Світлові і теплові характеристики скла
Щоб грамотно використовувати сучасні види будівельного скла, необхідно знати, що таке сонячне випромінювання.
Сонячне випромінювання являє собою частину електромагнітного випромінювання.
Довжину хвилі сонячного спектра прийнято вимірювати в нанометрах (1 Нм = 0,000000001 м).
У свою чергу сонячний спектр поділяється на три діапазони: ультрафіолетовий (UV), видимий і інфрачервоний. До нього впритул примикає діапазон так званої теплової енергії.
Це випромінювання становить близько 3% сонячного спектра і несе фактичну відповідальність за те, що шпалери, гардини, текстиль і фарби вицвітають на сонці, папір жовтіє, декоративна поверхня меблів втрачає свою структуру.
Підрозділяється на смуги UV-A, UV-B і UV-C, що відрізняються ступенем свого негативного впливу на людину. Якщо смуга UV-C відповідає лише за легкий загар шкіри, то UV-B і жорстке UV-A-випромінювання призводять до серйозних неприємностей для людей, чутливих до сонячної радіації (аж до раку шкіри при надмірно тривалому перебуванні на сонці).
Дослідження показали, що звичайне скло не пропускає ультрафіолетове випромінювання сонця в діапазоні УФB - (280-320) нм, а випромінювання в діапазоні УФС - (200-280) нм не досягає поверхні Землі. Скло пропускає тільки невелику частину близького до фіолетової частини спектра «корисного» ультрафіолетового випромінювання (УФА)
Відомий діапазон (380-780 нм)
Це єдина частина сонячного спектра, що сприймається очима людини. Слід звернути увагу на те, що інтенсивність сонця в цій частині найбільш висока і що вона домінує в зелених довжинах хвиль - найбільш часто зустрічається колір на Землі. Видима енергія становить близько 44% всієї сонячної енергії.
Видиме світло несе основну частину інформації для людини, тому вкрай важливо при використанні різних засобів сонцезахисту зберігати його з мінімальними спотвореннями і втратами.
Інфрачервоний діапазон (700-2400 нм)
Це частина загального теплового діапазону. Людина його не бачить, але тепло відчуває. На цей діапазон припадає 53% сонячної енергії. Приємне взимку тепло Сонця, перетворюється в виснажливу спеку в літній час. І врятуватися від неї вкрай складно, оскільки основна енергія Сонця переноситься спрямованим потоком короткохвильового інфрачервоного випромінювання, яке практично без втрат проникає через скло, жалюзі і штори.
Інфрачервоний діапазон сонячної енергії безпосередньо межує з інфрачервоним випромінюванням від інших джерел тепла (2400 нм - 10000 нм).
Тепловий діапазон (700-10000 нм)
Теплове випромінювання або радіаційний - передача енергії від одних тіл до інших у вигляді електромагнітних хвиль за рахунок їх теплової енергії. Теплове випромінювання в основному доводиться на інфрачервоний ділянку спектра від 0,74 мкм до 1000 мкм. Відмінною особливістю променистого теплообміну є те, що він може здійснюватися між тілами, що знаходяться не тільки в якому-небудь середовищі, а й вакуумі.
Тепло виробляється не тільки сонцем, але і побутовими опалювальними приладами: піч, електрообігрівач, батарея парового опалення і т.д. Теплова енергія поглинається стінами, меблями і повертається назад в приміщення. Основне місце безповоротної втрати теплової енергії в холодну пору року - це вікна. Навіть при добре ущільнених рамах до 40% тепла йде через скло, тому що воно пропускає інфрачервоне випромінювання обігрівачів назовні взимку, також як і надлишкову енергію сонця всередину приміщення влітку.
Світлові і теплові характеристики скла
"Теплове дзеркало", Low E скло (від англійських слів Low Emissivity- низький коефіцієнт випромінювання), нізкоеміссионноє, енергозберігаюче скло - різні назви одного й того ж типу скла. Таке скло не пропускає ультрафіолетові промені і виключають вигоряння портьєр і драпірування на меблях.
- Low E скло, що відображає тепло в далекій інфрачервоній області випромінювання;
- Low E скло, що відображає тепло в ближній інфрачервоній області.
Іншими словами, перший тип скла відображає тепло випромінюється тілами з температурою до 100 ° С - його можна назвати теплоотражающим ( «до» і «і»-скло, мультифункціональні скла), а другий - випромінювання від сонця, температура якого дорівнює 6000 ° С - сонцезахисний скло (тоновані, рефлективні, багатофункціональні).
При нанесенні на одну зі сторін скла тонкого, майже непомітного для ока, шару срібла збільшується відображення скла в бік більшої температури. У видимій частині спектру, таке, тепер уже теплозберігаюче скло (або Low E скло) буде вести себе, як і звичайне скло - пропускаючи видиме світло. У далекій інфрачервоній області спектра, металеве покриття діє як дзеркало, відображає тепло. Тому, іноді Low E скла називають «тепловими дзеркалами»
Перший тип Low E скла - це прозоре скло, що не відрізняється за зовнішнім виглядом від звичайного скла. Другий тип Low E скла має колір і дзеркальний відтінок.
Перше встановлюється в склопакет для збереження тепла в будинку взимку, а друге - для прохолоди влітку. Ви вибираєте те, що вам найбільше необхідно. Встановіть в склопакет тепловідбивне і сонцезахисний скло, і ви збережете взимку тепло, а влітку - прохолоду.
Прозоре скло забезпечує високий ступінь пропускання сонячного світла і тепла - 89% і 86% відповідно. Це означає, що в приміщення, де в вікно вставлено прозоре скло, буде світло і дуже жарко влітку.
