Вакуумные стеклопакеты — конструкция и особенности

При стабильно растущих ценах на газ, централизованное отопление и электричество энергоэффективность окон является одной из основных характеристик, и ей уделяется больше всего внимания. За последние годы в этой сфере было внедрено достаточно много инноваций – использование I- и k-стекол, утепление при помощи энергосберегающих пленок, закачка внутрь камер инертного газа, но вакуумные стеклопакеты превзошли все предыдущие технологии.

Внедрение этого изобретения позволит не только повысить энергоэффективность, но и уменьшить вес и толщину всех оконных конструкций. Эта инновация пока дорабатывается, хотя уже сегодня можно приобрести вакуумные оконные конструкции. Лидирует в этой области Япония, но Россия, Китай и Германия также активно двигаются в этом направлении.

Что представляют собой вакуумные стеклопакеты

Технологию, послужившую основой для изготовления вакуумных стеклопакетов, позаимствовали из производства герметично запаянных колб для термосов, из которых откачан воздух. То есть было использовано одно из главных свойств вакуума – его нулевая теплопроводность. Стекла в таких элементах оконных конструкций находятся на расстоянии 0,2-0,7 мм друг от друга. Такой незначительной вакуумной прослойки вполне достаточно, чтобы уменьшить теплопередачу между улицей и внутренними помещениями. Благодаря использованию этой технологии удалось:

• рекордно уменьшить значение коэффициента теплопроводности;
• улучшить звукоизоляцию;
• увеличить светопропускную способность энергоэффективных окон.

Сейчас для обеспечения герметичности при изготовлении вакуумных стеклопакетов вся конструкция по контуру изолируется рамками из стеклоприпоя. При этом активно ведется разработка эластичного герметика, который был бы способен выдержать давление атмосферы. Однако пока используется специальная стеклянная паста, выступающая в роли герметика и имеющая температуру размягчения 350 °C.

Чтобы стекла толщиной 4-5 мм могли по всей своей площади выдержать атмосферное давление, между ними требуется установка специальных распорок. Диаметр этих элементов сопоставим с шириной вакуумной прослойки. Распорки расположены друг от друга на расстоянии, которое не затрудняет обзор из окон.

Перспективы вакуумных стеклопакетов

Окна, стеклопакеты для которых изготовлены по вакуумной технологии, имеют блестящие перспективы даже с учетом существующих проблем. Коэффициент теплопроводности Ug у трехслойного остекления в среднем составляет около 0,7 Вт/(м²K). Если провести сравнение, то обычный двухкамерный стеклопакет проигрывает по этому параметру вакуумной модификации, у которой Ug варьируется в пределах 0,45-0,5 Вт/(м²K).

Значит, энергоэффективность вакуумного стеклопакета на 40-50% выше. На сегодняшний день разработаны и уже производятся модели этого типа, имеющие толщину всего 6 мм, которые обладают такой же теплоизоляцией, как и 100-миллиметровая плита стекловаты. Максимально приближенный коэффициент теплопроводности только у двухкамерных стеклопакетов с инертным газом и двумя I- или k-стеклами.

Комбинированные стеклопакеты

Для климатических условий России базовые модификации вакуумных стеклопакетов не подходят. Исключение составляют южные регионы. Проблема заключается в том, при сильно отрицательных температурах в краевой зоне вакуумных стеклопакетов обильно выпадает конденсат. Проблема была решена путем сращивания обычного стеклопакета толщиной 16 мм с вакуумным. Такая «гибридная» конструкция значительно увеличивает энергоэффективность окон и исключает выпадение конденсата.

Недостатки вакуумных стеклопакетов

Поскольку эта технология стала активно разрабатываться и внедряться сравнительно недавно, до совершенства ей еще далеко. К основным минусам вакуумных стеклопакетов следует отнести:

• хрупкость конструкции, снижающая уровень безопасности;
• высокая стоимость изделий из-за сложности производственного процесса;
• проблемы с разгерметизацией и попаданием через микротрещины воздуха внутрь камер.

Над устранением недостатков регулярно ведется работа, и некоторые проблемы частично решены. Китайцы уже изобрели гибкое краевое соединение, имеющее хорошую устойчивость к температурным колебаниям. Благодаря этому частично решен вопрос с разгерметизацией. Помимо этого китайским специалистам удалось в 2016 году разработать противоударное стекло «LandVac». Однако производство стеклопакетов этого типа с улучшенными характеристиками требует серьезных материальных затрат, поэтому пока инновационный продукт рассчитан исключительно на состоятельных покупателей.

Вакуумные стеклопакеты запущены в массовое производство

На выставке Glasstec 2016, самой масштабной в области стекольной промышленности, состоявшейся в Германии в Дюссельдорфе, китайская компания Landglass представила на всеобщее обозрение новый продукт – LandVac – вакуумные стеклопакеты из закаленного стекла. Что это такое и каковы технологии его изготовления, рассказывает портал ОКНА МЕДИА.

Фото: Стенд компании LandGlass
 

Вакуумные стеклопакеты – история появления

Вакуумные стеклопакеты тема не новая на рынке стекольной промышленности и обсуждается уже более 10 лет. Первый вакуумный прототип стеклопакета был разработан специалистами Сиднейского университета в 90-е годы. Технология вакуумного стеклопакета была позаимствована из производства термосов.

Бывший доцент кафедры физики Пекинского университета господин Тан (Tang Jianzheng) во время своего пребывания в университете Сиднея добился небывалого успеха в области изучения вакуумного остекления и стал первым в мире изобретателем вакуумного стеклопакета. За это господин Тан был удостоен австралийской награды «Наука и техника» и выиграл ряд зарубежных патентов. Tang Jianzheng основал компанию Qingdao Synergy Technology Co., Ltd, в которой разработал первую часть вакуумного стеклопакета. Позже, в 2001 году, в Пекине была создана Synergy Vacuum Glazing Technology Co., Ltd, в которой господин Тан последовательно выступал в качестве руководителя, технического директора и главного научного сотрудника научно-исследовательского института Синергия.

В конце 90-х японская компания Nippon Sheet Glass первая запустила коммерческое производство вакуумных стеклопакетов.

На тот момент это была конструкция из 2 листовых стекол на расстоянии 0.2 мм друг от друга, скрепленных металлическими распорками диаметром 0.4 мм и размерами до 2000*1000 мм.

Вакуумный стеклопакет с применением закаленного стекла широко известен своими теплоизолирующими, звукоизоляционными и энергосберегающими свойствами, но имеет низкую степень защиты от ударов, что ограничивает сферу его использования, главным образом, в архитектуре зданий. Эту проблему решили китайские производители стекла.

Китайской компании LandGlass удалось выйти на принципиально новый уровень производства вакуумных стеклопакетов. Новый продукт представляет собой стеклопакет, который состоит из двух или более листов флоат-стекла, соединенных в шахматном порядке в шаг через каждые 5 см вставками, толщиной до 1 мм и шириной до 6 мм. Таким образом, между стеклами создается вакуумная камера.

Новые свойства вакуумных стеклопакетов

Обеспечить безопасность вакуумного стеклопакета — трудная задача для стекольной промышленности, которую не удавалась решить на протяжении многих лет. С 2007 года более 100 высококвалифицированных инженеров и ученых интенсивно работали над технологией производства вакуумного стеклопакета. В августе 2016 компания LandGlass Technology Co.Ltd, специализирующееся на развитии и производстве печей для изготовления стекла, выпустила вакуумный стеклопакет из закаленного стекла под названием «LandVac», обладающего противоударными свойствами.

Фото: вакуумное стекло

С помощью эксклюзивной технологии низкотемпературной сварки поверхностное натяжение закаленного стекла превышает 90 мегапаскалей (Mpa), что улучшило его силу сопротивления ветру и противоударные свойства

Преимущества LandVac с применением закаленного стекла

В отличие от традиционной технологии герметизации LandVac применяет гибкое краевое герметичное соединение, которое имеет гораздо более высокую термическую стойкость против теплового расширения или сжатия, что делает его более прочным и устойчивым к разнице температур между внутренней и внешней поверхностями.

Коэффициент теплопередачи LandVac остается постоянным, независимо от того, уставлен горизонтально или под углом.

Благодаря вакууму в межстекольном пространстве, проводимость и конвекция тепла между стеклами практически равно нулю. Кроме того, Low-E покрытие отражает более 85% инфракрасного излучения обратно в комнату и уменьшает U- значение до 0.48 Вт / (м2*К). Поэтому вакуумные стеклопакеты предотвращают почти все потери тепла от теплопроводности, конвекции и излучения. Кроме того, в стеклопакетах LandVac отсутствует дистанционная рамка, что делает их легче и сводит к нулю возможность появления тепловых мостов и конденсации водяного пара. Превосходная теплоизоляция сохраняет внутреннюю поверхность стекла свободной от образования конденсата, даже если температура снаружи падает до -40 С.

Фото: стеклопакет LandVac

Вакуумный стеклопакет обладает еще одним преимуществом – звукоизоляцией. LandVac эффективно блокирует проникающие звуки средних и низких частот, таких как дорожно-транспортные и строительные шумы. Закаленное стекло с вакуумной изоляцией LandVac позволяет снизить уровень шума за окном на 39 дБ, в то время как обычное ламинированное стекло всего на 29 дБ.

LandVac благодаря высокой теплоизоляции эффективно снижает затраты на систему ОВК (отопление, вентиляция, кондиционирование) и потребление энергии. Помимо этого тонкая конструкция и длительный срок эксплуатации вакуумного стеклопакета (более 25 лет) позволяет сократить расходы на транспортировку, установку и замену. Но есть и один недостаток стекла LandVac — при ближайшем рассмотрении видны небольшие вкрапления почти на каждые 50 см.

Прорыв китайской промышленности в области вакуумных стеклопакетов

Вакуумный стеклопакет из закаленного стекла LandVac можно называть большим прорывом в стекольной промышленности. Именно китайские ученые и инженеры смогли вывести формулу и создать качественно новый продукт на рынке стекла

Защищенность вакуумного стеклопакета соответствует стандартам безопасности, не требует ламинирования, и может стать хорошим выбором для перспективного остекления жилого и коммерческого жилья и фактором снижения вреда для окружающей среды.

ОКНА МЕДИА рекомендует: Инновационные разработки на выставке Glasstec

Вакуумные стеклопакеты — «стеклопакетами с откачанным воздухом»

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 U_g (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 U_g около 0,50 Вт/(м²·К) [2].   

