Продолжение. Начало в журнале "Энергосбережение" № 1/2000 г.

Оконные технологии конца XX - начала XXI века 
(что будет использоваться в России)

А. В. Спиридонов, канд. техн. наук, Ассоциация производителей энергоэффективных окон

На пороге нового тысячелетия нас всегда интересует, что из сегодняшних привычных вещей мы будем использовать и в будущем. В том, что касается оконных технологий, подобные прогнозы интересны в неменьшей степени. Ниже, основываясь на информации о разработках, находящихся в различных стадиях внедрения в массовое производство, попробуем более подробно рассказать о том, что по нашему мнению будет востребовано в самое ближайшее время.

Стекла

Электрохромные

Это регулируемый тип стекла, получаемый с помощью напыления в магнетронных установках. При подаче на стекла напряжения 2-10 В они изменяют светопропускание и пропускание тепловой части солнечной энергии от 100 до 4%. Эти стекла чрезвычайно эффективны в южных регионах и в зданиях, где установлены системы кондиционирования воздуха. По данным фирмы SAGE (США), которая является одним из лидеров в этой области, в настоящее время имеется возможность изготовления электрохромных стекол размером до 1,2х1,8 м, при этом к сегодняшнему дню окна с подобными стеклами нормально работают и после 80 000 циклов включений-выключений электрохромного эффекта. По прогнозам Министерства Энергетики США промышленный выпуск большеформатных электрохромных стекол возможен с 2002 года, при этом их цена не должна превышать при массовом производстве 15-20 долларов за 1 м².

Греющиеся

Этот тип стекол используется уже и сейчас в ряде стран, в которых устойчивый снежный покров наблюдается в течение длительного времени (Канада, Финляндия, Норвегия и др.), для очищения от снега стеклянных покрытий атриумов, зимних садов и пр. Принцип действия таких стекол состоит в нагреве наружного стекла за счет подведения напряжения к токопроводящим пленкам, нанесенным на внутреннюю поверхность стекла. При этом в нормальном состоянии такие пленки должны быть прозрачными. К сожалению, к недостаткам подобных стекол и стеклопакетов следует отнести очень большие энергетические затраты на их работу и значительную стоимость. Так, на светопрозрачном покрытии Старого Гостиного Двора в Москве, где будут установлены около 12 000 м² таких стеклопакетов, рассеиваемая мощность составляет до 300 Вт на 1 м² покрытия. В настоящее время ведутся работы по резкому снижению стоимости таких стекол и повышению их эффективности.

Стекла - солнечные коллекторы

Такие стекла - давняя мечта всех, кто занимается использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Действительно, если бы удалось использовать для получения электроэнергии огромные остекленные поверхности зданий, это позволило бы резко изменить ситуацию с нехваткой энергии, загрязнением городов и т. д. И эта задача не такая уж фантастическая. В этом направлении ведутся очень активные работы, и в первую очередь - в США, Японии, Австралии, ряде арабских стран. По данным Министерства Энергетики США можно ожидать, что к 2010 году подобные стекла уже будут применяться. Сегодня есть и работают фрагменты значительных размеров для непрозрачных частей зданий (Флоридский центр солнечной энергии, США). Есть и полупрозрачные покрытия для светопрозрачных частей ограждений. Основным фактором, сдерживающим использование подобных покрытий и стекол, является их очень высокая на сегодня цена. Однако, есть все основания полагать, что эта цена в ближайшее время начнет снижаться.

Гидрофобные

Так называют стекла, на наружную поверхность которых нанесены специальные покрытия, снижающие возможность загрязнения. Проблема мытья стекол для больших городов, где много зданий со значительными поверхностями остекления, в последнее время стала очень актуальной. Следует сказать, что, например, небоскребы моют постоянно. Расходуются на это значительные средства, что и побудило многие фирмы заняться разработкой покрытий, которые бы отталкивали большую часть грязи. В этом направлении достигнуты значительные успехи (Япония, США, Германия). Промышленное производство таких стекол может начаться уже в следующем году.

