Величина теплопотерь через оконную раму зависит не столько от материала, сколько от конструктивного решения самого профиля. Сколько воздушных замкнутых камер, каковы способы борьбы с конвекцией воздуха в этих камерах, отведение конденсата из пазов и прочее. Теоретически, если сделать весь профиль из самого теплонепроницаемого утеплителя на строительном рынке (экструдированный графитовый пенополистирол "Carbon Prof 400" с коэффициентом λ=0,032 Вт/м*°С) толщиной 60 мм, мы едва доберёмся до R = 2, поэтому оставим обзор оконных профилей инженерам и рассмотрим гораздо большую по площади штуку - сам стеклопакет.

 

Стеклопакеты

   Стеклопакеты состоят из двух и более стёкол, скреплённых (склеенных) между собой по контуру с помощью дистанционных рамок и герметиков. Рамки бывают металлическими или пластиковыми и, конечно, тоже влияют на общую катрину теплопотерь, но в теплотехнике дистанционные рамки относятся к элементу оконной рамы, хоть по факту и являются элементом стеклопакета, поэтому оставим рамки на будущие статьи и приступим, наконец, к рассмотрению очень простой конструкции центральной части стеклопакета!

      Стеклопакет представляет собой одну или несколько герметичных камер, заключённых между стёклами.  Согласно ГОСТ 24866 стеклопакеты можно классифицировать:

• По количеству камер. Между каждыми двумя стёклами образуется пространство, называемое камерой. В связи с этим стеклопакеты подразделяют на однокамерные (два стекла), двухкамерные (три стекла) и т. д.

• По ширине. Ширина стеклопакета - это полная ширина блока вместе со стеклянной и воздушной частью. Встречаются стеклопакеты шириной 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 32, 36, 40, 42, 44 мм и др.

• По типам применяемого стекла:

  • обычное

  • энергосберегающее - стёкла с низкоэмиссионным покрытием (с твёрдым или мягким покрытием - также известны как К или I-тип)

  • шумозащитное - триплекс

  • солнцезащитное - тонированное стекло в массе или тонированное пленкой

  • ударопрочное - стекло триплекс с высоким классом защиты.

 

Маркировка стеклопакета

     Маркировка стеклопакета - стекло/марка - дистанция/наполнение - стекло/марка. Маркировка всегда начинается с внешнего стекла, обращённого на улицу.

     Пример: 4M0-16-4M1-12Ar-4K — 4 мм стекло марки М0, 16 мм воздушная камера, 4 мм стекло М1, 12 мм дистанция, заполнение камеры аргоном, 4 мм К-стекло.

• Стёкла марки М изготавливают методом вытяжки. Цифра после М - допустимые дефекты, чем меньше цифра - тем меньше дефектов.

• Стёкла марки F - флоат стёкла, которые производятся при помощи раскалённого олова, в результате чего получается идеально гладкая поверхность с двух сторон.

• Стёкла с обозначением К - энергосберегающие низкоэмисионные стёкла с твёрдым покрытием, нанесённым непосредственно в процессе изготовления стекла.

• Стёкла с обозначением I - энергосберегающие низкоэмисионные стёкла с мягким покрытием, нанесённым цпецоборудованием в условиях вакуума.

• Стёкла марки S - это окрашенные в массе стёкла, производимые путём флоат-процесса при помощи добавления в сырьё оксидов металлов. Интенсивность цвета и солнцезащитные характеристики варьируются в зависимости от толщины стекла. Такое стекло бывает следующих оттенков: бронзовый, зелёный, серый, голубой.

• Триплекс - это многослойное стекло, склеенное между собой полимерной плёнкой. Преимущество этого стекла в том, что при ударе такое стекло не разлетается на мелкие осколки, а удерживается на плёнке.

       

Ширина камеры (звукоизоляция)

      Если однокамерное стекло обычно рассчитывается по формуле 4-16-4 (где 4 мм — стекло, 16 мм межстекольное пространство), то для двухкамерного стеклопакета формула уже другая, не 4-16-4-16-4. Тут вступает в действие вопрос шума: чтобы шум гасился наиболее эффективно, расстояния между стеклами в одном блоке должны быть разными. То есть дистанционные рамки для двойного или тройного стеклопакета должны быть разной ширины.