Преимущества вакуумных стеклопакетов

Лучшие стандартные стеклопакеты, в которых обычно применяется аргон, имеют коэффициент теплопередачи U_g от 1,3 до 1,1 Вт/(м²·К). Двухкамерные стеклопакеты с криптоном имеют самые высокие теплоизоляционные характеристики (U_g от 0,7 до 0,5 Вт/(м²·К)), но являются чрезмерно дорогими. Кроме того, чтобы достичь коэффициента теплопередачи U_g 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 U_g = 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 projectinfo, 01/08

Ссылка для источника 2:

http://www.bine.info/fileadmin/content/Publikationen/Englische_Infos/projekt_0108_engl_internetx.pdf

Узнать подробнее о вентилируемых фасадах вы сможете тут.

Вакуумные стеклопакеты. Окна Германии

Энергоэффективность является приоритетной задачей современного мира, основная цель которой сократить количество использования энергии при сохранении того же уровня обеспеченности зданий и производств.

Оконные конструкции зданий являются местом, через которое происходят основные утечки тепла, их усовершенствованию уделяют огромное внимание. Оконный рынок стремительно развивается.

Так как стеклянная часть оконной конструкции самая большая (около 80% оконного проёма), именно её теплоизолирующие свойства отвечают за конструкцию в целом.

Современные энергосберегающие стеклопакеты достигли невероятных показателей теплоизоляции благодаря специальным низкоэмиссионным покрытиям, инертным газам внутри стеклопакета, качественной герметизации и тёплым дистанционным рамкам. Не смотря на достигнутый результат, специалисты в отрасли светопрозрачных конструкций продолжают поиски новых решений для повышения теплоизоляционных характеристик. Многие специалисты сходятся во мнении, что самой перспективной новинкой на рынке являются вакуумные стеклопакеты.

Вакуумные стеклопакеты (2016 год)

В 2016 году в Дюссельдорфе на специализированной выставке были представлены вакуумные стеклопакеты из закалённого стекла LandVac, разработанные ведущими китайскими инженерами.

Стоит отметить, что вакуумные стеклопакеты не являются абсолютной новинкой. Ещё с 90-х годов прошлого века шло обсуждение данной технологии. На создание вакуумных стеклопакетов специалистов натолкнула технология изготовления термосов.

Первый вакуумный стеклопакет разработали инженеры университета Сиднея.

В 1997 году было запущено первое производство вакуумных стеклопакетов на коммерческой основе. Но определённые сложности технологии, а также ограничения в использовании таких стеклопакетов не позволили им получить массовое распространение.

 

Особенности конструкции вакуумных стеклопакетов

Вакуумный стеклопакет принципиально отличается от стандартного. Два стекла расположены на расстоянии миллиметра друг от друга. Из этого зазора откачивают воздух.

Для того, чтобы создать вакуум между стёклами и противостоять атмосферному давлению, в пространство между стёклами равномерно вставляют маленькие распорки. Диаметр распорок минимальный, составляет 0,5 мм, благодаря чему он практически не искажает вид и не снижает уровень светопропускания.

К преимуществам вакуумных стеклопакетов стоит отнести высочайшие тепло- и звукоизоляционные свойства, а также существенно меньший вес стеклопакета. Именно сниженный вес конструкции и небольшая ширина стеклопакетов дают основания для поиска отдельных решений оконного профиля и фурнитуры специально под вакуумные стеклопакеты.

 

Компания LandGlass из Китая

Создала уникальный вакуумный стеклопакет. Именно китайским вакуумным стеклопакетам прогнозируют большое будущее. Стеклопакет включает в себя два или более стёкол, скреплённых одно с другим вставками в шахматном порядке через каждые 5 см. Диаметр вставки до 1 мм, ширина – до 4 мм (расстояние между стёклами).

В стеклопакете LandVac используется закалённое стекло, которое позволило сделать вакуумный стеклопакет прочным. Поверхностное натяжение стекла составляет 90 Мпа и обеспечивает высочайшую прочность и устойчивость к ветровым нагрузкам. Гибкое краевое соединение способствует повышению термической стойкости.

По сравнению с другими вакуумными стеклопакетами, где ширина вакуумной камеры была минимальная (1 мм), в данном стеклопакете ширина вакуумной камеры увеличена до 4 мм. Такая ширина вакуума привела к тому, что передача тепла между стёклами практически нулевая. Образование конденсата исключено.

Кроме того, вакуумные стеклопакеты обладают высокой звукоизоляцией, низкие и средние частоты стеклопакет практически не пропускает, а высокие частоты — существенно гасит. Уровень шума снижается на 39 дБ.

Компания LandGlass предлагает вариант двойного остекления вакуумными стеклопакетами. Конструкция такого остекления сложная, напоминает сэндвич: два стекла с вакуумным соединением – прослойка воздуха – ещё одно стекло. Конфигурация и ширина такого стеклопакета позволяют без проблем заменить стандартные двухкамерные стеклопакеты с воздухом или инертным газом.

Благодаря высоким теплоизоляционным свойствам вакуумные стеклопакеты позволяют существенно сократить расходы на отопление, вентиляцию и кондиционирование помещений. Меньший вес конструкции гарантирует простоту транспортировки и монтажа.

Недостатком вакуумного стеклопакета является, то что при внимательном рассмотрении заметно наличие распорок между стёклами, но это существенно не влияет на обзор из окон.

Конечно же, высокая стоимость производства таких стеклопакетов является недостатком и замедляет массовое распространение. Но несомненно, вакуумные стеклопакеты LandVac признаны прорывом на рынке стекла.

0 0 голоса

Оценка

Нас рекомендуют

Вакуумный стеклопакет: вся правда, особенности / Полезная информация — Деметра — Группа Компаний Деметра

Стеклянная часть любой оконной конструкции занимает около 80% от всего оконного проема, поэтому именно ее теплоизоляционные свойства отвечают за окно и всю систему в целом.

Современные энергосберегающие стеклопакеты имеют уникальные показатели теплоизоляции за счет специальных низкоэмссионных покрытий, надежную герметизацию, инертные газы внутри стеклопакета, а также теплые дистанционные рамки. 

Несмотря на успех, производители продолжают искать новые решения и работают над улучшением теплоизоляционных свойств. Многие эксперты утверждают, что самая перспективная инновация сегодня – это вакуумный стеклопакет.

Конструкционные особенности вакуумных стеклопакетов

В межстекольном пространстве таких конструкций нет воздуха (инертного газа), что придает им отличные изоляционные свойства, минимизирует оптические искажения и улучшает светопропускные характеристики. В подобных стеклоблоках стекла находятся очень близко друг к другу (в долях миллиметров). Чтобы стекла не «схлопывались» между собой, в пространстве между ними размещаются металлические или керамические микро-распорки под названием пиллары. Очевидно, что конструкция подобных стеклоблоков радикально отличается от привычных изделий, которыми оснащаются ПВХ окна.

Особенности применения

Вакуумный стеклопакет пока не применяется повсеместно из-за нескольких факторов. Первый из них – слишком высокая стоимость (так как дешевой технологии производства пока не создано). Вторая причина в эстетической составляющей. Стеклопакеты толщиной около 8 мм не очень хорошо гармонируют со стандартным ПВХ профилем, а профилей соответствующих по толщине с надежными теплоизоляционными свойствами пока не производятся.

Чаще всего такие стеклоблоки устанавливают в гибридные светопрозрачные конструкции вместо одного из стекол, да и то только в оправданных случаях (из-за высокой стоимости). Установка такой конструкции может быть оправдана только хорошей теплоизоляцией. 

Преимущества и недостатки

Вакуумный стеклопакет отличается высокими энергосберегающими характеристиками. За счет увеличенной ширины вакуумной камеры у таких конструкций практически исключается теплопередача, несмотря на то что она все же присутствует через мини-распорки. Через вакуум не передается звук (уровень шумов снижается на 39 дБ). За счет меньших размеров, по сравнению со традиционными стеклопакетами, облегчается вес оконной системы.

Из недостатков можно выделить визуально заметные распорки между стеклами (видны при детальном рассмотрении), а также высокую цену конструкции, из-за чего сдерживается ее массовое применение.

Какие перспективы?

Несмотря на ряд сложностей, технология относится к числу революционных и может активно использоваться в дальнейшем. Эксперты отмечают, что такие свойства вакуумных конструкций как легкий вес и высокие светопропускные способности по потребительским свойствам подходят для домов с низким энергопотреблением.

Многие ученые мира ведут работу над разработкой профильной системы, которая будет подходить по размерам под вакуумные стеклопакеты. Вероятно, что в будущем, технология производства выйдет на новый уровень.

новый уровень развития оконных технологий — Окна.ua

Почему вакуумные стекла (VIG, Vacuum Insulated Glass) становятся актуальными сегодня

Дело все вот в этом графике, который демонстрировался в разных докладах.

График демонстрирует, что для улучшения теплотехнических показателей стеклопакета необходимо увеличивать количество стекол. Данные из доклада Карина Либа и Конрада Хубера (Karin Lieb, Konrad Huber), Rosenheimer Fenstertage 2018 Фото: IFT Rosenheim

Физика процесса такова, что для улучшения теплотехнических показателей стеклопакета необходимо увеличивать количество стекол в стеклопакете. Только недавно совершили рывок и вывели стеклопакет и энергосбережение на первое место по важности и привыкли к «толстым» двухкамерным газонаполненным стеклопакетам. Но что же дальше? Четыре и больше стекл увеличивают вес створки и снижают количество естественной освещенности помещения. Попытки заменить внутренние стекла на пленки не увенчались успехом (сейчас такой продукт производится в ограниченных количествах).

Вакуумные стекла могут стать следующей технологией в развитии светопрозрачных конструкций и энергоэффективности

Андрей Лесьо
основатель и CEO платформы OKNA.ua

Вакуумные стекла (Vacuum glass (VG) или Vacuum insulated glass (VIG)) — предлагаю использовать термин «вакуумные стекла», а не вакуумные стеклопакеты из-за их толщины и возможности различать обычные стеклопакеты от стеклопакетов с вакуумными стеклами. При самостоятельном применении или в составе стеклопакетов с использованием селективных стекл (i-стекла или low-e стекла) могут стать следующей технологией в развитии светопрозрачных конструкций и энергоэффективности. Они способны обеспечить ощутимое уменьшение теплопроводности U при весе и светопропускании, сопоставимом с традиционными стеклопакетами. Без дополнительной нагрузки и увеличения толщины стеклопакетов, а значит с сохранением фурнитуры и монтажной ширины рам, можно получить существенный прирост теплоизоляционных характеристик окна.

Схема вакуумного стекла Фото: Commercialwindows.org

Стандарты

На вакуумное стекло существует стандарт (проект), правда не европейский, а международный.
Это означает, что на момент написания статьи невозможно получить CE сертификат на такую продукцию.