Вікно з прозорим Low E пропускає до 75% сонячного світла, як і звичайне вікно.
Сонцезахисний Low E пропускає від 20% до 60% сонячного світла.
Сонцезахисними називаються скла, що володіють більш низьким у порівнянні зі звичайним віконним склом пропусканням інфрачервоних променів і зберігають при цьому досить високу пропускання видимого світла.
Солнцеотражающіе покриття ділять на дві основні групи, що характеризують відображення сонячної енергії.
Неселективні покриття відбивають сонячну радіацію в усьому спектрі сонячного випромінювання, включаючи видиме світло - теплопоглинальні (тоновані, пофарбовані в масі).
Теплопоглинальні скла набувають сонцезахисні властивості за рахунок більш інтенсивного поглинання інфрачервоних променів, в порівнянні зі звичайним склом. Вони пропускають не менше 65-80% видимих і не більше 40-70% інфрачервоних променів (в залежності від товщини і кольору скла).
Особливим видом теплопоглинальних стекол є фотохромні скла (їх часто називають «хамелеонами»). Вони автоматично регулюють теплопоступления в приміщення: під дією сонячних променів вони темніють, а при зменшенні опромінення прозорість стекол відновлюється. Такі скла отримують на основі натріевобороалюмосілікатного скла шляхом введення добавок срібла, цезію або европия.
Селективні покриття пропускають видиме світло (λ = 0,38-0,78 мкм) і відображають ІК випромінювання з довжиною хвилі λ = 0,78 мкм - теплоотражающие (з окисно-металевим покриттям). Це покриття здійснюється або напиленням, або наклеюванням спеціальних сонцезахисних плівок. Як речовин, які надають склу сонцезахисні властивості, використовуються окису олова, кобальту, заліза, міді, нікелю, алюмінію, золота, срібла та інших металів. Такі скла, як правило, застосовуються в двохскляні конструкціях, де друге скло - звичайне.
Теплоотражающие скла посилено відображають інфрачервоні промені (від 50 до 80%), при цьому пропускаючи до 70% видимого світла.
Теплоотражающие скла при опроміненні сонячним світлом нагріваються менше, ніж теплопоглинальні. Останнім часом теплоотражающие скла все більше витісняють в будівництві теплопоглинальні скла.
Пов'язано це з тим, що охолодження, на відміну від централізованого опалення, вимагає великих енергетичних витрат.
Сонцезахисний скління дорожче скління з прозорим і низькоемісійним склом, але ці додаткові витрати компенсуються протягом одного-трьох сезонів експлуатації за рахунок скорочення вартості витрат на кондиціонування.
З наведених даних за різними типами скла можна зробити наступні висновки:
- Прозорі скла однаково добре пропускають видиму і інфрачервону частину спектру сонячного випромінювання. Зі збільшенням товщини скла незначно змінюється проходження світла у видимій частині сонячного випромінювання, але значно збільшується поглинання склом тепла, т. Е. Чим товще скло, тим більше воно нагрівається влітку.
- Кольорове в масі скло (тоноване) зменшує сумарне проникнення сонячного тепла всередину приміщення, але при цьому, збільшуються теплові навантаження на скло. В цьому випадку необхідно ретельно підходити до конструкції скління, так як теплові перевантаження в склі можуть привести до зростання мікротріщин, що утворюються на кромці скла при його різанні. Для усунення можливого утворення тріщин необхідно обробляти кромку кольорового скла. Одна з вимог до кольорового скла, що застосовується при склінні фасадів, скло повинне бути загартованим.
- Застосування покриттів на склі (рефлективні скла) дозволяє знизити рівень надходить всередину приміщення енергії без перегріву скла, так як покриття наноситься на прозоре скло. Якщо напилення наноситься на кольорове скло, то це не усуває теплових перевантажень на скло, хоча рівень теплопередачі через скло знижується. У цьому випадку положення покриття є надзвичайно важливим, тому що саме положення покриття визначає не тільки забарвлення (тон) скла, але також і його теплову характеристику. Скло повинно бути загартованим, тому що поглинання енергії склом в значній мірі збільшується.
- Колір скла або сонцезахисний напилення на скло не змінюють здатність скла пропускати далеке інфрачервоне випромінювання, тобто не впливають на тепловий опір скла.
Таким чином, в холодних кліматичних зонах, коли до 80% витрат йде на обігрів приміщення, необхідно застосовувати покриття затримують відхід з приміщення довгохвильового інфрачервоного випромінювання, але добре пропускає в приміщення ближнє інфрачервоне випромінювання. В цьому випадку, сонячне тепло буде безперешкодно потрапляти в приміщення і додатково нагрівати його, але піти з приміщення воно вже не зможе.
У жарких кліматичних зонах, коли температура всередині приміщення нижче температури зовні, енергозберігаюче скло повинне забезпечувати захист від проникнення в приміщення як ближніх, так і далеких інфрачервоних випромінювань. Тоді, сонячне тепло буде відбиватися від скла назовні, зменшуючи навантаження на системи охолодження. Кращі результати досягаються при застосуванні дзеркально відображає скла. Застосування кольорового скла, пофарбованого в своїй масі, знижує навантаження на систему охолодження, але збільшує теплові перевантаження всередині скла, так як ефект захисту від сонячного випромінювання досягається поглинанням тепла склом.
У змішаних кліматичних зонах перевага віддається енергозберігаючим стеклам, добре затримують довгохвильове інфрачервоне випромінювання, але пропускають меншу частку ближнього інфрачервоного випромінювання. Це досягається нанесенням на скло декількох захисних шарів металу зі зменшенням прозорості скла і придбання покриттям кольору.