Фасадное остекление.
Всем известно, что стекло в качестве строительного материала применяется уже в течение многих сотен лет. И в последнее время стекло становится одним из самых актуальных строительных материалов настоящего и будущего, приобретая гораздо больше функций, чем оно выполняло раньше. Но, несомненно, два его основных назначения, прикладное и художественное, останутся, хотя и существенно видоизменившись под влиянием современных тенденций в строительстве и архитектурном дизайне.
Наблюдается и постепенное изменение и понятия и назначения самого окна, которое уже перестает быть только функциональным проемом в стене, позволяющим естественному свету проникнуть снаружи в помещение. Сейчас современные инженерные решения делают внешнюю окружающую среда неотъемлемой, а иногда и одной из самых важных составляющей интерьера, а усилия архитекторов направлены на достижение полной гармонии стекла и бетона в проектах зданий.
Среди самых главных причин неуклонно возрастающего спроса на различные разновидности стекла в строительстве часто называют увеличение взаимодействия потребителей (строительных организаций и пр.) и разработчиков технологий получения и обработки стекла. Более тесное сотрудничество способствует выработке новых направлений в технологиях изготовления стекла с заданными характеристиками, поскольку современность и появление новых, все более строгих стандартов в области применения изделий из стекла, требует как гармонизировать стекло с внешней средой, так и учитывать условия окружающей среды.
Многие результаты такого нового подхода к использованию стекла уже стали вполне привычными, так, в зданиях с цельностеклянными фасадами достигнуто стремление многих архитекторов стереть грань между интерьером и внешней средой, и это стало возможными исключительно благодаря стеклу.
Роль стекла в фасаде
Существенным элементом абсолютно любого здания является его внешняя сторона - фасад, который не только является “лицом” сооружения и определяет его стиль, но и способен создать комфортный микроклимат, существенно снизить общее потребления электроэнергии и гарантировать надежную защиту от влияния внешней среды при постоянно изменяющихся климатических условиях.
Разумеется, составляющей частью фасада всегда было окно. Через него обеспечивается естественное освещение помещений, а, соответственно, комфортный микроклимат внутри, вентиляция, защита от проникновения нежелательных “гостей”. Кроме того, внешний вид окна подчеркивал тот или иной архитектурный стиль как фасада – с внешней стороны, так и интерьера – с внутренней.
Стекло и солнечное излучение
Но через оконные проемы в помещение проникает и активное солнечное излучение, которое не только заставляет увеличить кондиционирование, но и оказывает негативное влияние на находящихся внутри людей. Вследствие этого могут проявиться такие эффекты, как ухудшение общего самочувствия, снижение жизненной и физической активности, медленное или неправильное восприятие информации и пр. Чтобы это предотвратить, необходимо уменьшить активность попадающего в помещение солнечного света. Это можно сделать, подобрав соответствующее остекление оконных проемов, например, установив тонированные (окрашенное в массе) стекла или стекла со специальными покрытиями.
Но окрашенное в массе темное стекло, хоть и нравится потребителям, но малоэффективно с точки зрения функциональности. Дало в том, что такое стекло поглощает видимое и ИК излучение, что вызывает его нагревание и делает тем самым источником направленной в обе стороны тепловой энергии.
Второй вариант, нанесение покрытий, обеспечивает дополнительные возможности применения стекла – покрытия не поглощают солнечную энергию, а, наоборот, отражают большую часть излучения, да и спектр разновидностей стекол с покрытиями довольно широк.
Аспекты получения стекол с покрытиями
Разработано много технологий получения покрытия, но, независимо от способа, к системе “стекло-покрытие” предъявляются такие требования:
- максимальный коэффициент отражения при наибольшем коэффициенте пропускания в видимом диапазоне;
- высокая механическая и оптическая стойкость;
- малая величина поглощения в рабочем диапазоне;
- постоянство коэффициента преломления (h).
Способы получения пленочных покрытий
Экономическая эффективность нанесения покрытий оценивается с точки зрения свойств, которыми должно обладать готовое стекло.