ISO 19916-1, проект, финальная версия Фото: IFT Rosenheim

Энергоэффективность нового уровня: чего можно добиться с применением VIG

U_g вакуумного стекла (VIG) равняется 0,4, R = 2,5. Это на 78% лучше, чем двухкамерный стеклопакет с двумя i-стеклами и аргоном. При использовании вакуумного стекла в составе однокамерного стеклопакета R стеклопакета повышается до 3,2 — 3,3 при использовании аргона и криптона.
В случае применения VIG в двухкамерном стеклопакете толщиной 41 мм с наполнением криптоном R повышается до фантастического значения 4,5. Это на 221% лучше, чем 4i-14Ar-4-14Ar-4i стеклопакет. И в середине стеклопакета тепловая изоляция на 36% лучше, даже чем минимальные действующие нормы для утепленных стен в первой климатической зоне Украины!

Сравнительная таблица значений R и Ug двухкамерного стеклопакета с двумя i-стеклами, вакуумного стекла (VIG) отдельно и VIG в составе однокамерного и двухкамерного стеклопакетов Фото: OKNA.ua

Звукоизоляция: VIG vs триплекс

Еще одно важное свойство вакуумного стекла — звукоизоляционные характеристики. Звукоизоляция такого стекла, как показано в докладе Питера Шобера (Peter Schober, Holzforschung Austria, Wien Ulrich Pont, TU Wien), сравнима с триплексом со стеклами аналогичной толщины. Т. е. применение VIG в составе стеклопакета приводит к улучшению звукоизолирующих характеристик в тех же случаях, где для этого применялся триплекс.

Звукоизоляция вакуумного стекла, по данным доклада Питера Шобера (Peter Schober, Holzforschung Austria, Wien Ulrich Pont, TU Wien), сравнима с триплексом со стеклами аналогичной толщины Фото: IFT Rosenheim

Кого коснутся изменения с переходом на вакуумные стеклопакеты

При переходе на VIG технологию в первую очередь изменения коснутся производства стеклопакетов.

Вакуумное стекло потребует:

• ○ дополнительного оборудования
• ○ дополнительных площадей
• ○ увеличения времени производства.

Кроме того, улучшенный стеклопакет с U_g 0.4…0.22 потребует улучшения самой проблемной зоны окна — краевой зоны примыкания стеклопакета к профилю. Чтобы краевая зона не сводила на нет все усилия по улучшению теплоизоляционных характеристик окна, края стеклопакета придется прятать глубоко в профильную систему. Это повлечет за собой внесение изменений в профильные системы всех типов окон и еще большие изменения в фасадные системы.

Окно с вакуумным стеклопакетом. Из доклада Питера Шобера (Peter Schober, Holzforschung Austria, Wien Ulrich Pont, TU Wien) на Rosenheim Window & Facade Conference Фото: IFT Rosenheim

Рассматриваются и возможные изменения в фурнитуре, прежде всего в типах открывания. Хотя при переходе к использованию вакуумных стеклопакетов острой необходимости в этом нет.

Может так случиться, что покупатели окон снова начнут использовать словосочетание «вакуумные стеклопакеты», SEO специалисты подтянут запросы, публикуя тексты копирайтеров, наполненные мифами. Но все это уже может иметь под собой основание.

Будет переход на VIG быстрым или медленным, покажет время.

IFT Rosenheim провел ряд лабораторных испытаний вакуумных стеклопакетов, и теперь проводятся полевые испытания. Хотя технология достаточно сырая, первые объекты с использованием вакуумных стекол в стелопакете уже эксплуатируются.

Подготовлено по материалам конференции IFT Rosenheim.

Прошлое и настоящее вакуумных стеклопакетов — Журнал о строительстве и ремонте

 90-е годы отмечаются появлением довольно необычных оконных конструкций со стеклопакетами.

Уже в то время их стали называть вакуумными, хотя это было довольно большим заблуждением. Какой же вакуум между стеклами в обычных стеклопакетах? Тогда почему же он привлек внимание ученых?

Причина весьма проста: показатель теплопроводности самый низкий (а точнее нулевой) у полной пустоты (т. е. вакуума). Создать особые оконные конструкции с вакуумной прослойкой – значит решить проблему энергоэффективности, плюс добиться уменьшения веса и толщины всех оконных рам.

Мини-экскурс в историю экзотического изобретения

Инновационное изобретение действительно существует. Первый вакуумный стеклопакет был разработан инженерами из Сиднея на основе технологии действия термосов. Между тем непревзойденным лидером в области производства вакуумных стеклопакетов выступает Япония.

Именно ей принадлежит пальма первенства в производстве линейки продукции данного вида. В 1997 году компания Nippon Sheet Glass выпустила необычные оконные изделия на коммерческой основе. Однако массового распространения стеклопакеты с вакуумной прослойкой не получили по причине высокой стоимости.

В 2016 году китайские инженеры представляют на выставке в Дюссельдорфе образцы стеклопакетов из закаленного стекла LandVac. Им удалось соединить два листа термополированного стекла с помощью вставок толщиной до 1 мм и шириной до 6 мм. Образовавшийся вакуумный зазор (0,05-0,1 мм) оказался достаточным для того, чтобы стеклопакет обладал высокой степенью прочности и теплоизоляции.

Вакуумные стеклопакеты китайского производства представляют собой настоящий уникум, за которым будущее. Увеличение ширины камеры с вакуумом до 4 мм привело к снижению уровня передачи тепла между стеклами практически до нулевой отметки. При этом о появлении конденсата не может быть и речи. Уровень уличного шума снижается почти на 39 дБ.

Вакуумные стеклопакеты: особенности, преимущества и недостатки

Стеклопакеты с вакуумной прослойкой представляют собой конструкцию, в которой стекла находятся на расстоянии 0,2-0,7 мм друг от друга. Из пространства между ними откачивается воздух, а камера спаивается стеклофлюсом. Для того чтобы стеклопакет не оказался сжатым в конструкции присутствуют микроскопические распорки из стеклокерамики или металла.

Незначительная прослойка из вакуума дает возможность снизить до минимума уровень теплопередачи между внутренней стороной помещения и улицей. Основными преимуществами сэндвич-конструкции являются:

• рекордный показатель уменьшения значения коэффициента теплопроводности;
• экономия на электроэнергии и обогреве помещений за счет безупречной теплоизоляции;
• улучшение звукоизоляции;
• отличная светопроницаемость благодаря минимальному количеству стеклянных слоев;
• необычно легкий вес оконной конструкции (в сравнении с рамами, где присутствуют клееные стеклопакеты), обеспечивающий простоту как транспортировки, так и установки.

Однако оставляет желать лучшего эстетичный вид оконной конструкции, так как подходящий профиль для пластиковой рамы с светопрозрачным элементом еще не разработан. Вакуумный стеклопакет используется в настоящее время в так называемых «гибридных» конструкциях, в которых он занимает место одного стекла обычного СПК.

Особой популярностью среди потребителей такие конструкции не пользуются, так как для их приобретения уровень финансовых возможностей заказчика должен быть невероятно высоким. Между тем изготовление стеклопакетов позволяет заказывать обычные пластиковые окна по вполне приемлемым ценам.

Среди существенных минусов вакуумных стеклопакетов отмечают и недостаточный уровень безопасности по причине хрупкости конструкции. Вдобавок часто возникают проблемы с попаданием воздуха внутрь камер из-за нарушения герметизации.

Однако технологический процесс не стоит на месте. Некоторые проблемы частично решаются. Изобретение китайскими специалистами гибкого краевого соединения, отличающегося устойчивостью к перепадам температур, позволяет хотя бы частично решить вопрос с разгерметизацией.

Возможно, в перспективном будущем нам придется задумываться над проблемой: как правильно выбрать стеклопакеты с вакуумной прослойкой, что будет свидетельствовать об их массовом производстве и окончательном решении вопроса энергосбережения.

Pilkington Spacia ™

Обзор

Pilkington Spacia ™ — первое в мире коммерчески доступное вакуумное остекление. Он предлагает тепловые характеристики обычного двойного остекления при той же толщине, что и одинарное стекло (6 мм).

Pilkington Spacia ™ предлагает реальное решение проблем сохранения баланса между исторической сохранностью и современным комфортом и экологическими требованиями.

Как это работает

Обычное двойное остекление состоит из двух оконных стекол, расположенных на расстоянии до 20 мм друг от друга, при этом полость между стеклами заполнена либо сухим воздухом, либо инертным газом, таким как аргон или криптон.Этот газ снижает теплопередачу через стекло из-за его более низкой теплопроводности. Чем шире зазор между стеклами, тем ниже теплопередача до оптимального уровня, при превышении которого характер циркуляции газа снижает эффективность.

Это означает, что общая толщина термоэффективного двойного остекления обычно составляет 24 мм.

Pilkington Spacia ™ отличается; воздух между двумя стеклами вытягивается, создавая вакуум. Он предлагает те же тепловые характеристики, что и обычное двойное остекление, на одну четверть толщины и две трети веса.

Вакуум, даже небольшой, намного эффективнее минимизирует теплопроводность и конвекционные тепловые потери, поэтому зазор между двумя стеклами можно уменьшить до 0,2 мм, что дает общую толщину чуть более 6 мм. Тепловой поток через излучение ограничивается через одно из оконных стекол, имеющих покрытие с низким коэффициентом излучения, подобное тому, которое используется в современных обычных двойных стеклопакетах.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео о Pilkington Spacia ™

Приложения

Pilkington Spacia ™ имеет небольшую общую толщину (6 мм) и хорошие акустические характеристики, что делает его идеальным для использования в исторических зданиях, предлагая замену окон в соответствии с оригинальным дизайном.Это может даже позволить использовать оригинальные рамы, если они находятся в приемлемом или ремонтируемом состоянии.

До сих пор оставалось только пожертвовать тепловыми характеристиками и комфортом или ухудшить внешний вид здания за счет использования более громоздких современных рам с двойным остеклением.

Pilkington Spacia ™ также подходит для других областей применения, где желательно использование более тонкого и легкого остекления, например, в раздвижных коробчатых створках, вторичном остеклении или в качестве одного стекла в «суперокне» с тройным остеклением.

Прошлое, настоящее и будущее технологии остекления с вакуумной изоляцией

Впервые представлено на GPD 2019

На практике, для эквивалентных уровней теплопроводности, VIG имеет гораздо более тонкий профиль, значительно меньший вес, большую долговечность с точки зрения тепловых и механических характеристик в течение +25 лет службы, а также, поскольку он может использоваться в сочетании со всеми существующими технологиями для производят гибридные конструкции, имеет нижний предел потенциального U-значения около 0,2 Вт м-2 · К-1.

