У сучасних вікнах і фасадних системах светопрозрачная частина, як правило, заповнюється склопакетами. Склопакет являє собою два або більше листових стекол, склеєних між собою по периметру і створюючих одне або кілька граматичних просторів (камер) між стеклами.
Завдяки герметичності камер значно поліпшуються експлуатаційні властивості склопакетів в порівнянні з листовими стеклами. Склопакети виконують основні функції, покладені на вікна: пропустити в приміщення сонячне світло і здійснити візуальну зв'язок із зовнішнім світом. До допоміжних функцій відносяться зменшення тепловтрат через отвори, захист від шуму і вітру. Якщо при виготовленні склопакетів використовується якісне скло, то перші дві функції зазвичай виконуються. З іншими функціями, і особливо зі зменшенням тепловтрат, часто виникають проблеми. Перш ніж відповісти на питання, як вирішити ці проблеми, необхідно розглянути конструкції склопакетів і ті фізичні явища, які сприяють виконанню зазначених функцій.
Минуло майже 200 років з того часу, коли був зареєстрований перший патент на склопакет. За цей час його конструкція і технологія виготовлення значно змінилися. З'явилися різні типи склопакетів із застосуванням нових матеріалів. Однак широке застосування їх в світлопрозорих конструкціях необхідно віднести до початку 70-х років нашого століття. На російському ринку склопакети з'явилися в кінці 80-х років. Широкому впровадженню їх в Росії сприяло введення ГОСТ 24866-89 "Склопакети клеєні будівельного призначення. Технічні умови". В даний час затверджений новий ГОСТ 24866-99 "Склопакети клеєні будівельного призначення. Технічні умови".
Новий стандарт передбачає поділ склопакетів на види залежно від їх призначення:
• загально-будівельного призначення (склопакет виготовляють з листового скла за ГОСТ 111);
• ударостійкі (з використанням багатошарових захисних стекол, стекол з захисними плівками або загартованих стекол);
• енергозберігаючі (з використанням енергозберігаючого скла);
• сонцезахисні (з використанням сонцезахисних стекол);
• морозостійкі (склопакети, призначені для використання в кліматичних умовах до -60 ° С);
• шумозахисні (склопакети, призначені для зниження рівня шуму).
Для позначення типів склопакетів застосовується спеціальне маркування, по якій можна визначити товщину стекол, кількість камер, яким газом вони заповнені, наявність енергозберігаючих факторів. Наприклад, маркування 4К-18 Ar-4 позначає, що перше К-скло має товщину 4 мм, одна камера з рамкою 18 мм, заповнена аргоном (Ar), друге - просте скло товщиною 4 мм. Двокамерні склопакети мають позначення 4-8-4-10-4.
Залежно від призначення склопакети мають свої характеристики, необхідні для їх області застосування.
Технологія виготовлення склопакетів пройшла в основному три стадії свого вдосконалення:
• виготовлення склопакетів на основі силіконового герметика;
• виготовлення склопакетів по одностадійної технології на основі низькомодульної бутилових герметиків;
• виготовлення склопакетів по двостадійна методу герметизації на основі високомодульних полісульфідних герметиків (бутил + тіокол).
Новий стандарт передбачає виготовлення склопакетів тільки по двостадійна способу, який дозволяє використовувати склопакети при температурах експлуатації від -50 до +50 оС. Інші способи виробництва в стандарті не розглядаються через велику кількість браку і невідповідності умов експлуатації в нашій країні.
Склопакети можуть бути однокамерні, двокамерні і багатокамерні.
Конструктивно склопакети складаються з листових стекол 1 (рис. 1), газонаповнених камер 2, рамок посередника 3, осушувача 4, першого герметизуючого шару 5 і другого герметизуючого шару 6.
Мал. 1. Конструкція склопакетів:
а - однокамерного; б - двокамерного; в, г - глибина першої і другої камер.
Середник застосовується для організації простору між стеклами. Виготовляється він найчастіше з алюмінію, але бувають середники сталеві або з пластмаси. Порожня частина посередника заповнюється спеціальним осушувачем, який поглинає вологу з камер.
Для виготовлення склопакетів годяться практично будь-які скла. Але найчастіше використовуються скла М1, М2, загартовані, багатошарові і спеціальні. У шумозахисних склопакетах використовуються спеціальні заходи для гасіння шуму в певних діапазонах частот. Види стекол в склопакетах і їх товщина приймаються в залежності від призначення світло-прозорих конструкцій, умов експлуатації та забезпечення сприйняття механічних навантажень від снігу (для зенітних ліхтарів), вітру і температурних впливів. Сучасна технологія виробництва скла дозволяє виготовляти їх великою площею (10 м2 і більше), тому стає актуальною проблема забезпечення безпеки при експлуатації, пов'язаної з їх міцністю. На жаль, у нас в даний час відсутня методика розрахунку на міцність склопакетів з урахуванням особливостей роботи скла на механічні навантаження.
Розмір стулки по висоті (мм)
Значення товщини стекол, наведені в таблиці 1, прийняті виходячи з максимального значення напруги в склі, що виникає під дією вітрового навантаження, - 15 МПа. При проектуванні і виготовленні склопакетів необхідно враховувати фактичну величину розрахункового опору використовуваного скла.
Значення у таблиці 1, не поширюються на одинарні віконні блоки для скління балконів і лоджій, вимоги до яких слід встановлювати в технічних умовах на конкретні конструкції виробів.
У Самарській області вироби по вітровому навантаженню відносяться до 3 класу.
