) передается тремя путями: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение из них 2/3 потери тепла через стекло происходит за счет теплового излучения и 1/3 за счет теплопроводности и конвекции.
В последнее время в массе выпускаемого материала значительно возрастает доля функционального (с особыми свойствами) и декоративного стекла. Связано это с тем, что обычное стекло не отвечает современным требованиям по теплосбережению, механической прочности, спектральному диапазону пропускаемого излучения и т.д
Придавая стеклу определенные свойства (создавая различные типы стекол), можно влиять на проникновение в помещение того или иного вида световой энергии.
Теплосберегающие стекла
В силу климатических особенностей России теплоизоляция является наиболее важной деталью при больших поверхностях остекления. Для уменьшения теплопотерь разработаны энергосберегающие стекла с селективными оптическими свойствами, которые в значительной степени отражают энергию длинноволнового инфракрасного диапазона. Эти свойства придают стеклу некоторые полупрозрачные металлические и окиснометаллические покрытия. Они обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения. В настоящее время во всем мире для этих целей используются два типа покрытий: К-стекло - "твердое" покрытие и i-стекло - "мягкое" покрытие.
Первым шагом в выпуске энергосберегающего стекла явилось производство К-стекла. Для придания стеклу теплосберегающих свойств при его изготовлении на поверхность методом химической реакции при высокой температуре (метод пиролиза) наносится тонкий слой из окислов металлов, который является прозрачным и в то же время обладает электропроводностью.
Такое теплозащитное стекло устанавливается во внутреннем ряду остекления и обращено покрытием в межстекольное пространство; наружным стеклом может быть обычное или солнцезащитное. При использовании теплозащитного стекла сопротивление теплопередаче конструкции остекления возрастает приблизительно на 40%. Температура внутренней поверхности остекления с теплозащитным стеклом в зимний период в среднем на 5-6°С выше, чем у обычного остекления. Благодаря этому уменьшается интенсивность "холодного" излучения поверхностей светопроемов в сторону помещения и повышается тепловой комфорт зон, располагаемых у окон. Кроме того, исключается возможность появления конденсата на поверхности остекления.
Следующим значительным шагом в производстве теплосберегающих стекол стал выпуск так называемого i-стекла, которое по своим свойствам в 1,5 раза превосходит К-стекло. Различие между ними заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии получения. i-стекло производится вакуумным напылением и представляет собой трехслойную (или более) структуру из чередующихся слоев диэлектрика.
Такие стекла применяются, в основном, в составе стеклопакетов, теплосберегающие свойства которых во многом определяются параметрами стекла.
Солнцезащитные стекла
Следующий вопрос, который может возникнуть при организации светопроемов большой площади, - значительный перегрев помещений. Для устранения этого отрицательного явления применяется солнцезащитное остекление, в котором используются теплопоглощающие и теплоотражающие стекла. Под "солнцезащитным" понимается стекло, которое обладает способностью снижать пропускание световой и солнечной тепловой энергии. Солнцезащитными являются, например, окрашенные во всей массе стекла, а также некоторые виды стекол с покрытиями. Как видно из самих названий этих стекол, одни из них поглощают, а другие отражают значительную часть инфракрасных солнечных лучей.
Теплопоглощающие солнцезащитные стекла изготавливаются путем нанесения на расплавленную стекольную массу либо кристаллов металлов, либо окислов металлов, которые обладают способностью поглощать часть солнечного излучения. В процессе его поглощения стекла нагреваются и излучают большую часть полученного ими тепла в наружное пространство.
Теплопоглощающее стекло следует всегда устанавливать в наружном ряду двойного остекления, так как во время инсоляции оно сильно нагревается. Его температура может превышать температуру наружного воздуха на 20-40°С в зависимости от интенсивности окраски, состава стекол и интенсивности солнечной радиации, наличия ветра.
Солнцезащитные стекла с отражающими покрытиями получают нанесением металлических полупрозрачных пленок на стекло. Зеркальные пленки могут быть бесцветными и цветными, что расширяет ассортимент стекла. Полностью отражающие поверхности прозрачных стекол получают путем последовательного нанесения покрытия на поверхность стекла. Как правило, количество покрывающих слоев пять, из которых четыре - это слои окислов металлов, а работающий слой - серебряный. Серебро обладает способностью пропускать видимый свет, как и обычное стекло. В случае, когда длина волны больше 0,76 мкм, серебро почти полностью отражает все излучение. Кроме того, такие стекла обладают и хорошей теплоизолирующей способностью.
Используются эти стекла в солнцезащитном остеклении окон, дверей, фасадов, производстве стеклопакетов, ламинированных и закаленных стекол для снижения затрат на кондиционирование в летний период и конфиденциальность помещений. Но иногда возникает обратная функциональная необходимость - в стекле, пропускающем ультрафиолетовые лучи.
Закаленное стекло
Существенным недостатком обыкновенного стекла является его хрупкость при воздействии ударных, термических и ветровых нагрузок. Острые грани осколков, возникающих при разрушении, создают угрозу для физической безопасности людей. Одним из способов избежать этого при остеклении куполов, световых фонарей, высотных фасадов является использование закаленного стекла.
Закаленным называется стекло, прошедшее обработку путем нагревания в специальной печи до температуры перехода в пластичное состояние, с последующим быстрым воздушным охлаждением. Возникающее при этом в стекле перераспределение напряжений растяжения и сжатия резко изменяет его первоначальные свойства.
Свойства закаленного стекла известны давно, однако, широкое распространение как материал для строительства оно получило только в последние годы. Возможно, дело в том, что по-настоящему качественное закаленное стекло делают немногие. В России традиционно ведущий изготовитель такого стекла - Борский стекольный завод, его продукция гарантирует высокую марку качества.
Увиолевое стекло
При строительстве больниц, яслей, детских садов, школ и зданий оздоровительного назначения особое значение приобретает использование природного ультрафиолетового излучения. Поэтому в особо редких случаях используется так называемое увиолевое стекло. Увиолевое стекло пропускает биологически активные ультрафиолетовые лучи длиной 280-380 нм. Способность увиолевых стекол пропускать лучи ультрафиолетовой области спектра определяется их химическим составом (силикатные, боросиликатные и фосфатные).
Ламинированное стекло (триплекс)
Это архитектурное стекло, состоящее из двух или более стекол, скрепленных вместе с помощью пленки или специальной жидкости. В его состав могут входить солнцезащитные, обычные, закаленные, теплозащитные, пожаростойкие стекла.
Триплекс препятствует насильственному вторжению, снижает опасность от разлетающихся осколков или падающего стекла (стекло разбивается, но остается в раме), обеспечивает звукоизоляцию (многослойное стекло эффективно снижает воздействие шумов) и т. д.
Ламинирование не увеличивает механическую прочность стекла, однако при разрушении такое стекло остается "целым" благодаря пленке, т. е. осколки остаются прикрепленными к ней. Разными видами ламинирующих пленок можно обеспечить практически любое тонирование стекла. Эти стекла применяются при остеклении фасадов, балконов, окон, ограждений.