    На шумозащиту ширина дистанции оказывает большое влияние; чем шире, тем выше звукоизоляционные свойства стеклопакета. Ощутимый результат дает применение триплекса и более толстых стёкол.

 

Энергосберегающие стёкла

       Энергосберегающие стёкла подразделяются на 2 вида:

• К-стекло (Low-E) твёрдое покрытие;

• I-стекло (Double Low-E) мягкое покрытие.

 

К-стекло (твёрдое покрытие)

    Данный тип оконного стекла имеет более высокую твёрдость покрытия. Высокая прочность достигается за счёт того, что напыление оксидов металлов, которое наносится на плоскость горячего стекла, сплавляется с этим стеклом. При этом нередко К-стекло ещё и ламинируют. Энергосберегающее К-стекло по своим светопроницаемым характеристикам не имеет серьезных отличий от обычного стекла. В большинстве случаев оно устанавливается в стеклопакетах с внутренней стороны помещения. При этом его теплосберегающее напыление сосредоточено в межстекольной зоне. Установлено, что однокамерные стеклопакеты с мягким покрытием на 17% слабее способны проводить ультрафиолетовое излучение, их теплоизоляционные характеристики оказываются выше на 20%, а фурнитура обычно служит на 30% дольше. Недостатком К-стекол является тот факт, что при ярком солнечном освещении может наблюдаться небольшая дымка от напыления.

 

I-стекло (мягкое покрытие)

     Современная тенденция развития сектора оконных конструкций все больше отдает предпочтение использованию |-стекол, которые несколько превосходят стекла с твердым покрытием по своим свойствам. Данный тип стекол производится методом напыления специального энергосберегающего покрытия, преимущественный состав которого состоит из окисей металлов, посредством применения высоковакуумного оборудования, снабженного уникальной системой производства магнетронного распыления. Это делает I-стёкла более прозрачными в отличие от K-стекол. Напыление стёкол данного типа не препятствует пропускным световым характеристикам таких стёкол, оно полностью прозрачно и имеет более низкий показатель излучательной восприимчивости. При анализе нейтральности подобного типа стекла по бальной шкале от 0 (означает черный цвет) до 100 баллов (нейтральное значение) энергосберегающее I-стекло обладает коэффициентом на уровне 98 баллов. Для сравнения: значение простого обыкновенного стекла имеет значение 99. Таким образом, I-стекло по своим светопропускающим характеристикам практически ничем не отличается от обыкновенных стекол. Однако при этом стёкла мягкого покрытия отличаются более лучшими теплозащитными показателями. Так, например, при температуре окружающей среды в -26°С и при температуре внутри помещения +20°С, температура энергосберегающего стекла с мягким покрытием будет равна +14°С, в то время как температура простого обыкновенного стекла не превысит +5°С, а температура низкоэмиссионного К-стекла составит +11°С. Значительным недостатком селективных I-стекол считается их сниженная абразивная стойкость, что усложняет их транспортировку. Однако, поскольку подобный тип стекол чаще всего монтируются внутри стеклопакета, то такой недостаток практически не оказывает влияния на эксплуатационные характеристики. Применение энергосберегающих стекол с мягким покрытием наиболее распространенно в современной практике.

 

Теплопотери

Теплопотери стеклопакетов происходят по всем трём направлениям:

• Тепловое излучение;

• Теплопроводность;

• Конвекция. 

Рассмотрим влияние каждого вида теплопотерь поподробнее.

 

Тепловое излучение и выбор стекла

     При нагревании какого-либо тела часть тепловой энергии превращается на его поверхности в энергию лучистую. Излучение теплоты поверхностью тела аналогич­но световому излучению и отличается от него длиной волн. Видимые световые лучи имеют длины волн от 0,4 до 0,8 μ, а тепловые (инфракрасные) лучи - от 0,8 до 800 μ. Законы распространения, отражения и преломления, установленные для видимых световых лучей, справедливы и для тепловых.

