Чтобы грамотно использовать современные виды строительного стекла, необходимо знать, что такое солнечное излучение.
Солнечное излучение представляет собой часть электромагнитного излучения.
Длину волны солнечного спектра принято измерять в нанометрах (1 Нм = 0,000000001 м).
В свою очередь солнечный спектр разделяется на три диапазона: ультрафиолетовый (UV), видимый и инфракрасный. К нему вплотную примыкает диапазон так называемой тепловой энергии.
UV-диапазон (100-400 нм)
Это излучение составляет около 3% солнечного спектра и несет фактическую ответственность за то, что обои, гардины, текстиль и краски выцветают на солнце, бумага желтеет, декоративная поверхность мебели теряет свою структуру.
Подразделяется на полосы UV-A, UV-B и UV-C, отличающиеся степенью своего негативного влияния на человека. Если полоса UV-C отвечает лишь за легкий загар кожи, то UV-B и жесткое UV-A-излучения приводят к серьезным неприятностям для людей, чувствительных к солнечной радиации (вплоть до рака кожи при чрезмерно длительном пребывании на солнце).
Исследования показали, что обычное стекло не пропускает ультрафиолетовое излучение солнца в диапазоне УФB – (280–320) нм, а излучение в диапазоне УФС – (200–280) нм не достигает поверхности Земли. Стекло пропускает только небольшую часть близкого к фиолетовой части спектра «полезного» ультрафиолетового излучения (УФА)
Видимый диапазон (380-780 нм)
Это единственная часть солнечного спектра, воспринимаемая глазами человека. Следует обратить внимание на то, что интенсивность солнца в этой части наиболее высока и что она доминирует в зеленых длинах волн — наиболее часто встречающийся цвет на Земле. Видимая энергия составляет около 44% всей солнечной энергии.
Видимый свет несет основную часть информации для человека, поэтому крайне важно при использовании различных средств солнцезащиты сохранять его с минимальными искажениями и потерями.
Инфракрасный диапазон (700-2400 нм)
Это часть общего теплового диапазона. Человек его не видит, но тепло ощущает. На этот диапазон приходится 53% солнечной энергии. Приятное зимой тепло Солнца, превращается в изнуряющую жару в летнее время. И спастись от нее крайне сложно, поскольку основная энергия Солнца переносится направленным потоком коротковолнового инфракрасного излучения, которое практически без потерь проникает через стекло, жалюзи и шторы.
Инфракрасный диапазон солнечной энергии непосредственно граничит с инфракрасным излучением от других источников тепла (2400 нм — 10000 нм).
Тепловой диапазон (700-10000 нм)
Тепловое излучение или лучеиспускание – передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.
Тепло производится не только солнцем, но и бытовыми отопительными приборами: печь, электрообогреватель, батарея парового отопления и т.д. Тепловая энергия поглощается стенами, мебелью и возвращается обратно в помещение. Основное место безвозвратной потери тепловой энергии в холодное время года — это окна. Даже при хорошо уплотненных рамах до 40% тепла уходит через стекло, т.к. оно пропускает инфракрасное излучение обогревателей наружу зимой, также как и избыточную энергию солнца внутрь помещения летом.
Световые и тепловые характеристики стекла
”Тепловое зеркало”, Low E стекло (от английских слов Low Emissivity– низкий коэффициент излучения), низкоэмиссионное, энергосберегающее стекло – разные названия одного и того же типа стекла. Такое стекло не пропускает ультрафиолетовые лучи и исключают выгорание портьер и драпировки на мебели.
— Low E стекло, отражающее тепло в дальней инфракрасной области излучения;
— Low E стекло, отражающее тепло в ближней инфракрасной области.
Другими словами, первый тип стекла отражает тепло излучаемое телами с температурой до 100°С – его можно назвать теплоотражающим («к» и «и»-стекло, мультифункциональные стекла), а второй – излучение от солнца, температура которого равна 6000°С – солнцезащитное стекло (тонированные, рефлективные, мультифункциональные).
При нанесении на одну из сторон стекла тонкого, почти незаметного для глаза, слоя серебра увеличивается отражение стекла в сторону большей температуры. В видимой части спектра, такое, теперь уже теплосберегающее стекло (или Low E стекло) будет вести себя, как и обычное стекло – пропуская видимый свет. В дальней инфракрасной области спектра, металлическое покрытие действует как зеркало, отражающее тепло. Поэтому, иногда Low E стекла называют «тепловыми зеркалами»
Первый тип Low E стекла – это прозрачное стекло, не отличающееся по внешнему виду от обычного стекла. Второй тип Low E стекла имеет цвет и зеркальный оттенок.
Первое устанавливается в стеклопакет для сохранения тепла в доме зимой, а второе – для прохлады летом. Вы выбираете то, что вам более всего необходимо. Установите в стеклопакет теплоотражающее и солнцезащитное стекло, и вы сохраните зимой тепло, а летом – прохладу.
Прозрачное стекло обеспечивает высокую степень пропускания солнечного света и тепла — 89% и 86% соответственно. Это означает, что в помещение, где в окно вставлено прозрачное стекло, будет светло и очень жарко летом.
Окно с прозрачным Low E пропускает до 75% солнечного света, как и обычное окно.
Солнцезащитное Low E пропускает от 20% до 60% солнечного света.
Солнцезащитными называются стекла, обладающие более низким по сравнению с обычным оконным стеклом пропусканием инфракрасных лучей и сохраняющими при этом достаточно высокое пропускание видимого света.
Солнцеотражающие покрытия делят на две основные группы, характеризующие отражение солнечной энергии.
Неселективные покрытия отражают солнечную радиацию во всем спектре солнечного излучения, включая видимый свет – теплопоглощающие (тонированные, окрашенные в массе).
Теплопоглощающие стекла приобретают солнцезащитные свойства за счет более интенсивного поглощения инфракрасных лучей, в сравнении с обычным стеклом. Они пропускают не менее 65-80% видимых и не более 40-70% инфракрасных лучей (в зависимости от толщины и цвета стекла).
Особым видом теплопоглощающих стекол являются фотохромные стекла (их часто называют «хамелеонами»). Они автоматически регулируют теплопоступления в помещения: под действием солнечных лучей они темнеют, а при уменьшении облученности светопрозрачность стекол восстанавливается. Такие стекла получают на основе натриевобороалюмосиликатного стекла путем введения добавок серебра, цезия или европия.
Селективные покрытия пропускают видимый свет (λ = 0,38–0,78 мкм) и отражают ИК излучение с длиной волны λ = 0,78 мкм – теплоотражающие (с окисно-металлическим покрытием). Это покрытие осуществляется либо напылением, либо наклеиванием специальных солнцезащитных пленок. В качестве веществ, придающих стеклу солнцезащитные свойства, используются окиси олова, кобальта, железа, меди, никеля, алюминия, золота, серебра и других металлов. Такие стекла, как правило, применяются в двухстекольных конструкциях, где второе стекло – обычное.
Теплоотражающие стекла усиленно отражают инфракрасные лучи (от 50 до 80%), при этом пропуская до 70% видимого света.
Теплоотражающие стекла при облучении солнечным светом нагреваются меньше, чем теплопоглощающие. В последнее время теплоотражающие стекла все больше вытесняют в строительстве теплопоглощающие стекла.
Связано это с тем, что охлаждение, в отличие от централизованного отопления, требует больших энергетических затрат.
Солнцезащитное остекление дороже остекления с прозрачным и низкоэмиссионным стеклом, но эти дополнительные затраты компенсируются в течение одного-трех сезонов эксплуатации за счет сокращения стоимости затрат на кондиционирование.
Из приведенных данных по разным типам стекла можно сделать следующие выводы:
- Прозрачные стекла одинаково хорошо пропускают видимую и инфракрасную часть спектра солнечного излучения. С увеличением толщины стекла незначительно изменяется прохождение света в видимой части солнечного излучения, но значительно увеличивается поглощение стеклом тепла, т. е. чем толще стекло, тем больше оно нагревается летом.
- Цветное в массе стекло (тонированное) уменьшает суммарное проникновение солнечного тепла внутрь помещения, но при этом, увеличиваются тепловые нагрузки на стекло. В этом случае необходимо тщательно подходить к конструкции остекления, так как тепловые перегрузки в стекле могут привести к росту микротрещин, образующихся на кромке стекла при его порезке. Для устранения возможного образования трещин необходимо обрабатывать кромку цветного стекла. Одно из требований к цветному стеклу, применяемом при остеклении фасадов, стекло должно быть закалённым.
- Применение покрытий на стекле (рефлективные стекла) позволяет снизить уровень поступающей внутрь помещения энергии без перегрева стекла, так как покрытие наносится на прозрачное стекло. Если напыление наносится на цветное стекло, то это не устраняет тепловых перегрузок на стекло, хотя уровень теплопередачи через стекло снижается. В этом случае положение покрытия является чрезвычайно важным, потому что именно положение покрытия определяет не только окраску (тон) стекла, но также и его тепловую характеристику. Стекло должно быть закаленным, т.к. поглощение энергии стеклом в значительной степени увеличивается.
- Цвет стекла или солнцезащитное напыление на стекло не изменяют способность стекла пропускать дальнее инфракрасное излучение, т.е. не влияют на тепловое сопротивление стекла.
Таким образом, в холодных климатических зонах, когда до 80% затрат уходит на обогрев помещения, необходимо применять покрытия задерживающие уход из помещения длинноволнового инфракрасного излучения, но хорошо пропускающего в помещение ближнее инфракрасное излучение. В этом случае, солнечное тепло будет беспрепятственно попадать в помещение и дополнительно нагревать его, но уйти из помещения оно уже не сможет.
В жарких климатических зонах, когда температура внутри помещения ниже температуры снаружи, энергосберегающее стекло должно обеспечивать защиту от проникновения в помещение как ближних, так и дальних инфракрасных излучений. Тогда, солнечное тепло будет отражаться от стекла наружу, уменьшая нагрузку на системы охлаждения. Лучшие результаты достигаются при применении зеркально отражающего стекла. Применение цветного стекла, окрашенного в своей массе, снижает нагрузки на систему охлаждения, но увеличивает тепловые перегрузки внутри стекла, так как эффект защиты от солнечного излучения достигается поглощением тепла стеклом.
В смешанных климатических зонах предпочтение отдается энергосберегающим стеклам, хорошо задерживающих длинноволновое инфракрасное излучение, но пропускающих меньшую долю ближнего инфракрасного излучения. Это достигается нанесением на стекло нескольких защитных слоев металла с уменьшением прозрачности стекла и приобретения покрытием цвета.