Используемые в настоящее время технологии нанесения покрытий делятся на физические (плазменное распыление в разряд магнетроном) и химические (золь-гель технология, пиролиз).
Стекла с покрытием физическим способом изготавливаются путем осаждением металла на поверхность стекла в вакуумной камере при высоком напряжении и использованием специальных устройств — магнетронов. Сам процесс происходит в электрическом поле между анодом и катодом. Поток электронов ударяется о поверхность материала покрытия (титан) и выбивает из него атомы, которые на огромной скорости внедряются в поверхность стекла.
Золь-гель технология заключается в окунании стекла в пленкообразующий раствор со сливом по определенной методике и последующей термообработкой. Получение покрытия пиролизом производится в процессе изготовления путем распыления по поверхности стекла, к примеру, четыреххлористого титана (TiCl4), который разлагается при соприкосновении с нагретой поверхностью стекла. При этом его летучие составляющие удаляются, а оксид титана становится частью стекла – его молекулы, аналогично с золь-гель технологией, становятся частью поверхности стекла. В результате как пиролиза, как и золь-гель технологии, на стекле образуется твердое покрытие.
Что касается стоимости, то затраты на подготовительные работа по обоим способам равны, а вот непосредственное нанесение покрытий физическим способом в 3-4 раза дороже покрытий, получаемых химическим способом. При этом оксидное покрытие является “твердым”, а металлизированное - “мягким”.
В УкрГИС было разработано интерференционное покрытие произвольной толщины и размером 1000 х 2000 мм, которое образуется по золь-гель технологии методом окунания. В результате проведение физико-математического моделирования солнцеотражающих покрытий было установлено, что наибольший коэффициент отражения при максимальном уровне светопропускания обеспечивают именно интерференционные покрытия на основе титана и его оксидов. Таким образом, полученное стекло с двусторонним одно- и многослойными покрытиями сочетает эти коэффициенты, причем применение именно золь-гель методика является наиболее простой технологией синтеза пленкообразующих растворов, а также позволяет получить разнообразные составы. Конечно, характеристики системы “стекло-покрытие” отличаются в зависимости от конкретной технологии получения покрытия. Так, был проведен сравнительный анализ оптических свойств стекол с покрытиями на основе титана, полученными химическим (золь-гель технология, пиролиз) и физическим (плазменное распыление в разряд магнетроном) способами.
Характеристики системы “стекло-покрытие” были исследованы на следующем оборудовании:
- эллипсометр ЛЭФ-3М: точность определения показателя преломления - ± 0,02, толщины покрытия - ± 5 нм,
- спектрофотометр “Пульсар” - коэффициент отражения и светопропускание в интервале до 1100 нм,
- на ИКС-29 - коэффициент отражения в ИК-диапазоне,
- рефрактометр ИРФ-32 - показатель преломления ПОР n1.
Результаты исследования:
1. что в исследуемых растворах концентраций оксида титана до 8,0% и оптических толщин 110 нм получены близкие значения n с точностью 0,01-0,02.
2. для растворов 10 и 16% и оптических толщин более 110 нм значения показателя n меньше.
Полученные данные связаны как с большой вязкостью растворов и толщиной получаемых покрытий, так и с недостаточной термообработкой, которая не снижает пористость покрытия.
3. При изучении характеристик старения ПОР и покрытия была получена хорошая воспроизводимость оптических характеристик (см. табл. 2).
4. При увеличении вязкости ПОР с 0,951 до 1,802 мм2/с, толщина покрытия увеличивается на 50-60 нм.
Синтез многослойных систем выполнялся на стекле с показателем преломления 1,517 из ПОР “возраста” 10 суток состава Bi2O3-Fe2O3-TiO2 соотв. концентраций 22, 25, 53%.
Исследования профилей взаимного распределения частей подложки стекла и покрытия при термохимической диффузии показали, что наиболее интенсивный коэффициент диффузии 6.10-10 см2/с с энергией активации 115 кДж/моль соответствует ионам натрия стекла, которые уменьшают коэффициент преломления при растворении в покрытии.
Граница между слоями резкая, поскольку при наложении одного слоя на другой с промежуточной термообработкой активность диффузии между слоями невелика. Неровность поверхности предыдущего слоя не влияет на качество последующего слоя.
Золотисто-бронзовый оттенок покрытия объясняется природой одновременного присутствия ионов титана и железа в ПОР и затем — в покрытии. Ионы TiIV, обладающие значительной поляризирующей силой, изменяют координационное состояние перехода FeII к FeO4. В результате в покрытии создаются красящие железо-титановые образования: FeII-O-TiIII или FeII-O-TiIV. В ходе термообработки переходящие из стекла в покрытие слабо связанные ионы натрия образуют группы [TiO6/2]2- Na2+, которые вызывают разрушение красящего комплекса. Это явление стало причиной того, что в системах для остекления оконных проемов зданий, которые разрабатываются УкрГИС, первым слоем является слой на основе тетраэтоксисилана – он способствует прочности сцепления последующих слоев на основе тетрабутоксититана с основой и предотвращает диффузию ионов натрия из подложки в покрытие.
Термообработка проводилась при температуре 350-400°С со скоростью нагрева — 5°С/мин и выдержкой в течение 30-минут.
Получена многослойная система интерференционных оксидных покрытий на основе градиента n и d (интегральное значение d соответствует I/4 для I = 5000 нм). Схема системы имеет вид НВВ”4В, где
Н — покрытие на основе тетраэтоксисилана (n~1.475);
В — покрытие на основе тетрабутоксититана (n=1.953-2.236);
B’ — покрытие на основе тетрабутоксититана с модификаторами — оксидом висмута и хлорида железа Bi2O3-Fe2O3-TiO2 (n=2.148-2.256)
Все химические методы получения покрытий в какой-то мере аналогичны по применению реактивов в пленкообразующих растворах и по режимам последующей термообработки, но при этом значениие h выше в покрытиях, полученных по золь-гель способу, чем при пиролизном способе. Возможной причиной отличия является присутствие применяемых соединений, а также связанных гидроксильных и карбонатных групп.
Таким образом, в результате исследований для покрытий выявлено различие коэффициентов преломления, которые определяют как природу пленок, так и особенность их действия. Итогом работы стал следующий вывод: для создания высокоэффективных систем интерференционных пленочных покрытий на стекле по своим свойствам (физико-механическим и оптическим) лучше всего подходят покрытия, изготавливаемые по золь-гель технологии.
На базе теоретических разработок была создана опытная установка и разработан комплект технической документации на опытно-промышленную технологию изготовления стекла с однослойным двусторонним солнцеотражающим покрытием, производительность оборудования – ок. 100 тыс. м2 в год.
Данная опытно-промышленная технологическая линия состоит из следующих компонентов:
- накопитель исходного стекла с пневматически сбалансированным механизмом;
- станция очистки стекла, мойки, сушки и контроля качества поверхности;
- участок приготовления ПОР, нанесения и гидролиза покрытий;
- участок термообработки пленки с независимой транспортной развязкой и механизмом разгрузки;
- блок конечных операций и складирования продукции.
Всем известно, что стекло в качестве строительного материала применяется уже в течение многих сотен лет. И в последнее время стекло становится одним из самых актуальных строительных материалов настоящего и будущего, приобретая гораздо больше функций, чем оно выполняло раньше. Но, несомненно, два его основных назначения, прикладное и художественное, останутся, хотя и существенно видоизменившись под влиянием современных тенденций в строительстве и архитектурном дизайне.
Прямой эфир
5 дней 3 часа назад
1 неделя 1 день назад
3 недели 5 часов назад
3 недели 5 часов назад
3 недели 1 день назад
3 недели 1 день назад
10 недель 1 день назад
10 недель 2 дня назад
13 недель 5 дней назад
13 недель 5 дней назад