Теплотехнічні властивості склопакетів залежать від товщини стекол, кількості камер, від того, яким газом заповнені камери, і від спеціальних енергозберігаючих заходів. У російських нормативних документах теплотехнічні властивості характеризуються опором теплопередачі R0 (м2 К / Вт або м2 оС / Вт), яке відповідає різниці температур внутрішнього і зовнішнього повітря, віднесеної до щільності теплового потоку, що проходить через одиницю площі конструкції. Фактична величина опору теплопередачі склопакетів повинна бути не нижче необхідної R0тр.ст, яка, в свою чергу, залежить від приведеного опору теплопередачі вікна в цілому і від опору теплопередачі матеріалу рами. Для Самарської області при розрахунковій температурі -30 ° С згідно ТСН 12-308-97 СО необхідну приведений опір теплопередачі для вікон становить R0пр = 0,53 м2 К / Вт. Приведений опір теплопередачі віконного блоку залежить від теплотехнічних характеристик і геометричних розмірів рами, стулок і склопакетів.
де:
R0ст - приведений опір теплопередачі склопакета, м2 К / Вт;
R0нп - приведений опір теплопередачі непрозорої частини вікна (рама + стулка), м2 К / Вт;
b - відношення площ світлопрозорої частини вікна до непрозорою.
Приведений опір теплопередачі склопакета повинно визначатися з урахуванням впливу распорной рамки посередників і геометрії склопакетів або за результатами випробувань.
Опір теплопередачі непрозорих елементів вікна (рама + стулки в зборі) приймається за результатами випробувань або за довідковими даними коефіцієнта теплопровідності матеріалу (l).
Однак на наведене опір теплопередачі віконного блоку впливає умова закладення склопакетів в раму. З урахуванням цього фактора ВНДІ будівельної фізики пропонує визначати приведений опір теплопередачі віконного блоку за такою формулою:
де:
Fст - площа світлопрозорої частини, м2;
Fнп - площа непрозорої частини рами, м2;
R0пр.ст, R0пр.нп - наведені опору склопакетів і непрозорої частини рами;
L - периметр склопакетів, м;
- параметр, що враховує умови закладення склопакетів в віконну раму, приймається по таблиці в залежності від величини приведеного опору непрозорої частини (рама + стулка).
Знаючи геометричні розміри віконного блоку, матеріал, з якого буде виготовлений блок, і кліматичний район, в якому буде експлуатуватися віконний блок, за формулою (1) або (2) більш точно можна визначити необхідну приведений опір склопакета. Наприклад, віконний блок буде експлуатуватися в Самарі (необхідну приведений опір R0пр = 0,53 м2 К / Вт), блок двухстулковий буде виготовлений з дерева (сосна, l0 = 0,09 Вт / м К), розмір (для простоти розрахунків) 1500х1200 мм. Підставляючи дані в формулу (2), отримаємо, що склопакет повинен мати приведений опір теплопередачі не менше R0пр.ст = 0,48 м2 К / Вт. Для віконних блоків, рами і стулки яких виготовлені з алюмінієвого профілю з термовставкою, склопакети повинні мати приведений опір теплопередачі не менше R0пр.ст = 0,55 м2 К / Вт, оскільки опір теплопередачі алюмінієвого профілю нижче, ніж сосни. Однак наведені розрахунки справедливі при відсутності тепловтрат в вузлі сполучення віконного блоку зі стіною, що малоймовірно. Для обліку цих втрат необхідно до розрахункового опору теплопередачі додати 0,02 м2 К / Вт.
Фактична величина опору теплопередачі склопакета R0пр.ст може бути визначена теоретично, з використанням комп'ютерних програм, або шляхом теплотехнічних випробувань в кліматичній камері. Вона залежить від теплотехнічних характеристик склопакетів.
Перенесення тепла через світлопрозоре покриття відбувається в основному трьома способами: випромінюванням, теплопередачей і конвекцією. Теплове випромінювання в стеклах частково проникає крізь них, частково відбивається назад, частково поглинається. Втрати тепла через склопакет складають 15% за рахунок тепловіддачі, 15% - за рахунок конвекції і 70% - за рахунок випромінювання.
Зменшити втрати тепла через проміжок (камери) між стеклами можна за рахунок правильного підбору типу газу, яким заповнений цей проміжок. Кращим для заповнення камер є газ, який одночасно має найбільш низьку теплопровідність (високий опір теплопередачі) і питому теплоємність, а також якомога більшу в'язкість. Гази для заповнення камер склопакетів з урахуванням їх властивостей можна розташувати в наступній послідовності: ксенон, криптон, аргон, повітря. За вартістю ці гази розташовуються в зворотному порядку. У шумозахисних склопакетах використовується газ SF6.
Розрахункові величини опору теплопередачі деяких склопакетів наведені в таблиці. Фактичну величину опору теплопередачі можна визначити тільки шляхом випробування склопакетів в кліматичній камері. Такі випробування проводяться в центрі "Самарастройіспитанія".
З огляду на вищевикладене, можна зробити наступні висновки:
тип склопакетів залежить від матеріалу, з якого виготовлена рама і стулки, і від їх розмірів;
в Самарі і Самарської області однокамерні склопакети рекомендується застосовувати за умови, якщо вони виготовлені з скла з тепловідбивним покриттями;
для дерев'яних вікон мінімальна товщина двокамерних склопакетів складає 4-8-4-10-4, заповнених повітрям, або 4-8-4-8-4, заповнених аргоном;
фактичний опір теплопередачі склопакетів повинно підтверджуватися випробуваннями в кліматичній камері;
виробникам склопакетів необхідно застосовувати нові технології по нанесенню на скла нізкоеміссионного покриття методом магнетронного розпилення (i-скло), яке дозволяє знизити втрати на випромінювання більш ніж в 20 разів.
В.ЗУБКОВ,
керівник випробувального центру "Самарастройіспитанія", к.т.н. доцент
кафедри МДК Самарської державної архітектурно-будівельної академії