АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОКОН

АНАЛИЗ ВАКУУМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОКОН

Авторы публикации

Рубрика

Технические науки

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 4 (154), Февраль ‘24

Дата публикации 04.02.2024

Поделиться

В современном строительстве окна играют одну из ключевых ролей в обеспечении комфорта и энергоэффективности зданий. Одним из наиболее важных аспектов при проектировании и выборе окон является вакуумная конструкция, обеспечивающая высокие показатели тепло- и звукоизоляции. В этом контексте анализ вакуумных конструкций окон становится актуальным и важным для понимания их особенностей, преимуществ и недостатков.

Вакуумные окна представляют собой герметичные стеклопакеты, заполненные вакуумом, что обеспечивает отсутствие конвекции и минимальное тепловое расширение. Благодаря этому свойству вакуумные окна обладают превосходными показателями теплозащиты и звукоизоляции, а также высокой стабильностью размеров. Это делает их идеальным выбором для энергоэффективных и звукоизолирующих зданий, таких как офисы, медицинские учреждения, образовательные учреждения и жилые дома.

Стеклопакет - это конструкция из двух или более стекол, герметично соединенных между собой по контуру с помощью дистанционной рамки и герметиков. Внутри стеклопакета находится осушенный воздух или инертный газ, который обеспечивает высокие показатели теплоизоляции и звукоизоляции окна.

https://www.oksis.ru/Pro/Upload/Page/nice_1.png

Рисунок 1.  Строение стеклопакета

Толщина стеклопакета не должна превышать 60 мм и состоятьиз:

1. Двух, трех или более стеклянных полотен, расположенных параллельно друг другу, стандартная толщина которых 4 мм, но может быть и больше (5-6 мм). При объединении полотен на их края наносится герметик.

2. Камер – внутреннего пространства между полотнами, заполненного сухим воздухом или инертным газом. Ширина камер влияет на степень тепло- и звукоизоляции, стандартные показатели варьируются в диапазоне 6 – 16 мм.

3. Пластиковой рамы, объединяющей полотна в одну конструкцию.

4. Дистанционной рейки – металлической или пластиковой, прокладки, заполненной абсорбирующей смесью, впитывающей нежелательную влагу. Рейка также служит регулятором параллельности полотен и ширины камер.

По технологическим особенностям изготовления стекол, их количеству в конструкции, методу заполнения камер, наличию дополнительных покрытий и другим факторам выделяют несколько видов стеклопакетов для пластиковых окон, а соответственно и их характеристик.Вот некоторые из них:

Однокамерный стеклопакет – состоит из двух стекол, между которыми находится воздушная камера. Этот вид стеклопакета обладает хорошей звукоизоляцией и теплоизоляцией, но имеет относительно небольшой вес.

Двухкамерный стеклопакет – имеет три стекла и две воздушные камеры. Он обладает более высокими показателями звукоизоляции и теплоизоляции, чем однокамерный стеклопакет, но и вес его больше.

Трёхкамерный стеклопакет – состоит из трёх стекол и двух воздушных камер. Он обладает высокими показателями звукоизоляции и теплоизоляции и часто используется в домах и квартирах для повышения комфорта и экономии энергии.

Однокамерные стеклопакеты состоят из двух стекол толщиной от 4 мм и одной камеры. Общая толщина стеклопакета варьируется от 24 до 54 мм. Применяются оправдано в помещениях нежилого назначения – офисах, производственных цехах, торговых помещениях, на балконах и так далее.

Рисунок 2. Однокамерный стеклопакет

Двухкамерные стеклопакеты состоят из трех стекол и двух камер между ними. Общая ширина конструкции – от 18 до 54 мм. Толщина полотна традиционно 4 и 6 мм (могут сочетаться). Ширина камер – не более 20 мм (одна может быть шире, другая уже). Применяются преимущественно для остекления жилого сектора.

Рисунок 3.  Двухкамерный стеклопакет

Трёхкамерные стеклопакеты состоят из 4 стекол и трех камер между ними. Предназначены для защиты помещения от сильных холодов и шумов.

Рисунок 4. Трёхкамерный стеклопакет

Главные свойства стеклопакетов – это звукоизоляция и теплопроводность. Эти показатели во многом обуславливаются выбором наполнителя для камер. Это может бытьсухой воздух, инертные газы, вакуум.Сухой воздух – наиболее распространенный и дешевый вариант.

Инертные газы – аргон (улучшает теплоизоляцию в 1,4 раза по сравнению с воздухом, ксенон (в 2,6 раз), криптон (в 4,4 раза, но стоит очень дорого, поэтому практически не применяется).

Из инертных газов идеальное решение – аргон, так как его применение оптимально по цене и уровню показателей.

Со временем любой инертный газ улетучивается, как бы хорошо ни выполнялась герметизация стеклянных полотен – за год примерно на 3%. Поэтому каждые 10 лет камеры необходимо заполнять заново.

Применяя стеклопакеты, с вакуумом в межстекольном пространстве, можно добиться повышение тепло- и звукоизоляционной эффективности сооружений в несколько раз по сравнению с оконными конструкциями наполненными инертными газами. Особый интерес представляют сооружения с большой площадью остекления, такие как тепличные комплексы.

