Ассоциация Производителей Энергоэффективных Окон
Ассоциация Производителей Энергоэффективных Окон




КАК СДЕЛАТЬ СТЕКЛОПАКЕТ ТЕПЛЫМ, ЛЕГКИМ И ТОНКИМ
(использование криптона в стеклопакетах для повышения энергоэффективности оконных конструкций)

Голубев А.А., к.т.н. Архаров И.А., Криппа А.В. (ООО "Неоэнергия", Россия, Москва), к.т.н Фаренюк Г.Г. (НИИСК, Украина, Киев)

Многие годы каждого, кто решил построить дом, и проектировщиков, и строителей, и индивидуальных застройщиков мучает один и тот же вопрос: Как сделать свой дом теплым? Как снизить теплопотери? Как снизить эксплуатационные затраты на обогрев или кондиционирование?

Решение проблемы энергосбережения возможно только с помощью применения системных, комплексных мер. Особую роль в энергобалансе здания играют светопрозрачные конструкции. Уровень их теплозащиты уступает теплозащите стеновых конструкций зданий. На световые проемы приходится более 40% всех теплопотерь здания. Многие специалисты продолжают спорить о теплопроводности своих материалов, обрамляющих светопрозрачную конструкцию, забывая о том, что это составляет всего чуть более 6% от всей ее площади. Так как же сохранить тепло в оставшихся почти 94-х процентах площади окна?

Энергоэффективность светопрозрачной конструкции будет ничтожно мала даже при самом "теплом" профиле и раме, если используется малоэффективный, низкокачественный стеклопакет. При этом сегодня в структуре стоимости одного м2 оконной конструкции на его долю приходится не более 30%. Так за что же мы платим деньги? За профиль и фурнитуру? Постараемся ответить на эти вопросы и поговорить на тему: Что же представляет собой современный энергосберегающий стеклопакет?

Первоначально в стеклопакетах пространство между стеклами заполнялось воздухом или продувалось сухим азотом перед окончательной герметизацией. Стеклопакеты обладают теплоизоляционными свойствами благодаря именно этой прослойке газа. Однако, при таком способе наполнения в герметизированном пространстве между стеклами возникают циркуляционные воздушные потоки, которые увеличивают конвективный перенос тепла между наружным и внутренним стеклами, тем самым снижая коэффициент сопротивления теплопередачи стеклопакета.

Энергетический кризис 70-х годов подхлестнул производителей стеклопакетов к поискам путей для устранения этих недостатков. В то время в США были введены самые жесткие нормы энергосбережения. Для изготовителей стеклопакетов в штатах с резкоконтинентальным климатом наступили трудные времена: они были вынуждены выполнять строгие нормативы и изыскивать возможности для усовершенствования существующих конструкций стеклопакетов. Есть ли возможность, не меняя конструкции стеклопакета, улучшить его теплоизоляционные свойства? Первые попытки были связаны с применением полимерных пленок. Но по причине весьма низкой светопропускной способности данной конструкции от этого варианта пришлось отказаться. Выход был найден, но внешне он не был заметен. Можно сказать, это был "невидимый" выход. Разработчики стеклопакетов предложили просто заменить газ-наполнитель. Для наполнения стеклопакетов предложили использовать инертные газы, обладающие бОльшими вязкостью, плотностью и меньшей теплопроводностью, чем воздух. При заполнении стеклопакетов такими газами уменьшаются конвекционные токи внутри стеклопакета, что приводит к снижению потерь тепла. Для заполнения стеклопакетов были предложены аргон и криптон, а также их смеси. Однако дороговизна и сложность получения криптона первоначально остановили выбор на аргоне. В дальнейшем, по мере удешевления криптона, он так же стал широко использоваться для заполнения стеклопакетов.


Диаграмма 1

Сегодня в США производители потребляют криптона порядка 12 тыс. м2/год, выпуская около 1 млн м2/год газонаполненных стеклопакетов. (Диаграмма 1). За 10 лет потребление криптона выросло в 6 раз, в то время как использование аргона практически не изменилось, а в на-стоящий момент наблюдается устойчивая тенденция к снижению его потребления.

В настоящее время в США и Западной Европе широко используются для заполнения герметичных стеклопакетов криптон и криптоно-аргоновые смеси. Увеличение производства и предложения криптона на мировом рынке за последние 15 лет привело к снижению его стоимости и увеличению доступности для потребителей, в том числе и производителей стеклопакетов. В то же время в России технология заполнения светопрозрачных конструкций криптоном не используется.

Основными факторами, на наш взгляд, сдерживающими распространение криптонозаполненных стеклопакетов в России являются:

  • низкая информированность производителей и потребителей;

  • отсутствие нормативных документов;

  • дискредитация самого факта газонаполнения стеклопакетов производителями низкокачественной продукции (несоблюдение технологии, некачественные материалы, несертифицированный газ и т.д.)

  • заниженные проектные сметы на оконные конструкции;

  • низкая платежеспособность населения.