Стекла с наливными теплоотражающими покрытиями

Одним из неудобств использования стекол с обычными или пиролитическими теплоотражающими покрытиями является необходимость использования для их получения громоздкого и дорогостоящего технологического оборудования. Ряд фирм занимается в настоящее время разработкой составов, которые могли бы быть распылены на стекла в нормальной среде (например, на уже установленных в квартирах окнах) с помощью элементарных устройств типа распылителей, а после окончания обработки стекло будет иметь теплозащитные свойства. Для нашей страны эта проблема очень актуальна потому, что огромное количество неэффективных окон можно бы было усовершенствовать без их замены. В настоящее время существуют опытные образцы таких покрытий, однако пока их характеристики значительно отличаются от обычных стекол с теплоотражающими покрытиями.

Стеклопакеты

Вакуумные

Работы по созданию принципиально новых стеклопакетов - вакуумных - ведутся необычайно активно во всем мире (Япония, США, Австралия), а фирма "Nippon Sheet Glass" уже выпустила более 100 000 м² таких пакетов. Конструкция вакуумного пакета следующая. Два листа плоского стекла, одно из них (или оба) имеет теплоотражающее покрытие, соединены через узкие - примерно 0,2 мм - рамки. По всему полю стеклопакета между стеклами устанавливаются проставки с низкой теплопроводностью. Пространство между стеклами вакуумировано. Преимущество таких пакетов в том, что они практически исключают конвективную составляющую теплопотерь за счет вакуумирования, а лучистая составляющая снижена за счет использования теплоотражающих стекол. Как показывают расчеты и анализ уже изготовленных стеклопакетов, при использовании хороших теплоотражающих стекол возможно достичь значения сопротивления теплопередаче таких пакетов около 1,5-1,75 м² град./Вт. А если использовать вакуумный стеклопакет в качестве одного из стекол традиционного пакета с еще одним теплоотражающим стеклом, то значение сопротивления теплопередаче может достичь и 2,3 м² град./Вт. За счет того что вакуумные стеклопакеты имеют малую толщину, их можно использовать и для реконструкции существующих окон, заменяя на такой стеклопакет внутреннее стекло.

Стеклопакеты с тепловым зеркалом

Эти стеклопакеты разработаны фирмой "SouthWall Technology" (США) в начале 80-х годов. Конструктивно они представляют собой двухкамерный стеклопакет, в котором среднее стекло заменено на теплоотражающую спектрально-селективную полимерную пленку. Сопротивление теплопередаче стеклопакетов с тепловым зеркалом может достигать значения 1,2 м² град./Вт. В настоящее время продажа таких стеклопакетов на рынке США составляет около 5% от общего объема продаж. Их преимущества довольно очевидны - они имеют хорошие теплотехнические характеристики, малый вес, не требуют больших объемов транспортировки теплоотражающих стекол, т. к. пленка перевозится на фирму-производитель стеклопакетов в рулонах.

Стеклопакеты с заполнением специальными гелями

В таких стеклопакетах в межстекольное пространство помещается специальное вещество с низкой теплопроводностью - прозрачный гель. По предварительным оценкам сопротивление теплопередаче в подобных стеклопакетах может достигать значения 1,5 м² град./Вт. Проблемы при создании стеклопакетов с заполнением гелями следующие: высокая на сегодняшний день стоимость материалов и технологий, нестабильное пока поведение геля при воздействии солнечного облучения, в т. ч. снижение видимости и помутнение. Тем не менее, ряд фирм, которые занимаются разработкой этих стеклопакетов, утверждают, что они предполагают выпустить их на рынок до 2005 г.

Профили

Композитные

В последнее время началась активная разработка совершенно необычных материалов, которые могут быть использованы для изготовления окон. Как правило, это материалы, которые могут быть экструдированы - за последние годы фирмы-изготовители окон поняли удобство таких профилей. Очень любопытно и то, что в качестве материалов для изготовления профилей очень часто используются отходы различных производств. В частности, крупнейший в мире производитель деревянных окон - американская фирма "Andersen", выпускающая около 4,5 млн. окон в год, заказала разработку материала, который бы использовал отходы их основного производства - опилки, стружки и пр. Такой материал был создан, его название "файбротек". Он содержит около 40% опилок, около 60% ПВХ и ряд специальных добавок. Этот материал может экструдироваться на обычных экструдорах для производства ПВХ-профиля для окон, свариваться на обычных сварочных машинах. Его теплотехнические характеристики приближаются к характеристикам дерева. Он так же, как и обычные ПВХ-профили, ламинируется различными цветными пленками. Преимущества "файбротека" понятны - он дешевле, чем ПВХ, технологичен, помогает решать проблемы утилизации материалов.

Кроме этого, используются для изготовления профилей отходы угольной, бумажной промышленностей, другие переработанные материалы. Получаются странные комбинации - алюминий-сталь, ПВХ-алюминий, смолы-алюминий и т. д. А что будет использоваться реально - будущее покажет.

СУПЕРОКНО

Уже более 10 лет одна из ведущих лабораторий в области разработки энергоэффективных светопрозрачных ограждающих конструкций - Лаборатория им. Лоуренса Беркли Калифорнийского Университета совместно с Министерством Энергетики США, Национальным советом по оценке светопрозрачных ограждений, Международным Агентством по экономии энергии разрабатывает проект под названием "Суперокно". Это окно должно включать все современные оконные технологии, такие как спектрально-селективные стекла, эффективные дистанционные рамки, современные профили и т. д. Образцы "Суперокна", которые уже изготовлены, имеют сопротивление теплопередаче около 1,5 м² град./Вт, и это не предел. Конечно, в лабораторных условиях можно сделать все, что угодно, однако, главной задачей данного проекта является подготовка промышленных технологий производства "Суперокон". Проект будет завершен к 2003 г., и, думаю, в это время мы сможем сказать еще об одном "Большом Скачке" в оконных технологиях.

Выше мы практически не упоминали российских специалистов и предпринимателей, а если и упоминали - то не в очень положительном смысле. Так что, в огромной России нет ничего? Да нет же, конечно, есть. Однако, проблема в том, что в отличие от правительств зарубежных наше родное не имеет возможности (а может, и желания) финансировать довольно дорогостоящие разработки, а тем более - их реальное внедрение. И все-таки - и это очень приятно! - у нас такие разработки есть. Ниже будет очень коротко рассказано о некоторых отечественных и совместных достижениях.

В настоящее время в России действуют уже 2 крупных завода по производству теплоотражающего стекла - "Прогресс" в Саратове и "Завод архитектурного стекла" в Санкт-Петербурге. Существует и ряд небольших производителей теплоотражающего стекла. Московская фирма "Инкомстекло" предполагает в недалеком будущем совместно с украинскими коллегами установить большую линию по напылению стекла в Москве или области. Фирма "БАМО-стройматериалы" совместно с правительством Московской области прорабатывает проект создания еще одного аналогичного завода в Солнечногорске.

В Москве фирмой "Квадропак" выпускается теплоотражающая полимерная пленка, которая может быть установлена в стеклопакеты в качестве теплового зеркала. Фирма "Метробор" в Санкт-Петербурге начала выпуск стеклопакетов с тепловым зеркалом по американской технологии. Один из конверсионных институтов разработал и в настоящее время заканчивает отладку технологии для массового производства вакуумных стеклопакетов.

Существует целый ряд современных производств, пожалуй, ничем не отличающихся от западных, окон из ПВХ, дерева, алюминия. Современные ПВХ-профили, профили из алюминия с термовставками уже давно успешно производятся во многих регионах России. В заключение следует отметить, что необходимая информация о всех перечисленных и многих других разработках и оконных технологиях имеется в Ассоциации производителей энергоэфффективных окон (АПРОК).

Тел. (095) 482-4460