С момента первого изобретения VIG (о котором было сообщено в начале 1990-х годов) Сиднейского университета, многочисленные исследования по всему миру привели к фундаментальному пониманию критических проблем проектирования и производства. Результатом стали инновационные конструкции VIG, ряд инноваций в производственных компонентах и ​​14 производственных предприятий на трех континентах.

Целью этого выступления является обзор истории технологии VIG, а затем обзор текущего состояния технологии.А затем закончите с текущей дорожной картой для будущих достижений в дизайне агрегатов, инновациях в материалах компонентов и производственном потенциале.

1. Введение

В настоящее время в наших развитых странах потребление энергии зданиями выросло до уровня, превышающего 40% от общего конечного национального потребления энергии [1]. Большая часть этого использования энергии связана с деятельностью внутри здания и привело к тому, что на строительный сектор приходится около 30% глобального конечного спроса на энергию.Это ставит использование энергии в зданиях на сопоставимый или более высокий уровень воздействия, чем в энергетических секторах транспорта и сельского хозяйства. Также очевидно, что потребление энергии в зданиях растет быстрыми темпами по многим причинам.

Доминирующей проблемой является неэффективное использование энергии в связи с контролем микроклимата в жилых и коммерческих зданиях. Существенное влияние на это оказывает неконтролируемая потеря тепла через ограждающую конструкцию здания. Удивительно, но до недавнего времени большинство национальных стандартов требовали гораздо более низких уровней теплопроводности для стен, полов и крыш, чем для окон [1-3].На окна в оболочке здания приходится большая часть неконтролируемого теплового потока наружу [3]. Оценки Международной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) подчеркивают, что наибольший положительный путь смягчения последствий глобального изменения климата связан с использованием энергии в зданиях [4].

Исторически сложилось так, что в методах дальнейшей изоляции одинарного окна произошел скачок. Во-первых, значительные изменения были внесены с использованием покрытия с низким коэффициентом излучения, которое снижает количество радиационной теплопередачи.Однако в экстремальных климатических условиях возникла необходимость в дополнительной изоляции путем добавления слоя изоляционного газа. Сейчас обычным явлением стал стеклопакет, стандартная конфигурация которого состоит из газовой прослойки воздуха на расстоянии примерно 12-18 мм.

Однако обычно более желательная изоляция достигается за счет использования аргона в качестве газа в зазоре. Увеличение количества стекол и, следовательно, воздушных зазоров, объединение нескольких покрытий с низким коэффициентом излучения и использование газов с низкой теплопроводностью, таких как криптон или ксенон, привело к еще более высоким уровням изоляции.В центре стекла проводимость одного стекла по воздуху составляет около 6 Вт м-2 · К-1 (это хорошо известно как коэффициент теплопроводности стекла). При использовании многократного газового зазора с более низкой теплопроводностью и с несколькими поверхностными покрытиями теплопроводность может быть дополнительно снижена до уровня примерно 0,4 Вт · м-2 · K-1.

Тем не менее, есть несколько проблем, которые ограничивают потенциальное использование существующих технологий, особенно во всех областях оболочки здания, таких как световые люки / окна; 1.при более низких значениях U существующие технологии становятся толще и тяжелее, чем хотелось бы, 2. срок службы не может быть точно определен более +25 лет, 3. для существующих зданий требуемые изменения каркаса приведут к нежелательному увеличению затрат, и 4. для самых низких Показатель U-значения, стоимости производства и воплощения энергии нежелателен.

Уникальной альтернативой существующему газонаполненному изоляционному остеклению является остекление с вакуумной изоляцией (VIG). VIG состоит из двух стеклянных панелей, очень похожих на газонаполненное остекление, но вместо использования газа в качестве изолирующей среды в зазоре создается вакуум, который устраняет влияние процессов газовой проводимости и конвекции.Вакуумный зазор имеет ширину примерно одну десятую миллиметра и должен находиться под давлением 0,1 Па (0,001 торр) или ниже.

Чтобы атмосферные силы не приводили к контакту стеклянных панелей, в зазоре размещается массив высокопрочных прокладок, чтобы поддерживать постоянное расстояние между стеклянными панелями. Края стекол герметично закрыты, чтобы полностью предотвратить проникновение газа и поддерживать стабильный уровень вакуума в течение +25 лет службы.

VIG имеет долгую историю, большая часть которой задокументирована в патентной литературе.Хорошо известно, что о первом дизайне VIG, который был пробным продуктом, сообщили в Сиднейском университете в начале 1990-х годов. Вскоре после этого первый коммерческий продукт был произведен компанией Nippon Sheet Glass, Япония, в 1996 году. Целью разработки VIG всегда было создание продукта с высокими изоляционными свойствами, тонким профилем и, следовательно, легким весом, который является основным рынком сбыта. воздействие будет высоким для новых и старых зданий [5-8]. За последние тридцать лет значительный объем работы привел к глубокому пониманию технологии VIG [5-15].

Единственным наиболее важным условием проектирования, которому необходимо удовлетворять в любой конструкции VIG, является то, чтобы общая теплопроводность была как можно более низкой. Несмотря на то, что для разумных конструкций VIG может обеспечить значение U всего 0,5 Вт м-2 · K-1, его можно просто улучшить, используя гибридную конструкцию. В экстремальных климатических условиях большинство зданий оснащено обычными газонаполненными стеклопакетами (а в некоторых случаях и тройными). Одна из весьма желательных возможностей — заменить отдельное стекло обычного блока на VIG, что значительно снижает общую теплопроводность всего изоляционного окна.

Технология VIG во всех формах, стандартная, гибридная и встроенная в интеллектуальное стекло, была коммерческим продуктом уже более 20 лет, но все еще технология, которая не получила глобального признания для применения. Оглядываясь назад, можно сказать, что технология VIG созрела как продукт до того, как соответствующие строительные нормы потребовали окон с высокой изоляцией.

Тем не менее, потенциал технологии VIG был хорошо продемонстрирован, а фундаментальная наука и инженерия продукта хорошо описаны [5-15].В частности, за последние десять лет наблюдается значительный рост интереса к технологии VIG со стороны стекольной промышленности. Более того, в сообществе архитекторов, инженеров-строителей и производителей производственного оборудования было гораздо больше дискуссий.

Цель данной статьи — представить обзор технологии VIG с акцентом на текущее состояние разработки, тестирования и производства продукта VIG, а также осветить, каким может быть будущее.Обсуждение этих тем сосредоточено на объединении прошлых, настоящих и будущих тем и проблем, которые влияют на технологию VIG.

2. Прошлое, настоящее и будущее состояние технологии VIG

2.1 Предпосылки проектирования и строительства остекления с вакуумной изоляцией

Как уже упоминалось, прогресс инноваций и разработок, связанных с технологией VIG, хорошо документирован в патентной литературе. Фундаментальная наука и инженерия продукта VIG также хорошо освещены в научной литературе.В Сиднейском университете знания, позволяющие точно рассчитывать и измерять свойства VIG, получили широкое развитие и получили широкое признание.

Среди вариантов дизайна, разработанных в Сиднейском университете и в промышленности, блоки VIG с закаленным стеклом, бессвинцовым низкотемпературным припоем, металлическими краевыми уплотнениями, прокладочными материалами с низкой проводимостью, ламинированием стекла, включением интеллектуального стекла, гибридным VIG / газонаполненным блоки, блоки Triple VIG, блоки с защитой от попадания мусора, блоки из ламината с металлическими панелями и блоки VIG с классом огнестойкости, были продемонстрированы с хорошим успехом.

В конечном итоге цель VIG — обеспечить высокую теплоизоляцию. Поскольку размер вакуумного зазора не зависит от теплового сопротивления, которое он обеспечивает, продукт VIG является тонким. Проще говоря, основными параметрами, которые определяют коэффициент теплопроводности (центр остекления) блока VIG, являются: 1. размер разделителя, 2. расстояние между решетками, 3. покрытие с низким коэффициентом излучения и 4. уровень вакуума в зазоре. . Предполагая, что уровень вакуума ниже предела 0,001 торр. Рисунок 1 представляет собой типичный график, показывающий тепловые характеристики продукта VIG.

Рисунок 1: График зависимости теплопроводности центра остекления VIG от воздуха к воздуху (значение U) от комбинированного поверхностного излучения для различных комбинаций радиуса разделителя и массива разделение (эквивалентно общему количеству прокладок в зазоре). Показатель U определяется с использованием внутреннего и внешнего коэффициента теплопередачи 8,3 и 23 Вт м-2 · К-1 соответственно.

Данные на Рисунке 1 были проверены и хорошо отражают тепловые характеристики продукта VIG.Эффект покрытия с низким коэффициентом излучения очевиден, и разумно ожидать, что большинство производителей будут использовать хорошее покрытие с низким коэффициентом излучения, скорее всего, только на одной поверхности из-за стоимости. Дальнейшее уменьшение значения U будет происходить из-за изменений разделителей и расстояния между массивами. Однако есть проблемы, связанные с этими изменениями. Меньшие распорки или большее расстояние между матрицами приведут к большим напряжениям в стеклянных панелях из-за атмосферного давления.

Взаимосвязь между проектными параметрами и нежелательными напряжениями в стеклах хорошо изучена.За последние два десятилетия работы в Сиднейском университете накоплена фундаментальная база знаний, которая позволяет предположить, что проблему с более высокими напряжениями лучше всего решить, используя высокопрочные стеклянные панели и / или производя прокладки определенной геометрии и материала. (при сохранении низкой теплопроводности проставки).

Достигается баланс между индуцированными напряжениями и свойствами стеклянных панелей (включая толщину) и прокладкой (включая расстояние между решетками).Нежелательные напряжения, которые первоначально возникают из-за атмосферных сил и в дальнейшем увеличиваются из-за внешних сил (таких как тепловые, ветровые и инородные нагрузки) в стеклянных панелях, бывают трех видов: 1. Напряжение на стекле из-за контакта с прокладкой (вмятины) , 2. напряжение изгиба стекла над прокладкой и над неподдерживаемыми областями между прокладками, и 3. напряжение на краю краевого уплотнения по периметру.

Существуют варианты дизайна и варианты материалов, которые обеспечат средства для создания продукта VIG, который может достигать значения U до 0.1 Вт м-2 К-1, даже если вес агрегата увеличится. Это также связано с комбинированной гибридной технологией и использованием технологии Triple VIG (TpVIG). TpVIG был изготовлен с использованием припоя кромок стекла с использованием техники герметизации кромок и вакуумирования устройства при высоких температурах. В прошлом большинство из них боролось с центральной панелью TpVIG, вызывающей поломки из-за гораздо более низких потерь тепла в этой панели по сравнению с внешними стеклянными панелями.

В Сиднейском университете удачная конструкция отделяет центральную панель от краевого уплотнения, и, таким образом, более низкое расширение / сжатие центральной панели не вызывает проблем с напряжением в устройстве.Это также позволяет использовать центральную панель для обработки солнечной энергии с помощью селективных покрытий на центральном стекле. С введением электродов в зазор на центральной панели теперь есть потенциал для размещения прозрачного солнечного элемента, который может собирать энергию. В большинстве случаев соединение TpVIG в гибридной конструкции обеспечивает значительно более низкие значения коэффициента теплопередачи.

Однако все еще существует проблема, связанная с текущим производственным процессом. В настоящее время все коммерческие производственные линии по всему миру, которые производят коммерческую продукцию, основаны на конструкции VIG, в которой используется припой по краям стекла, и, следовательно, этап периодической или поточной печи, требующий высоких температур (примерно от 350 до 450 ° C). В) в течение относительно длительного периода (2-5 часов).Анализ затрат на производство и энергопотребление, проведенный в Сиднейском университете, показал, что использование коммунальных услуг (энергии) в производстве оказывает сильное нежелательное воздействие. В результате стоимость производства VIG в два-пять раз превышает стоимость производства стеклопакетов, заполненных аргоном.

В настоящее время большая часть промышленности и академических исследований сосредоточена на повышении производительности производственного процесса при одновременном снижении затрат. Есть несколько попыток реализовать производственный процесс, который может выполняться при комнатной температуре.Это значительно снизит влияние энергопотребления и позволит получить продукт, стоимость производства которого может быть выше, чем у традиционных стеклопакетов, но определенно позволит значительно снизить затраты на окончательную установку окон в жилом или коммерческом здании.

Параллельно продолжалась работа по изменению конструкции VIG и компонентов, используемых для производства VIG. В следующих разделах будет показано, что инновации в стеклянных панелях, материале разделителя и материала краевого уплотнения привели к конструкциям VIG, которые могут обеспечивать очень низкие значения коэффициента теплопередачи.

2.2 Стеклянные панели

Проще говоря, термическое сопротивление VIG может быть увеличено за счет увеличения расстояния между разделителями (эквивалентно уменьшению количества тепловых мостов, вызванных разделителями между стеклянными панелями). Однако неподдерживаемое стекло между прокладками будет деформироваться, что приведет к высокому уровню однородного изотропного напряжения. Поскольку напряжение из-за атмосферного давления должно выдерживаться в течение + 25 лет службы, уровень допустимого напряжения в отожженном флоат-стекле довольно низок (обычно принимается где-то между 8 и 20 МПа при рассмотрении стандартов ASTM, ISO и CEN для длительные напряжения в флоат-стекле).

Это приводит к максимально допустимому расстоянию между матрицами (в стекле толщиной 3 мм), которое составляет около 20-25 мм в нижней части предела напряжения. Конечно, увеличение толщины стекла допустимо. Тем не менее, поскольку основной проблемой является изгиб неподдерживаемых областей стекла, а для сохранения низкого веса закаленное стекло является выбором большинства производителей для конструкции VIG, в которой используется большее расстояние между массивами. В частности, из-за простоты производства и дополнительных возможностей «безопасного стекла» предпочтительным является полностью термически упрочненное флоат-стекло.

Однако есть несколько проблем с использованием термически закаленного стекла; 1. нежелательный отжиг остаточного напряжения при отпуске во время производства VIG, 2. нежелательная неравномерность стеклянных панелей, и 3. несоответствие стандартам безопасности после производства VIG (нежелательная фрагментация из-за эффекта жесткого склеенное краевое уплотнение).

Работа Сиднейского университета и другие работы, описанные в патентной и научной литературе, хорошо определили скорость отжига закаленного стекла, которое подвергается дальнейшим циклам выдержки при нагревании.Закаленное стекло не должно подвергаться воздействию температур выше 360 ° C, если время нагрева превышает 30 минут, без потери темперамента. А при выдержке в течение одного часа и потере темперамента не более 20% максимально допустимая температура будет около 400 ° C.

Неравномерность термически закаленного стекла потенциально может привести к неравномерному контакту стеклянных панелей с разделительной решеткой. Это нежелательно при превышении предела, потому что контактные силы и, следовательно, напряжения в стекле будут неравномерными и потенциально могут привести к неконтролируемой частоте отказов в продукте VIG.Большая часть работы последнего десятилетия в Сиднейском университете показала, что термически упрочненное флоат-стекло можно производить с приемлемыми уровнями изгибов, волн и изгибов, подходящими для производства стабильного и долговечного изделия из VIG.

Многие производственные линии по всему миру используют закаленное термически закаленное стекло. Это означает, что на этих предприятиях сегодня возможно коммерческое производство продукции VIG с показателем U от 0,4 до 0,6 Вт м-2 · K-1. Однако для большинства производственных предприятий все еще существует проблема с материалом припоя для стекла; то есть за пределами Азии и, скорее всего, в Азии в ближайшем будущем припой для стекла на основе свинца неприемлем.Приоритетным направлением разработки припоя для стекла является обеспечение низкотемпературного (ниже 300 ° C) раствора, не содержащего свинца, который упростит внедрение закаленного стекла и сократит время нагрева при производстве.

2.3 Уплотнение кромки

В настоящее время производственные мощности VIG, которые производят блоки VIG площадью 30 000 м² или более в год, используют припой на стекле в качестве кромочного уплотнения. Этот метод производства доказал свою эффективность и обеспечивает очевидные преимущества в воспроизводимости и долговечности по сравнению с герметичным краевым уплотнением, которое является основным для продукта VIG.Большинство, если не все производители, стремятся к переходу на бессвинцовый припой стекла, который можно эффективно использовать с термически закаленным стеклом. Это приведет к тому, что продукт VIG будет иметь более низкий предел U-значения и большую механическую прочность.

Не существует ограничивающих факторов при использовании стекла для припоя с термически закаленным стеклом, когда это не влияет на состояние стекла. Бессвинцовый низкотемпературный припой для стекла доступен и доказал свою эффективность. Тем не менее, этап нагрева по-прежнему сопряжен со значительными затратами, и, более того, с дополнительными затратами на специальное стекло для припоя.

Как и у большинства технологий, есть преимущества и недостатки. Паяльное стекло всегда будет жестким и прочным методом герметизации стекол, не зависящим от размера. Самым большим недостатком является влияние затрат на строительство печей и использование энергии для нагрева стекла. Существует также аргумент против припоя стекла из-за жесткости кромочного уплотнения, что приводит к изгибу продукта VIG при перепаде температур. В некоторых случаях дуга может ограничивать механизм сдвига окон или раздвижных стеклянных дверей.Что еще более важно, изгиб вызывает краевые напряжения, которые могут привести к отказу агрегата.

Использование гибкого краевого уплотнения и, в целом, использование припоя для герметизации свободных краев стекла, было в центре внимания нескольких групп на протяжении последних двух десятилетий. Во всех случаях краевое уплотнение представляет собой краевое уплотнение металлической формы, в котором используются металлические сплавы различных типов, прикрепленные к стеклу посредством ультразвуковой пайки, анодного соединения, ультразвуковой сварки или поверхностной пайки. Цель состоит в том, чтобы обеспечить средства для создания герметичного уплотнения при комнатной температуре и обеспечения податливости по краям, чтобы стеклянные панели могли свободно расширяться относительно друг друга при воздействии температурного профиля.

Несмотря на то, что некоторые группы не смогли продемонстрировать хорошую воспроизводимость и масштабирование для производства, другие группы добились хороших успехов и продемонстрировали отличный прогресс в производственном процессе при комнатной температуре. Это краевое уплотнение следующего поколения может значительно снизить общую стоимость производства (без дорогостоящего припоя стекла и без затрат на установку и выполнение этапа нагрева), обеспечивая при этом необходимую долговечность в вакууме, которая абсолютно необходима. Однако следует соблюдать осторожность при выборе материала прокладки, конструкции и размеров массива, поскольку индуцированные контактные напряжения из-за вдавливания прокладки больше при использовании концепции гибкого краевого уплотнения, когда происходит изгиб стекла, и, таким образом, установка VIG может демонстрировать более низкую общую механическую прочность. .

2.4 Дистанционная решетка

Прокладка — важный компонент продукта VIG. Он используется для поддержания четко определенного зазора между стеклянными панелями и, как таковой, должен иметь четко определенные размеры, геометрию и свойства. Массив должен выдерживать атмосферное давление более +25 лет и не выходить из строя, когда на VIG действуют периодические внешние нагрузки, такие как ветровые и тепловые нагрузки. Обычно распорка изготавливается из высокопрочного металла и имеет форму диска, примерно от 0 до 0 мм.3 и 0,5 мм в диаметре и 0,2 мм в высоту. Очевидно, что прокладки представляют собой тепловой мост между стеклянными панелями, и, таким образом, меньшее их количество снижает общую теплопроводность через VIG.

Однако уменьшение размера или количества приведет к более высокому уровню напряжения в стекле из-за контакта и изгиба стекла. На рис. 2 показан график, который подчеркивает преимущество использования материала с более низкой теплопроводностью для прокладки. Если бы материал имел тенденцию к теплопроводности, равной теплопроводности стекла, то теплопроводность массива была бы примерно на 30% ниже.

Рис. 2: График вклада теплопроводности проставки в зависимости от теплопроводности материала проставки. Для этого участка радиус проставки составляет 0,25 мм, а высота — 0,2 мм.

Несколько групп работали над концепциями распорок, основной целью которых было использование керамического или стеклянного материала с высокой механической прочностью, хорошими допусками на изготовление по форме и размеру, а также устранение потенциального горлышка производственной бутылки на этапе размещения массив на стеклянной поверхности.Появились две важные технологии: 1. керамическая прокладка [16] и 2. элемент поверхности, сформированный лазером [17].

Оба этих типа прокладок показали снижение теплопроводности отдельных прокладок на 20-30%. Керамическая прокладка также была произведена с мелким рельефом поверхности, обеспечивающим повышенное термическое сопротивление. Он обладает высокой прочностью на сжатие и может изготавливаться с высокими допусками по размеру и форме.

Очевидно, что лазерная деталь будет представлять собой разделитель, который обеспечивает самую низкую теплопроводность, а также может изготавливаться с высокими допусками по размеру и форме.Обработка лазером имеет два сильных преимущества; 1. Нет необходимости в механической укладке и 2. Лазерный процесс работает со стеклом любой формы и размера.