Однако, использование вакуумных стеклопакетов также имеет свои недостатки.

Во-первых, создание вакуума требует использования специализированного оборудования, которое может быть достаточно дорогим и сложным в эксплуатации.

Во-вторых, срок эксплуатации таких стеклопакетов не превышает 7-8 лет. Это связано с тем, что с течением времени газы атмосферного воздуха проникают в межстекольное пространство через микротрещины и вакуумные стеклопакеты со временем утрачивают свои тепло-, звукоизоляционные свойства.

В-третьих, в таких конструкциях необходимо предусматривать определённый запас прочности материалов, так как разница внутреннего давления по сравнению с давление окружающей среды будет достигать 1 кг/см2.

Рисунок 5.  Вакуумный стеклопакет

В зависимости от функционального назначения стеклопакеты делятся на следующие виды:

Шумозащитный стеклопакет - это двух или трехкамерная конструкция, в которой сочетаются стекла разной толщины (например, 6 и 4 мм) и неравное значение ширины дистанционных рамок. Такой прием способствует возникновению резонанса при прохождении звуковых волн и их гашению. Крайним с уличной стороны, как правило, устанавливается стекло, изготовленное по технологии триплекс.

Такие окна прочные, имеют высокие теплоизоляционные свойства и значительно уменьшают проникновение шумов с улицы (37-39 дБ).

Рисунок 6. Принцип действия шумозащитного стеклопакета

Триплекс – это то же многослойное стекло используется при изготовлении триплекс стеклопакетов. В данном случае ставка делается на прочность и безопасность. Основная функция таких окон – максимальная защита помещения от взлома, а пребывающих в нем от порезов при разбивании стекла (осколки не рассыпаются, а повисают на полимерной пленке и имеют закругленную форму). Их применяют для остекления наружных витрин, окон в многоэтажках на первом этаже, загородных домах, детских учреждениях, банках и так далее.

Рисунок 7. Конструкция триплекса

Триплекс - это стекло, состоящее из нескольких слоев, склеенных между собой специальной пленкой или лаком. Триплекс обладает высокой прочностью и безопасностью, так как при разбивании не образует острых осколков. Он используется в различных областях, включая строительство, автомобилестроение и производство мебели.

Энергосберегающий стеклопакет – это пакет с энергосберегающим стеклом представляет собой многослойную конструкцию, первое стеклянное полотно которой с внутренней стороны покрыто оксидом серебра (i-стекло). Нанесение выполняется в условиях вакуума. Такой прием обуславливает следующие свойства окон:

1. Эффективность сохранения тепла в помещении увеличивается на 80% за счет отражения i-стеклом тепловых лучей обратно к источнику, что способствует ощутимому снижению затрат на отопление.

2. В жаркое время года в помещении сохраняется комфортная температура, исключается его перегрев, так как покрытие из ионов серебра отражает на 30% больше ультрафиолетовых и тепловых лучей, идущих от солнца.

3. Шторы, мебель и обои не выцветают.

4. Комнатные растения не страдают от жары.

5. На стеклах не образуется конденсат и не появляется наледь.

6. В комнату проникает много света и не искажаются цвета предметов за окном.

Рисунок 8. Энергосберегающий стеклопакет с отражающим эффектом

Различают два вида энергосберегающих стеклопакетов:

1. Энергосберегающий с низкоэмиссионным k-стеклом – флоат-стекло со слоем оксидов индия и олова. Устойчиво к механическим повреждениям, не царапается и на 30% сокращает теплопотери по сравнению с обычными стеклами.

2. Энергосберегающий с i-стеклом – флоат-стекло с двойным слоем из серебра и оксида титана. Отражает обратно инфракрасную энергию от бытовых приборов в комнату до 90%, увеличивая тем самым теплосбережение.

На сегодняшний день производителями оконных конструкций активно внедряются различные технологии производства стеклопакетов, которые существенно снижают шумовое воздействие и потери тепла помещением.Наиболее перспективным является вакуумное остеклениеблагодаря замечательным свойствам вакуума, таким как тепло звуконепроницаемость.На основе вакуумных конструкций можно существенно повысить энергоэффективность зданий и сооружений, улучшить качество жизни и окружающей среды.

Список литературы

  1. Петушкова Н.С. Особенности промышленных тепличных комплексов. – С-П.: СК «Антарэс», 2023. – 223 с.
  2. Борисов В.П. Вакуум: от натурфилософии до диффузионного насоса. – М.: НПК «Интелвак», 2001
  3. Основы вакуумной техники. 2-е изд. М., 1981; Розанов Л. Н. Вакуумная тех¬ни¬ка. 2-е изд. М., 1990
  4. Рабжабов О.Р. Основные физические идеи о природе вакуума // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 8. – С. 55-57
  5. Калюжный С. И. Парники и теплицы. – М.: Феникс, 2003. – 224 с.
Справка о публикации и препринт статьи
предоставляется сразу после оплаты
Прием материалов
c по
Осталось 5 дней до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary