Какое давление в стеклопакете
Содержание статьи
Влияние изменений атмосферного давления и температуры на стеклопакеты
Строительные стеклопакеты состоят из двух и более стёкол, разделённых по периметру дистанционной рамкой и скрепленных между собой герметизирующим материалом. Пространство между стёклами может быть заполнено сухим воздухом или инертным газом, например, аргоном. Герметизирующие материалы обеспечивают необходимую механическую прочность и, что не маловажно, полную герметичность конструкции. В силу этого атмосферные нагрузки, действующие на стеклопакет, в частности, изменение температуры и атмосферного давления, приводят к появлению механических напряжений в стекле, что может вызвать появление эффекта «линзообразования».
Изменения атмосферного давления
Атмосферное давление постоянно меняется, по мере того как воздушные массы перемещаются над поверхностью Земли. Область пониженного давления называется циклоном, а повышенного — антициклоном. В европейской части России, как правило, атмосферное давление колеблется в пределах от 720 мм. рт. ст. (пониженное) до 770 мм. рт. ст. (повышенное).
Стеклопакет изготавливают на производстве, при этом давление газа внутри стеклопакета в момент герметизации равняется атмосферному давлению. После монтажа стеклопакета на объекте, будь то пластиковое окно у нас на кухне или стеклянный фасад какого-нибудь здания, в процессе его эксплуатации атмосферное давление изменяется. Разница между атмосферным давлением и давлением газа внутри стеклопакета вызывает появление в стекле механических напряжений. Эти напряжения существуют все время, пока сохраняется разница между давлением воздуха снаружи и внутри стеклопакета. Разность давлений приводит к появлению прогиба в стекле — оба стекла прогибаются внутрь или оба наружу в зависимости от того, с какой стороны стекла давление выше. Поскольку края стекол закреплены герметиком и, соответственно, неподвижны, стеклопакет становится выпуклым или вогнутым.
Изменения температуры
В течение срока службы стеклопакета температура воздуха или инертного газа в межстекольном пространстве постоянно меняется из-за изменений наружной температуры и из-за солнечного излучения, которое в ясные дни нагревает стекло и, следовательно, воздух в стеклопакете. Влияние температуры на газы нам хорошо известно из школьного курса физики: с ростом температуры давление газа в замкнутом объеме растет, а при ее понижении — падает. Результирующим эффектом, как и в вышеописанном случае с изменением атмосферного давления, является прогиб стекол в стеклопакете внутрь или наружу.
В природе эти два явления (изменение давления и температуры) сочетаются, иногда гася, а иногда и усиливая друг друга. В частности, низкое атмосферное давление в теплую погоду (циклон в летний период) и высокое давление в холодную (антициклон в зимние месяцы) представляют собой 2 экстремальных случая, вызывающих появление максимального прогиба стекол в конструкции.
Возникающие в стекле при перепаде давлений и температуры напряжения могут привести к двум «неприятным» последствиям. Первое — в результате прогиба в отраженном свете в стекле появляются оптические искажения. Они становятся особенно заметными в случае, когда на поверхности стекла присутствует сильнорефлективное (бликующее) покрытие. Второе последствие — в крайних случаях, когда, например, стеклопакет имеет малый размер и изготовлен с использованием «жесткого» герметика, эти напряжения могут привести к разрушению стекла (см. рис. 1). Иногда разрушение может произойти и при использовании эластичного герметика (см. рис. 2), если стеклопакет имеет большие размеры и достаточно тонкие стекла. В этом случае стекла, прогибаясь внутрь стеклопакета, могут коснуться друг друга в центре. Трещины в стекле, возникающие из-за эффекта «линзообразования», имеют обычно форму полумесяца. В обоих случаях трещина начинает расти от центра к краю, часто не достигая при этом краев стекла.
Рис. 1. Пример разрушения стекла в пакете, изготовленном с использованием «жесткого» краевого герметика (например, эпоксидным полисульфидом).
Рис. 2. Пример разрушения стекла в пакете, изготовленном с использованием «эластичного» краевого герметика (например, силикон).
Как уже говорилось выше, перепад атмосферного давления в Европейской части России небольшой — как правило, от 720 до 770 мм. рт. ст. Прогиб стекол в стандартных стеклопакетах при этом составляет не более 1-2 мм, и поэтому многие стеклопакетные компании на это просто не обращают особого внимания. Однако, в случае использования стеклопакетов больших размеров и/или с широкой дистанционной рамкой прогиб стекла может быть больше. Особое внимание следует уделять стеклопакетам, которые будут эксплуатироваться в условиях высокогорья, поскольку атмосферное давление там значительно ниже, чем на уровне море.
К примеру: стандартный двухкамерный стеклопакет 4-12-4-12-4 размером 1500х1500 мм, состоящий из 3-х стекол толщиной 4 мм каждое и дистанционных рамок 12 мм, изготавливается в г. Краснодар на высоте 25 м от уровня моря при нормальном для этой местности давлении 760 мм. рт. ст. Затем этот стеклопакет перевозится и устанавливается, например, в гостинице «Балкария», которая находится на высоте 2300 м над уровнем моря у подножья Эльбруса. Стандартное атмосферное давление на такой высоте — 574 мм. рт. ст. При таком перепаде давлений величина прогиба наружного и внутреннего стекла в летний период составит 9.4 мм, что с учетом небольшого размера стеклопакета будет визуально бросаться в глаза и при определенных обстоятельствах может привести к разрушению стекла или разгерметизации стеклопакета.
Следует понимать, что от эффекта «линзообразования» полностью избавиться невозможно. Но можно минимизировать последствия этого явления. В качестве общей рекомендации можно посоветовать для каждого объекта проводить расчет величины прогиба стекла в конструкции. При необходимости для изготовления пакета использовать более толстые стекла либо применять ассиметричный стеклопакет, наружное стекло которого на 1-2 мм толще внутреннего. Также не рекомендуется без особой необходимости применять чересчур широкую дистанционную рамку, поскольку это приведет к увеличению объема газа в межстекольном пространстве и, как следствие, бóльшим перепадам давления внутри пакета.
Данная публикация является справочным материалом. Настоящим компания Pilkington Group Limited и ее подразделения снимают с себя всяческие обязательства, каким-либо образом вытекающие из каких бы то ни было ошибок или упущений данной публикации, и всяческие последствия использования ее в качестве руководства.
Источник
Прочностные свойства стеклопакета
Материал из ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебеля
Нагрузка на стеклопакет
Стеклопакет, установленный в оконный профиль, воспринимает значительные по величине статические и динамические нагрузки, которые могут быть условно разделены на две группы:
- Нагрузки, равномерно распределенные по площади стеклопакета, воспринимаемые непосредственно стеклами, и передающиеся на его краевую зону.
К этой группе относятся ветровые нагрузки, а также нагрузки, вызванные перепадами давления внутри стеклопакета.
- Нагрузки, воспринимаемые непосредственно краевой зоной.
К этой группе относятся нагрузки, вызванные температурными деформациями оконного профиля, а также нагрузки, возникающие в краевой зоне, за счет различных коэффициентов температурного расширения металла и стекла..
Нагрузки, связанные с перепадами давления внутри стеклопакета
Давление газа внутри стеклопакета
Пространство внутри стеклопакета должно быть заполнено воздухом или газом при давлении максимально приближенном к атсмосферному, так как в случае полного откачивания воздуха (вакуума), на стекло, разделяющее внутренее пространство и атмосферу будет действовать атмосферное давление равное более 10 т/м2.
Для сравнения, нормативная нагрузка на междуэтажное перекрытие жилого дома составляет 0.150 т/м2.
В противном случае произойдет немедленное разрушение стекол под давлением атмосферы.
Температура газа внутри стеклопакета
Объем газа внутри стеклопакета может меняться в зависимости от величины изменения температуры.
В центральных регионах России перепады температур могут достигать до 50-60°С (например, зимой: +20°С внутри помещения и -30 — 35°С на улице).
Такой перепад температур может изменить объем воздуха внутри стеклопакета до 20%.
При охлаждении стеклопакета, объем воздуха будет уменьшаться, стекла будут выгибаться во внутреннюю полость, что может вызвать «схлопывание» стеклопакета. И, наоборот, при нагревании , объем воздуха внутри стеклопакета увеличивается, что может привести к «вспучиванию» стеклопакета.
Ветровые нагрузки
Под действием ветровой нагрузки наружное стекло стеклопакета (со стороны приложения нагрузки) прогибается. Если принять во внимание, что при этом внутреннее стекло сохраняет свою прежнюю форму, то объем воздушной прослойки уменьшается, а давление в ней увеличивается.
Риск разрушения стеклопакета из-за перепадов давления можно сократить, если учесть следующее правило:
Чем меньше объем газа в стеклопакете (чем меньше толщина воздушной прослойки), и чем больше площадь остекления, тем меньше риск разрушения стеклопакета, вызванный перепадами давления в его внутренней полости.
Нагрузки на краевую зону стеклопакета
Напряжения, возникающие в краевой зоне стеклопакета за счет различных коэффициентов температурного расширения металла и стекла, а также усилия, вызванные температурными деформациями оконного профиля, являются одной из основных причин разрушения стеклопакетов.
При изгибе оконного профиля за счет возникающих в нем температурных напряжений, ветровых нагрузок, собственного веса выше расположенных конструкций, а также при динамических воздействиях от открывающихся и закрывающихся дверей в офисных перегородках, витринах и т.п., усилия от профиля передаются на краевую зону стеклопакета.
Для долговечной и надежной эксплуатации стеклопакетов способы их крепления должны исключать передачу этих нагрузок.
С этой целью между стеклопакетом и оконным профилем оставляют компенсационные зазоры, в которые при установке стеклопакета в проектное положение укладываются специальные подкладки. По своему назначению они подразделяются на опорные и фиксирующие. Опорные подкладки служат для передачи нагрузки от собственного веса на оконный профиль, фиксирующие — обеспечивают центровку стеклопакета в профиле, а также исключают возможность его смещения при открывании створок.
Примечание
По материалам И.В. Борискина, А.А. Плотников, А.В. Захаров Проектирование современных оконных систем гражданских зданий. Учебное пособие. — М.: Издательство АСВ, 2000 г.
Вклад участников
Шиповская Наталья Федоровна
Обратная связь Автору
Источник
Реальная польза или рекламная уловка: для чего нужен аргон в стеклопакетах?
Очень часто профиль ПВХ Саламандер описывают такой фразой: «Камеры наполнены инертным газом» или «Аргон в стеклопакетах». Такая опция появилась относительно недавно, но к настоящему моменту практически каждый производитель пластиковых окон освоил эту технологию. У покупателей же возникают вопросы: зачем аргон в стеклопакетах и не является ли это просто уловкой, чтобы оправдать цену окна ПВХ? Давайте попробуем разобраться в этом.
Почему именно аргон?
Наполнять стеклопакет можно любым инертным газом: не только аргоном, но еще криптоном и ксеноном. Например, тот же криптон по своим характеристикам гораздо лучше аргона, но при этом и стоит гораздо больше. Про цену ксенона вообще не стоит говорить: стеклопакеты с таким газом будут буквально «золотыми».
Аргон весьма эффективный и при этом достаточно дешевый: в общем, идеальный вариант для бытовых окон ПВХ. Потому если вы в характеристиках пластикового стеклопакета прочитали «Наполнены инертным газом», то, скорее всего, внутри будет именно аргон. Внутри камер окна содержится около 90% аргона — такой показатель разрешен по нормативам.
Полезные свойства аргона в окнах ПВХ
Итак, аргон в камеры пластикового окна закачивают для того, чтобы:
- снизить теплопроводность стеклопакетов — аргон гораздо хуже проводит тепло, чем воздух, благодаря чему теплопотери помещения снизятся. По разным оценкам, у стеклопакета, не наполненного инертным газом, теплопотери на 40-60% выше, чем у аргонового. Это преимущество особенно оценят жильцы частных домов с собственными котельными и бойлерами: для них любое снижение теплопотерь жилища — это реальная и ощутимая финансовая экономия;
- защитить помещение от ультрафиолетового излучения — аргон частично отражает УФ-лучи благодаря своим физико-химическим свойствам;
- добиться частичной шумоизоляции — аргон имеет определенные звукопоглощающие свойства, так как при прохождении звуковой волны через этот газ её скорость снижается;
- уменьшить искажение окна — при различных температурах стеклопакет, наполненный воздухом, может создавать определенные оптические искажения (эффект линзы). У аргона такого недостатка практически нет.
Но, разумеется, главное преимущество стеклопакетов с аргоном — это теплоизоляция.
Не опасен ли аргон?
Некоторые люди, когда слышат фразу «камера наполнена аргоном», сразу полагают, что газ закачен в окно под большим давлением, и потому в любой момент стеклопакет может взорваться. Это заблуждение: аргон в окне находится под давлением в одну атмосферу, т.е. под тем же, что и воздух в комнате. Потому опасности взрыва нет.
Еще один вопрос, который смущает потенциальных покупателей стеклопакетов с инертным газом, — это является ли аргон вредным для здоровья? На самом деле аргон попадает в наш организм при каждом вздохе: это третий по объему газ в атмосфере (после азота и кислорода). Потому если герметичность стеклопакета будет нарушена, то попадающий в комнату газ не причинит вреда людям и домашним животным. И даже если стекло в окне ПВХ разобьется, попавшего в комнату аргона будет недостаточно, чтобы оказать хоть какое-то влияние на организм человека.
Стеклопакеты с аргоном превосходят стеклопакеты с воздухом — это факт. Однако только от самого покупателя зависит, какой вариант выбрать: ведь инертный газ внутри камеры окна прибавляет определенный процент к итоговой стоимости всего стеклопакета.
Хотите заказать окна ПВХ — обращайтесь в нашу компанию.
Источник
Вакуумные стеклопакеты
Введение
В современных хорошо утепленных зданиях коэффициент теплопередачи стен U достигает 0,3 Вт/(м2·К) и даже ниже [1]. Однокамерные стеклопакеты с инертным газом аргоном и низкоэмиссиоными покрытиями является в настоящее время нормальной практикой при строительстве новых зданий. Коэффициент теплопередачи центральной части этих стеклопакетов Ug (то есть без учета влияния кромок) составляет от 1,3 до 1,1 Вт/(м2·К). Однако на хорошо утепленном фасаде здания эти стеклопакеты представляют собой «теплые пятна», через которые происходят значительные потери тепла. Хорошие двухкамерные стеклопакеты могут иметь коэффициент теплопередачи от 0,7 до 0,5 Вт/(м2·К). Однако это достигается за счет усложнения конструкции стеклопакетов, увеличения их толщины до нескольких сантиметров и применения дорогого инертного газа криптона.
Концепция вакуумного стеклопакета
Альтернативным подходом к совершенствованию стеклопакетов является концепция вакуумных стеклопакетов (vacuum insulated glazing, VIG). Иногда их называют также «стеклопакетами с откачанным воздухом» (evacuated glazing unit, EGU). Японские и китайские компании уже предлагают такие стеклопакеты, однако их коэффициент теплопередачи составляет всего лишь от 1,3 до 1,1 Вт/(м2·К) [2].
Расчеты специалистов показывают, что однокамерный стеклопакет с откаченным из него воздухом может достигать коэффициентов теплопередачи до 0,5 Вт/(м2·К) [1, 2]. При этом общая толщина стеклопакета может быть не более 10 мм и толщиной стекол 4 мм. При этом нет необходимости применения инертных газов.
Атмосферное давление и традиционные стеклопакеты
Каждый стеклопакет имеет хотя бы одну герметически изолированную полость — пространство между стеклами. Обычно эта полость наполнена воздухом при том давлении, которые было в цехе в момент герметизации стеклопакетов. Допустим, что это атмосферное давление было нормальным. При изменении атмосферного давления по отношению к давлению внутри полости стекла стеклопакета становятся выпуклыми или вогнутыми (рисунок 1). Эти прогибы вызывают искажения отражения от стекол, которые более или менее заметны в зависимости от размеров стеклопакетов, толщины стекол, ширины полости и т. п. (см. подробнее здесь).
Рисунок 1 — Прогибы стекол однокамерного стеклопакета:
а — при пониженном атмосферном давлении;
б — при повышенном атмосферном давлении
Атмосферное давление и вакуумные стеклопакеты
Аналогичное явление происходит и с вакуумными стеклопакетами, но совершенно в других масштабах. Атмосферное давление оказывает на плоскую конструкцию из двух стекол с «вакуумной» полостью между ними очень большую нагрузку — 10 тонн на каждый квадратный метр (1 кг/см2 х 10000 см2 = 10000 кг = 10 тонн). Поэтому для предотвращения схлопывания стекол конструкция вакуумного стеклопакета требует применения серии столбчатых спейсеров, которые равномерно распределяют внутри его плоскости.
Конструкция вакуумного стеклопакета
Типичный вакуумный стеклопакет состоит из двух стекол толщиной 3-4 мм, которые изолируются по периметру газонепроницаемым герметиком. Одно стекло имеет низкоэмиссионное покрытие. Расстояние между стеклами составляет около 0,7 мм. Поэтому этот стеклопакет является значительно более тонким, чем типичный однокамерный стеклопакет (рисунок 2).
Ключевым элементом вакуумного стеклопакета является полость между стеклами. Наименование «вакуумный» подразумевает, что в полости нет никакой материальной среды, которая могла бы передавать тепло и звук от внутреннего стекла к наружному стеклу и наоборот.
Рисунок 2 — Конструкция вакуумного стеклопакета [2]
Чтобы достичь этого давление в этой полости должно составлять 10-3 гПa. Эта величина составляет одну миллионную долю атмосферного давления. Только тогда становится возможным снизить теплопередачу оставшегося разреженного газа до величин менее, чем 0,1 Вт/(м2·К), что обеспечит достижение высокого общего коэффициента теплопередачи в целом для стеклопакета [1, 2].
Сопротивление атмосферному давлению обеспечивают столбчатые спейсеры. Основные требования к спейсерам: они должны иметь низкую теплопроводность и быть почти невидимыми.
Передача тепла в стеклопакете
Существует три пути снижения передачи тепла через стеклопакет:
- Теплопроводность
- Тепловая конвекция
- Тепловое излучение
Теплопроводность
Теплопроводность является основной формой передачи тепла в твердых материалах, таких как оконные рамы и герметичные кромки стеклопакетов. Количество потерь тепла может быть снижено путем применения соответствующих теплоизоляционных материалов, а также путем снижения количества сплошных материалов, например, за счет применения полых профилей.
Тепловая конвекция
Тепловая конвекция — это передача тепла через движение частиц материальной среды. Чем легче молекулы газа, тем больше они передают тепла. По этой причине межстекольные полости стеклопакетов заполняют тяжелыми инертными газами, такими как аргон. В самых лучших окнах применяют стеклопакеты, заполненные криптоном, молекулы которого еще тяжелее, чем у аргона. Однако криптон намного дороже аргона.
В полном вакууме, конечно, не существует ни конвекции, ни теплопроводности. Однако даже частичный вакуум резко снижает передачу тепла. Когда давление в полости снижается до такого уровня, что молекулы могут двигаться, почти не сталкиваясь одна с другой, то передача тепла снижается линейно со снижением величины давления.
Тепловое излучение
Все вещества излучают электромагнитные волны, спектр которых зависит от их температуры, и поэтому обмениваются энергией со своим окружением. В отличие от теплопроводности и конвекции тепловое излучение происходит также и в вакууме. Так называемые низкоэмиссионные покрытия на стеклах снижают эти тепловые потери. Эти ультратонкие пленки пропускают коротковолновое излучение (свет), но не пропускают длинноволновое инфракрасное излучение (тепловое излучение).
Система герметизации вакуумных стеклопакетов
Материалы, которые применяют для герметизации кромок, должны быть способными поддерживать вакуум внутри стеклопакета. Кроме того, они должны обладать высокими термоизоляционными характеристиками. Эти свойства должны сохраняться в условиях всех воздействий и нагрузок в течение полного срока службы стеклопакета. Это означает, что остаточное давление газа менее, чем 0,001 гПа должно оставаться стабильным в течение более 25 лет и при температуре от минус 40 до 60 ºС.
Кроме того, что эта система герметизации должна «держать» вакуум, она также обязательно должна обладать определенной упругостью. Это дает возможность выравнивать напряжения в ней и, тем самым, предотвращать возникновение трещин при нагрузках на кромки стекол.
Спейсеры вакуумных стеклопакетов
Применяемые в вакуумных стеклопакетах металлические и стеклянные столбики размером менее 0,35 мм являются практически невидимыми с расстояния 1 м. Эти спейсеры, расположенные на расстоянии 30-40 мм друг от друга, обеспечивают коэффициент теплопередачи вакуумного стеклопакета Ug около 0,50 Вт/(м2·К) [2].
Преимущества вакуумных стеклопакетов
Лучшие стандартные стеклопакеты, в которых обычно применяется аргон, имеют коэффициент теплопередачи Ug от 1,3 до 1,1 Вт/(м2·К). Двухкамерные стеклопакеты с криптоном имеют самые высокие теплоизоляционные характеристики (Ug от 0,7 до 0,5 Вт/(м2·К)), но являются чрезмерно дорогими. Кроме того, чтобы достичь коэффициента теплопередачи Ug около 0,50 Вт/(м2·К) эти стеклопакеты должны иметь ширину своих полостей 12-14 мм, что означает, что общая их толщина весьма значительна. Чрезмерный размеры и вес стеклопакетов вызывает проблемы с крепежными и другими деталями окон, например, с петлями. В отличие от двухкамерного стеклопакета вакуумный стеклопакет достигает величины Ug = 0,50 Вт/(м2·К) при меньшем весе и меньшей толщине.
Заключение
В настоящее время промышленные ваккумные стеклопакеты находятся еще в процессе разработки и дальнейшего совершенствования. С выходом на массовое производство они способны значительно повысить тепловую эффективность светопрозрачных конструкций, а также сделать их более легкими и удобными.
Источники:
1. VIG — Vacuum Insulating Glass — 7th International Vacuum Insulation Symposium, Zurich-Dübendorf, 2005.
2. Vacuum Glazing — BINE project, 01/08
Ссылка для источника 2:
https://www.bine./fileadmin/content/Publikationen/Englische_s/projekt_0108_engl_internetx.pdf
Узнать подробнее о вентилируемых фасадах вы сможете тут.
Источник