   Строительные материалы обладают большей или меньшей способностью излучать теплоту, но всегда меньшей, чем абсолютно черное тело; такие тела называются серыми. Количество теплоты Qи, Вт/м² , излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени, определяется формулой Q = С ­· (Т/100)^4,  где С - коэффициент излучения поверхности, Вт/(м² • К^4 ); Т - температура поверхности, К. Формула носит название закона Стефана-Больцмана.

   Строго говоря, этот закон справедлив только для абсолютно черного тела. Однако опытами ряда исследователей было показано, что этот закон применим также и к серым телам (коими являются все строительные материалы). Формула показывает, что количество теплоты, излучаемой поверхностью тела, пропорционально четвертой степени ее абсолютной температуры, т.е. интенсивность излучения резко возрастает с повышением температуры поверхности тела.

   Величина коэффициента излучения зависит от химического состава излучающего вещества, а также в значительной степени от характера обработки излучающей по­верхности. Полированные поверхности имеют значительно меньший коэффициент излучения, чем шероховатые поверхности того же материала. Так, например, обычная кровельная сталь имеет С = 4,0 Вт/(м^2 • К^4 ), бетон имеет С = 3,6. Малый коэффициент излучения имеет алюминий С = 0,26 Вт/(м^2 • К^4 ). Именно поэтому при обклейке алюминиевой фольгой одной из поверхностей воздушных замкнутых прослоек в ограждающих конструкциях её теплосопротивление увеличивается вдвое! (Об этом сделана специальная сноска в СП и ТКП, и это учитывает мой теплотехнический калькулятор). Коэффициент излучения стекла С = 5,41 Вт/(м^2 • К^4). 
    Что же касается стёкол, то основным показателем, характеризующим способность стекла отражать тепловое излучение, является его излучающая способность (Е) или – коэффициент эмиссии. Этот термин означает отношение мощности излучения поверхности стекла к мощности излучения абсолютно черного тела.  У обычных стекол коэффициент эмиссии составляет 0,83, у низкоэмиссионных i-стёкол может доходить до 0,03, у k-стёкол - 0,2 при этом свыше 90% накопленного тепла будет отражаться назад в помещение. Чем меньше коэффициент эмиссии, тем эффективнее материал отражает тепло, тем выше его теплосберегающие свойства. Именно поэтому энергосберегающие окна называют также низкоэмиссионными.

​

       Чтобы навести некоторый порядок в терминах, ещё раз два похожих определения:

• излучательная способность (нормальный коэффициент эмиссии): Характеристика способности стекла отражать нормально падающее излучение. Коэффициент вычисляют как разность между единицей и коэффициентом отражения в направлении нормали к поверхности стекла.

• коэффициент эмиссии (откорректированный коэффициент эмиссии): Отношение мощности излучения поверхности стекла к мощности излучения абсолютно черного тела.

​

   Потери, вызванные тепловым излучением составляют 2/3 всех тепловых потерь в стеклопакетах. Их можно уменьшить на 96% при использовании энергосберегающих низкоэмиссионных стёкол, суть которых состоит в том, что на их внутреннюю поверхность нанесено тончайшее покрытие из оксидов металлов (толщиной в десятки нанометров), которое практически незаметно на глаз, но весьма эффективно отражает инфракрасное излучение.
     В зависимости от коэффициента эмиссии стёкла подразделяют на классы энергосбережения:

• класс i-1, коэффициент эмиссии до 0,025;

• класс i-2, коэффициент эмиссии от 0,026 до 0,06;

• класс i-3, коэффициент эмиссии от 0,061 до 0,085;

• класс i-4, коэффициент эмиссии от 0,086 до 0,110.

      Для наглядности эффекта я подготовил сравнительную табличку зависимости сопротивления теплопередачи от  коэффициента эмиссии для однокамерного стеклопакета с дистанцией между стёклами 12 мм  (больше - лучше):