Способность лазерного процесса использовать произвольную методологию для определения и изготовления разделительной решетки на стеклянном листе без заранее определенной формы и размера является эффективным процессом для создания готового решения для производства VIG. По-прежнему останутся проблемы с начальными инвестициями и общей скоростью производственного процесса, а значит, и с производственной стоимостью квадратного метра.

Многие производители предпочли использовать методы печати разделителей (например, дозирование пастообразного материала или трафаретная печать пасты, которая подвергается термообработке до затвердевания). Это хороший метод, который сводится к увеличению скорости и снижению стоимости, а также к размеру и форме стеклянной панели, которую можно обрабатывать.

Неизбежно всем производителям придется понимать и учитывать проблемы, связанные с контактными напряжениями, которые возникают на прокладках из-за атмосферного давления и других внешних нагрузок.Эти контактные напряжения являются результатом сложного аддитивного действия местных поперечных и поперечных сил. Большинство, если не все, решат проблему с помощью поверхностного покрытия, которое смазывает контакт и снижает контактные напряжения.

По сути, доступные решения необходимо будет поместить в контекст, и, таким образом, каждое будет занимать свое место в процессе проектирования и производства VIG, который производители считают экономичным. Больше всего беспокоят потенциальные конструкции и методы производства, а также соответствие различных продуктов на рынке общепринятым стандартам качества и производительности.

2.5 Обеспечение качества проектирования и производительности

Несмотря на то, что технология VIG была коммерчески доступна в течение двух десятилетий, не было предпринято столь глобальных усилий по разработке набора стандартов проектирования, производства и производительности. Однако важно, чтобы стандарты разрабатывались не только на местном рынке, но и на глобальном уровне.

С 2016 года возникла необходимость в глобальной инициативе. Группы на рынках Европы и Северной Америки, а также в Азии разработали программы по обеспечению стандартов для VIG.Например, международная организация по стандартизации (ISO) прилагает усилия в рамках комитета TC160 (Стандартизация в области стекла в строительстве, включая терминологию, требования к характеристикам, методы расчета и испытаний, правила проектирования и строительства, классификацию и спецификацию материалов, включая размерные свойства), чтобы обеспечить рабочие стандарты для VIG.

В этом году (2018/19) ISO публикует стандарт, в котором подробно описывается процесс измерения U-ценности продуктов и использования таких измерений для определения долговечности.В настоящее время он работает над испытанием продукции VIG на тепловую нагрузку, чтобы определить механические характеристики, и продолжит рассмотрение таких вопросов, как ветровая нагрузка, воздействие обломков и т. Д.

В Северной Америке также предпринимаются усилия под руководством Американского национального института стандартов и Национального совета по рейтингам фенестрации. Весьма вероятно, что в течение следующих нескольких лет эти и другие органы разработают стандарты, которые будут четко определять приемлемое качество продукции VIG для строительных рынков.Скорее всего, это также повлияет на использование VIG в других областях, например, на рынке дверей для холодильников.

Однако самая большая трудность заключается в нормализации процесса проектирования и производства VIG. Несмотря на то, что эти две области не представляют интереса для органов по стандартизации, инновации в дизайне и производстве должны расти. Чрезвычайно важно хорошо понимать вопрос стоимости производства, чтобы можно было внести изменения для снижения затрат. В конечном счете, есть указание таких групп, как Министерство энергетики США, что VIG должен достигать U-значения всего 0.4 Вт м-2 K-1 при себестоимости не выше, чем стеклопакет, заполненный аргоном.

2,6 Производство

Производственный процесс, изобретенный в Сиднейском университете и зарекомендовавший себя на протяжении десятилетий коммерческого производства в Японии, основан на технике торцевого уплотнения, требующей высоких температур; припоя стекла. Воспроизводимость качества кромочного шва и возможность одновременной обработки изделий различных размеров и форм являются большим преимуществом.

Недостаток — энергия и время, необходимые для изготовления набора агрегатов. Несмотря на то, что за одну стадию нагрева может быть произведено множество единиц, процесс действительно потребляет большое количество энергии. Работа в Сиднейском университете показала, что основное влияние на себестоимость единицы продукции оказывают местные коммунальные услуги (использование электроэнергии и газа), рабочая сила, транспорт и упаковка; где влияние коммунальных услуг на стоимость в некоторых случаях достигает 80%.

В настоящее время имеется несколько мощных производственных линий; в Японии, Китае, Тайване и США.На этих предприятиях, как правило, используются методы пайки стекла с периодической обработкой для производства блоков для строительства и холодильного оборудования. В Европе есть и другие группы, которые в ближайшем будущем работают над производством. Некоторые группы используют технику герметизации кромок стекла без припоя. Эти методы герметизации кромок стекла без припоя показали свою эффективность, и компании в Европейском Союзе, Японии, Китае и США переходят к полноценному коммерческому производству.

В настоящее время существует несколько вариантов, которые лягут в основу низкозатратного производственного процесса, который будет конкурировать с текущими затратами на стеклопакеты.Эти решения ориентированы на низкотемпературную пайку стекла с поточной обработкой, герметизацию металлических кромок с поточной обработкой и гибридный поточный периодический процесс с металлическими или стеклянными пайками. Существует сильная конкуренция, чтобы решить проблему стоимости и вывести продукт VIG на мировой рынок. С возможностью замены существующей газонаполненной технологии на VIG, прибыль производителя от правильного решения очень высока, поскольку мировой рынок изоляционных окон в 2015 году оценивался примерно в 40 миллиардов долларов США.

Разумно ожидать, что к 2025 году не только производители первичного стекла, такие как Nippon Sheet Glass, Asahi Glass, SaintGobain, Guardian и т. Д., Будут проводить исследования и разработки в VIG и / или производстве, другие более мелкие производители также станут непосредственными производители. То есть более мелкие производители будут готовы напрямую заменить существующие мелкомасштабные линии стеклопакетов на технологию VIG, если экономия на переходе будет приемлемой.

Недавние обсуждения, проведенные архитекторами, строительными инженерами, производителями оборудования и политическими институтами (такими как Министерство энергетики США), подчеркивают растущее понимание того, что VIG может оказать влияние на энергосбережение, необходимое для устойчивого развития в будущем. использование здания.

3.0 Резюме

Технология VIG имеет долгую историю в патентной литературе: первое испытание продукта было продемонстрировано в Сиднейском университете в начале 1990-х годов. После коммерциализации и изменения строительных норм и правил для устойчивого использования энергии другие группы увидели потенциал продукта VIG и добились значительного прогресса в разработке других конструкций VIG. В настоящее время технология VIG является зрелой, существует множество вариантов проектирования и производства для более низких значений U и более низких затрат.Что в настоящее время вызывает большой интерес, так это то, что политика в Европе и меняющаяся политика в Северной Америке требуют (по крайней мере, для новых зданий) значение U окна ниже 0,7 Вт м-2 · K-1.

В совокупности это вызывает усиление конкуренции в стекольной промышленности за разработку VIG следующего поколения, которые в конечном итоге заменят существующие стеклопакеты с остекленным газом. Однако будущее за реализацией концепции окна гибридного газа-VIG, более значительным снижением затрат и более глубоким пониманием промышленности и общественности в отношении технологии VIG.Наилучшим результатом является то, что при более низких затратах VIG может оказать огромное влияние на рынок модернизации существующих зданий не только в холодном, но и в умеренном или холодном климате.

Благодарности

Эта работа с благодарностью подтверждает доступ к высокопроизводительному вычислительному центру ARTEMIS Сиднейского центра информатики в Сиднейском университете и доступ к национальному средству INTERSECT для высокопроизводительных вычислительных ресурсов.

Список литературы

[1] Ю.Ксинг, Н. Хьюитт и П. Гриффитс, Ремонт зданий с нулевым выбросом углерода — иерархический путь, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15, 3229-3236, 2011.
[2] L. Pérez-Lombard, J. Ortiz, and C. . Pout, Обзор информации о потреблении энергии в зданиях, Energy and Buildings, 40, 394-398, 2008.
[3] Д. Арасте, С. Сельковиц и Дж. Вулф, Проектирование и испытания высокоизоляционной системы остекления. для использования с обычными оконными системами, Journal of Solar Energy Engineering, 111, 44-53, 1989.
[4] Международная группа экспертов по изменению климата, 4-й и 5-й доклады об оценке — Резюме для политиков
[5] Р. Э. Коллинз, Г. М. Тернер, А. К. Фишер-Криппс, Ж.-З. Тан, Т. М. Симко, К. Дж. Дей, Д. А. Клагстон, К.-К. Чжан и Дж. Д. Гаррисон, Вакуумное остекление — новый компонент для изоляции окон, Строительство и окружающая среда, 30 [4], 459-492, 1995.
[6] TM Simko, AC Fischer-Cripps и RE Collins, Температурно-индуцированное напряжения в вакуумном остеклении: моделирование и экспериментальное подтверждение, Solar Energy, 63 [1], 1-21, 1998.
[7] Р. Э. Коллинз, А. К. Фишер-Криппс, Ж.-З. Тан, Прозрачная вакуумная изоляция, Solar Energy, 49 [5], 333-350, 1992.
[8] RE Collins и TM Simko, Текущее состояние науки и технологий вакуумного остекления, Solar Energy, 62 [3], 189 -213, 1998.
[9] PC Eames, Вакуумное остекление: текущие характеристики и перспективы на будущее, Vacuum, 82 [7], 717-722, 2008.
[10] PW Griffiths, M. di Leo, P. Cartwright, PC Eames, P. Yianoulis, G. Leftheriotis, B. Norton, Производство вакуумированного остекления при низкой температуре, Solar Energy, 63 [4], 243-249, 1998.
[11] S. Papaefthimiou, G. Leftheriotis, P. Yianoulis, T. J. Hyde, P. C. Eames, Y. Fang, P.-Y. Пеннарун, П. Джаннаш, Развитие электрохромного эвакуированного усовершенствованного остекления, Энергия и здания, 38 [12], 1455-1467, 2006 г.
[12] Дж. Ф. Чжао, П. К. Имс, Т. Дж. Хайд, Ю. Фанг, Дж. Ван, модифицированный технология откачки, используемая для изготовления низкотемпературных металлических герметичных вакуумных стекол, Solar Energy, 8 [9], 1072-1077, 2007.
[13] Х. Манц, С. Бруннер и Л. Вулльшлегер, Тройное вакуумное остекление: Теплопередача и основные конструктивные ограничения механики, Solar Energy, 80 [12], 1632-1642, 2006.
[14] Л. Вулльшлегер, Х. Манц, К. Гази Вакили, Анализ методом конечных элементов температурного прогиба вакуумного остекления, Строительные и строительные материалы, 23 [3], 1378-1388, 2009.
[15] MM Кобель, Х. Манц, К. Э. Майерхофер, Б. Келлер, Ограничения срока службы в вакуумном остеклении: модель баланса переходного давления, Материалы солнечной энергии и солнечные элементы, 94 [6], 1015-1024, 2010.
[16] T Кольер, М. Фогель-Мартин, Л. Пекуровский, Т. Хоффенд, С. Ховард, Дж. Мансхейм, К. Хумпал и М.Лу, Glass Performance Days Finland, стр. 54–56, 2015.
[17] А. Стрельцов, Дж. Ким, Л. Мастерс и Д. Ланс, Glass Performance Days Finland, стр. 280–283, 2017.

Vitro приобретает исключительные права на продажу термоизолирующих устройств

Vitro Architectural Glass (ранее PPG Glass) объявила о достижении соглашения с LandGlass и VIG Technologies о продаже их закаленного вакуумного изоляционного стекла (VIG) в Северной Америке.

«LandGlass и их бренд LandVac используют лучшую в мире технологию VIG, поэтому их продукция органично вписывается в уже обширный и пользующийся доверием портфель продуктов Vitro», — сказал Мартин Бракамонте, вице-президент по маркетингу и инновациям Vitro Architectural Glass.«Для клиентов, дизайнеров и других торговых партнеров Vitro это соглашение откроет совершенно новую парадигму возможностей высококачественного стекла».

Согласно пресс-релизу, Vitro начнет предлагать блоки VIG с повышенной температурой в Северной Америке, начиная с конца осени 2021 года. Компания также планирует установить оборудование LandVac и начать производство блоков VIG на своих предприятиях в Северной Америке по мере развития рынка продуктов VIG.

«Для клиентов, дизайнеров и торговых партнеров Vitro это соглашение откроет новую парадигму возможностей высокоэффективного стекла», — добавляет Майкл Спеллман, генеральный директор VIG Technologies.«За несколько лет компания LandGlass вложила значительные средства в разработку революционной технической концепции в сфере производства. Vitro — идеальный партнер, ведущий на североамериканском рынке, в использовании этой «лучшей в своем классе» технологии вакуумной изоляции для повышения комфорта пассажиров при значительном сокращении энергопотребления и, таким образом, сокращении выбросов углекислого газа ».

Новые блоки VIG из закаленного стекла толщиной 8,3 мм состоят из двух полностью закаленных стеклянных пластин, разделенных металлическим уплотнением без свинца, и вакуумного пространства.Использование полностью закаленного стекла позволяет использовать установку LandVac VIG во всем мире при экстремальных температурах внутри и снаружи помещений, что может вызвать сбои в установках VIG без закалки.

Согласно пресс-релизу, блоки

VIG обеспечивают R-значение 14, что ближе к R-значению традиционной стены, чем стекла.

«Строительные ограждающие материалы с исключительными показателями R, такие как продукты VIG, могут значительно снизить потребность в искусственном обогреве и охлаждении», — сказал Бракамонте.«Это сокращение энергопотребления приводит к соразмерному сокращению выбросов парниковых газов. Vitro с гордостью представляет эту новую платформу для продуктов как еще один способ максимизировать экологическую ценность наших продуктов ».

Блоки

VIG могут использоваться отдельно в качестве замены монолитного стекла или в качестве замены внутреннего освещения в традиционном однодюймовом стеклопакете (IGU), где оно образует вторичное воздушное пространство и создает гибридное IGU. Это значительно улучшает тепловую эффективность устройства, обеспечивает лучшее снижение шума и устраняет конденсацию.

Установки VIG будут доступны с солнцезащитным покрытием Solarban60 и низкоэмиссионным покрытием от Vitro Glass. Когда блок VIG используется в качестве внутреннего освещения в гибридном стеклопакете, внешний вид будет доступен с полным спектром покрытий Solarban и подложек Vitro Glass. Установки VIG будут доступны исключительно через сертифицированную сеть Vitro производителей стекла и окон.

Согласно информации от VIG Technologies, при толщине на одну треть и значительно меньшем по весу, чем обычный стеклопакет, LandVac tVIG сертифицирован SGCC и продемонстрировал R-value 14.3 при сохранении Tvis на уровне 70%, рейтинга STC до 39 дБ и отсутствия конденсации до -50C. LandVac tVIG подходит для конструкций, которые могут подвергаться воздействию дельта T до 100 ° C, что позволяет использовать LandVac tVIG во всех климатических зонах Северной Америки, согласно VIG Technologies.

В январе Vitro выпустила стекло Solarban R77, а в марте — стеклянные фотоэлектрические модули, интегрированные в здание Solarvolt (BIPV), продукт приобретения Vitro solarnova , немецкого производителя технологии BIPV.

Эта статья из USGNN ™, ежедневного электронного информационного бюллетеня, в котором освещаются последние новости стекольной промышленности. Нажмите ЗДЕСЬ, чтобы зарегистрироваться — плата не взимается. Заинтересованы в более глубоком погружении? Доступна бесплатная подписка на журнал USG lass в печатном или цифровом формате. Подпишитесь бесплатно Зарегистрируйтесь сегодня.

Вакуумно-изоляционное остекление с импульсным упрочнением и лазерной герметизацией по краям

Ведущий исполнитель: Национальная лаборатория Ок-Ридж — Ок-Ридж, Теннесси
Партнер: WinBuild Inc.- Fairfax, VA
DOE Общее финансирование: 1500000 долларов
Срок реализации проекта: 1 октября 2018 г. — 30 сентября 2021 г.
Тип финансирования: Награда за лабораторию

Цель проекта

В рамках этого проекта будет исследована масштабируемая и недорогая стратегия обработки стекла для упрочнения и герметизации, чтобы повлиять на тепловые характеристики стеклопакетов. Предлагается комбинация методов фотонной обработки большой площади, аддитивного производства и лазерной инкапсуляции для реализации технологии вакуумного остекления, отвечающей требованиям стоимости, производительности, надежности и производительности.Конкретные цели предлагаемых исследований и разработок (НИОКР) по реализации интегрированной технологии остекления с вакуумной изоляцией (VIG) включают масштабируемую импульсную термическую обработку для поточного упрочнения стекла, герметичное запечатывание с помощью лазера и аддитивное производство прокладок колонн с низкой теплопроводностью. , вторичное торцевое уплотнение и вакуумный клапан. Интеграция материалов, конструкции компонентов и производственных инноваций является попыткой решить проблемы принятия технологий производителями стеклопакетов (IGU) или изготовителями торцевых окон.

Воздействие проекта

Окна занимают всего 5–10% общей площади дома, подверженной воздействию внешних температур, но на них приходится до 30% тепла, теряемого в доме. На фоне постоянно растущих затрат на электроэнергию окна считаются критическими слабыми местами; поэтому разработки в области остекления с вакуумной изоляцией имеют большое значение. Scout оценивает использование тепловой энергии, связанной с оконной проводимостью в жилых и коммерческих зданиях, как 3.9 квадроциклов в климатических зонах 1-3 AIA. Недорогое устройство для вакуумного остекления, разрабатываемое в этом проекте, внесет значительный вклад в снижение этого энергопотребления; даже при 15% -ном внедрении на рынок экономия составит более 585 ТБТЕ.

Контакты

Менеджер по технологиям DOE: Марк ЛаФранс
Ведущий исполнитель: Пур Джоши, Национальная лаборатория Окриджа

Публикации по теме

Остекление с вакуумной изоляцией в энергоэффективных зданиях

Остекление с вакуумной изоляцией — это новая технология, направленная на удовлетворение жестких требований к тепловым характеристикам окон с нулевым потреблением энергии.За счет создания вакуума между стеклопакетами достигается максимальная тепловая эффективность и звукоизоляция, поскольку в пространство не проникает газ.

Интеллектуальное тройное вакуумное остекление, которое можно разместить над окнами зданий, чтобы снизить значение коэффициента теплопередачи (значение U) на 0,33 Вт · м-2K-1 (снижение на 88,21% значения U по сравнению с тройным остеклением с воздушным наполнением) был разработан доктором Саймом Мемон.

Внутренний жилищный фонд Великобритании потребляет больше энергии для отопления помещений, чем любой другой сектор: 27 миллионов домов в Великобритании составляют примерно 66% от общего потребления природного газа.

Несмотря на модернизацию ряда методов изоляции жилого фонда и улучшение систем отопления, все еще есть возможности для сокращения потерь энергии на отопление помещений. Прогрессивные технологии, такие как интеллектуальное тройное остекление с вакуумной изоляцией, обсуждаемое здесь, играют очевидную роль в обеспечении энергоэффективности, которая также соответствует ожиданиям клиентов.

Что такое тройное остекление с вакуумной изоляцией?

Вакуумное стекло или, точнее, остекление с вакуумной изоляцией — это новая технология, направленная на удовлетворение жестких требований к тепловым характеристикам окон с нулевым потреблением энергии.Между двумя жестко закрепленными стеклянными панелями создается вакуум, что обеспечивает максимальную тепловую эффективность и звукоизоляцию.

Тройное остекление с вакуумной изоляцией (ТВИГ) имеет способность уменьшать тепловой тепловой поток между теплой и холодной стороной окна, то есть обеспечивать высокую теплоизоляцию или более низкое значение коэффициента теплопередачи. Он считается умным, поскольку состоит из трех листов стекла толщиной 4 мм с вакуумной полостью менее 0,1 Па, разделенных опорными стойками из нержавеющей стали высотой 0,13 мм и диаметром 0,3 мм.Края уплотнены герметичной стеклоплавильной пломбой.

При значении U ≈ 0,33 Вт · м ^-2 K ^-1 , TVIG можно модернизировать в существующих зданиях. Если бы мы сравнили его с тройным остеклением с воздушным наполнением, значение U которого составляет 2,8 Вт · м ^-2 K ^-1 , то это уменьшит значение U на ≈ 88,21%. Это также позволило бы увеличить отношение площади окна к стене, поскольку его значение U ближе к значению теплоизоляции полых стен для улучшения дневного освещения.

Согласно исследованиям, по сравнению с обычными типами остекления, в жилищах, оснащенных тройным вакуумным остеклением, наблюдается резкое снижение нагрузки на отопление помещений и умеренное увеличение солнечной энергии. Годовая стоимость энергии для отопления помещения в одноквартирном доме с одинарным остеклением была минимизирована до 15,31% (≈90,7 долларов США) за счет установки тройного вакуумного остекления. Влияние общих теплопотерь через ткань монолитного жилища было проанализировано с помощью стационарных расчетов, которые показывают падение на 10 баллов.23% с тройным вакуумным остеклением по сравнению с одинарным остеклением.

Проблемы остекления с вакуумной изоляцией

Однако доктор Саим Мемон, старший преподаватель электротехники в Лондонском университете Саут-Бэнк, говорит, что одно дело — технология тройного вакуумного остекления, а другое — убедить массовый рынок инвестировать в эту технологию. Основное беспокойство вызывает тенденция некоторых молекул газа, остающихся в полости, реагировать при воздействии солнечного света и / или в экстремальных климатических условиях в течение более длительных периодов времени из-за образования окиси углерода внутри полости, которая ухудшает вакуумный слой, влияющий на величину U.

Очевидно, что тройное вакуумное остекление подвергается воздействию солнечного света и, следовательно, должно быть спроектировано так, чтобы выдерживать различные климатические условия и температуры, чтобы избежать ухудшения вакуума. Требуются дальнейшие исследования для изучения и улучшения долговечности и рабочего цикла тройного вакуумного остекления с использованием неиспаряющихся газопоглотителей, которые поглощают газы, выделяемые с внутренних стеклянных поверхностей в полости, обеспечивают долгосрочную стабильность вакуумного давления ТВИГ. и экономичные герметичные материалы для уплотнения кромок.

Список литературы

Мемон , С., Фарух, Ф., Кандан, К. 2018. Влияние снижения вакуумного давления в полости на тепловые характеристики тройного вакуумного остекления Прил. Sci. 8 (9), 1705.

Memon , S and Eames, P. C. 2017. Прогнозирование энергетических характеристик солнечной энергии и энергии отопления для отдельно стоящего дома с распроданными стенами, оснащенного тройным вакуумным остеклением с уплотнением кромок . Энергетические процедуры (122) 565-570.

Memon , S., Farukh, F., Eames, P. C., Silberschmidt, V. V. 2015. Новое низкотемпературное герметичное композитное краевое уплотнение для изготовления тройного вакуумного остекления . Вакуум (120) 73-82.

Биография

Д-р Саим Мемон — старший преподаватель электротехники в Лондонском университете Саут-Бэнк, Великобритания. Он изучал BEng (с отличием) в области электротехники, магистр мехатроники (Стаффордширский университет, Великобритания), докторскую степень (Smart Vacuum Insulated Glazings) (Университет Лафборо, Великобритания) и PGCert в области педагогической квалификации FE (Университет Абердина, Великобритания).Он является членом Академии высшего образования и имеет статус квалифицированного учителя, выданный Генеральным педагогическим советом Шотландии (GTCS). Для получения дополнительной информации о его опыте и том, над чем он работал в последнее время, щелкните здесь.

(PDF) Оценка производительности вакуумного фотоэлектрического стеклопакета

1876-6102 © 2017 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd. Это статья в открытом доступе под лицензией CC BY-NC-ND

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 /).

Рецензирование, проводимое научным комитетом 8-й Международной конференции по прикладной энергии.

doi: 10.1016 / j.egypro.2017.03.321

Energy Procedure 105 (2017) 322-326

ScienceDirect

8-я Международная конференция по прикладной энергии — ICAE2016

Оценка производительности вакуумной фотоэлектрической изолированной

стеклопакета

Weilong Zhang, Lin Lu

, Xi Chen

Revewable Energy Research Group (RERG), Департамент инженерных коммуникаций, Гонконгский политехнический университет,

Коулун, Специальный административный район Гонконг, Китай

Abstract

Хотя полупрозрачные фотоэлектрические окна могут вырабатывать электричество на месте, они также значительно увеличивают охлаждающую нагрузку

зданий из-за отходящего тепла в качестве побочного продукта.Однако вакуумное остекление, которое имеет отличную теплоизоляцию

, может эффективно решить вышеуказанные проблемы для фотоэлектрических окон. Чтобы воспользоваться преимуществами превосходной теплоизоляции

вакуумного остекления, был представлен новый вакуумный фотоэлектрический стеклопакет (VPV IGU)

. Электрические характеристики многослойного стекла PV были протестированы в лаборатории в условиях стандартного теста

. Затем с помощью экспериментов были оценены энергетические и тепловые характеристики стеклопакета VPV.

Результаты показали, что стеклопакеты VPV могут не только вырабатывать электроэнергию, но и снижать охлаждающую нагрузку, как

, а также повышать тепловой комфорт в помещении.

© 2016 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Выбор и / или экспертная оценка под ответственностью ICAE

Ключевые слова: Строительство интегрированной фотоэлектрической системы (BIPV); вакуумное фотоэлектрическое остекление; энергоэффективность; Коэффициент увеличения солнечного тепла

1. Введение

Интегрированная в здание фотоэлектрическая система (BIPV) уже является вариантом для современных строительных элементов

с многочисленными успешными примерами благодаря своей новой интегральной функции выработки энергии из солнечного источника энергии и отделки

, одновременно служа строительным ограждающим материалом [1].В современных высоких высотных конструкциях

полупрозрачные фотоэлектрические (STPV) панели или фотоэлектрические окна, которые пропускают определенное количество дневного света

во внутреннее пространство, широко используются в качестве частей фасада [2]. Однако,

, несмотря на то, что фотоэлектрические окна поглощают большую часть падающего солнечного излучения, только небольшую часть из

* Корреспондент автора. Тел .: + 852-3400 3596; факс: + 852-2765 7198.

Адрес электронной почты: [email protected].

Доступно на сайте www.sciencedirect.com

© 2017 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd. Это статья в открытом доступе под лицензией CC BY-NC-ND

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Рецензирование, проводимое научным комитетом 8-й Международной конференции по прикладной энергии.

Остекление с вакуумной изоляцией от Guardian Glass открывает мир возможностей

Бертранж, Люксембург, 13 ноября 2018 г. — Компания Guardian Glass разработала инновационную технологию, которая меняет способ производства высококачественного остекления, одновременно отвечая требованиям завтрашнего дня по повышению теплоэнергетических характеристик.Эта технология уже зарекомендовала себя в коммерческом холодильном оборудовании, но во многих отраслях появляются и другие приложения.

Guardian Vacuum IG ^™ берет две стеклянные панели и герметично закрывает их. В пространстве между двумя полностью закаленными стеклянными панелями, которые удерживаются друг от друга почти микроскопическими колоннами, создается вакуум. Вакуум устраняет любые наполняющие газы и все связанные с ними потери из-за теплопроводности и конвекции через газ, что приводит к значительному снижению потерь тепла из стеклопакета.

По сравнению со стандартными тройными стеклопакетами * (стеклопакеты) Guardian Vacuum IG тоньше и легче, имеет лучшие теплоизоляционные характеристики, более высокое светопропускание и меньшее отражение. Теплоизоляционные характеристики Guardian Vacuum IG остаются неизменными независимо от угла, под которым он установлен (от вертикального до горизонтального).

Кроме того, Guardian Vacuum IG полностью закален, что делает его пригодным для использования там, где необходимо соблюдать соответствующие стандарты безопасности.

Успех в холодильной технике

Guardian Vacuum IG был впервые применен в дверях холодильников розничной торговли, где он создает оптимальные условия для покупок, обеспечивая отличный непрерывный обзор охлажденных товаров.

Грег Кеменах, директор Guardian Vacuum IG, комментирует: «Решение Guardian Vacuum IG от Guardian является революционным с точки зрения инноваций в стекле. Вакуумные стеклопакеты с низкоэмиссионным покрытием могут обеспечить теплоизоляционные характеристики R-12 (эквивалентное значение Ug равно 0.47 Вт / м ² K) ** с профилем толщиной всего 8,3 мм. В результате стеклопакет на 75% тоньше, имеет на 33% меньше веса и превосходит по характеристикам тройное остекление с низким энергопотреблением *.

По мере того, как строительные нормы и правила становятся более строгими, Guardian Vacuum IG откроет мир возможностей для других приложений, появляющихся во многих отраслях, в частности, окон. В Соединенных Штатах Guardian Vacuum IG теперь также доступен для новых сборок и модернизации окон.

Guardian Glass представит свои последние инновации, в том числе новое решение для динамического затенения, в BAU — Hall C3 / Stand 308 (14-19 января 2019 г. — Мюнхен, Германия). www.guardian-possabilities.com .

* стандартные тройные стеклопакеты, используемые в холодильных установках, изготовлены из флоат-стекла толщиной 4 мм — разделителя 12 мм, 90% аргона — стекла с низким энергопотреблением 4 мм (покрытие на поверхности № 3) — разделителя 12 мм, 90% аргона — толщиной 4 мм- Стекло Е (покрытие на поверхности №5).
** Значения R и Ug согласно NFRC 2010.

Читательские запросы

Guardian Glass
19, Rue du Puits Romain
L-9070 Bertrange
Luxembourg
+352 28 111 000
info.europe @ guardian.com
www.guardian.com
@guardianglasseu
guardian-glass-europe
Guardian.Industries
GuardianIndustriesTV
Guardianglasseurope

Защитное стекло

Guardian Glass, основное бизнес-подразделение Guardian Industries, является одним из крупнейших в мире производителей изделий из листового стекла, стекла с покрытием и готовых изделий из стекла.На своих 25 заводах по производству флоат-стекла по всему миру Guardian Glass производит стекло с высокими эксплуатационными характеристиками для использования в наружных (коммерческих и жилых) и внутренних архитектурных решениях, а также в транспортных и технических изделиях. Стекло Guardian можно найти в домах, офисах, автомобилях и в некоторых из самых знаковых архитектурных достопримечательностей мира. Научно-технологический центр Guardian Glass постоянно работает над созданием новых стеклянных изделий и решений с использованием самых передовых технологий, чтобы помочь клиентам. Узнать, что возможно ^® .Посетите guardianglass.com .

Guardian Industries

Guardian Industries, глобальная компания со штаб-квартирой в Оберн-Хиллз, штат Мичиган, насчитывает около 18 000 сотрудников и управляет предприятиями в Северной Америке, Европе, Южной Америке, Африке, на Ближнем Востоке и в Азии. Компании Guardian производят высококачественные изделия из листового стекла, стекла с покрытием и готовые изделия из стекла для архитектурного, жилого, интерьерного, транспортного и технического применения, а также высококачественные хромированные и окрашенные пластиковые компоненты для автомобильной промышленности и грузовых автомобилей.Видение Guardian состоит в том, чтобы создавать ценность для своих клиентов и общества за счет постоянных инноваций с использованием меньшего количества ресурсов.