Несмотря на вышеуказанные факторы, все более ужесточающиеся требования по энергосбережению в области градостроительства заставят строителей через какое-то время обратить внимание на мировой опыт использования криптона для заполнения стеклопакетов.

Компания "Международная группа Редкие газы" (ООО "Неоэнергия"- торговое подразделение компании, поставляющее газы на внутренний рынок России ) является одним из крупнейших производителей в мире криптона. Более 20 % производимого нами криптона используется для наполнения стеклопакетов в США и Западной Европе. Наша компания приняла решение провести комплексные исследования стеклопакетов, наполненных криптоном и криптоно-аргоновыми смесями различного процентного содержания. Исследования проводятся совместно с НИИСК (Научно-исследовательским институтом строительных конструкций) г. Киева на базе лаборатории к.т.н. Г.Г.Фаренюка. Исследования еще не закончены, поэтому в настоящей статье мы приведем лишь некоторые их результаты. Исследования проводились с одно- и двухкамерными стеклопакетами с наиболее широко применяемыми формулами 4-16-4 и 4-10-4-10-4, изготовленными из стандартных стекол М1 производства Борского завода и стекол с low-E покрытием - K-стекла и И-стекла производства компаний "Pilkington" и "Guardian" соответственно. Межстекольное пространство заполнялось криптоном, криптоно-аргоновыми смесями, а также чистым аргоном и воздухом.

Проводимая работа преследовала следующие задачи:

  1. определение зависимости сопротивления теплопередачи стеклопакетов от газового состава межстекольного пространства при различном сочетании стекол;

  2. исследование влияния состава газовой среды в межстекольном пространстве на шумоизоляционные свойства стеклопакета;

  3. исследования долговечности заполнения стеклопакетов инертными газами (ресурсные испытания, при которых определялось процентное содержание криптона в стеклопакетах после определенного срока эксплуатации);

  4. оценка экономической эффективности применения стеклопакетов с заполнением их криптоном и криптоно-аргоновыми смесями.

Так каковы же преимущества стеклопакетов, заполненных криптоном?

Криптон - инертный газ, не горючий, не ядовитый, содержится в микроколичествах в воздухе. Использование криптона обусловлено существенно более низкой теплопроводностью по сравнению с воздухом и аргоном. Теплопроводность криптона в 2,6 раза меньше, теплопроводности воздуха и в 1,8 раза меньше теплопроводности аргона, что увеличивает сопротивление теплопередачи стеклопакета.

БОльшие плотность, вязкость и диаметр молекулы криптона по сравнению с аргоном и воздухом приводят к снижению конвекционных токов внутри стеклопакета, что также приводит к увеличению сопротивления теплопередачи. Эти же факторы обуславливают меньшую диффузию криптона во внешнюю среду и повышают долговечность состава газовой среды внутри стеклопакета (см. Таблицу 1).

Таблица 1
Параметры при Т=21С° и давлении 0.1 МПаКриптонАргонВоздух
Вязкость х 10-6 [Па· с]25,23322,49318,158
Плотность [кг/м3]3,431,641,18


Что касается звукоизолирующих характеристик криптонозаполненных стеклопакетов, то данные Таблицы 2 показывают, что скорость звука в криптоне на 30% меньше, чем в аргоне и на 36%, чем в воздухе (зная, что затухание звуковой волны тем сильнее, чем меньше скорость звука в данной среде). Это обеспечивает б?льший коэффициент затухания звука в среде криптона и аргоно-криптоновых смесях по сравнению с чистым аргоном.

Таблица 2
Параметры при Т=21 С° и давлении 0.1 МПаКриптонKриптон +5% AргонKриптон +10% AргонKриптон +25% AргонKриптон +50% AргонAргон +25% KриптонАргонВоздух
Скорость звука, [м/с]220.39223.33236.44236.44256.60282.94319.43344.16

Конденсат - наиболее распространенная проблема, с которой приходится сталкиваться производителям окон и потребителям. Низкотемпературная технология получения криптона и аргона обеспечивает точку росы Т < -100 °С, что полностью исключает выпадение влаги в межстекольном пространстве.

Принятый государством курс на энергосбережение, приведет в ближайшее время к ужесточению региональных норм для жилых и административных зданий для всех регионов России без исключения. Это заставит производителей светопрозрачных конструкций применять новые типы стеклопакетов. Как видно из Таблицы 3, возможно применение криптонозаполненных стеклопакетов в сочетании с обычными стеклами во всех регионах России как дополнение применения низкоэмиссионных стекол, а в некоторых случаях - как альтернатива.

Например: использование криптона в стеклопакете 4М1-Kr10-4М1-Kr10-4М1 позволяет получить почти такое же значение сопротивления теплопередаче (R-фактора), как для стеклопакетов 4М1-16-4И (воздух), а для стеклопакета 4М1-Kr16-4И (криптон) в 1,3 раза более высокое значение.

Применение криптона актуально не только в регионах с холодным, но и с жарким климатом, где широко используется кондиционирование помещений.

Таблица 3
ГазCопротивление теплопередаче
(R-фактор)
2*К/Вт]
Города РоссииРегиональная норма
для жилых зданий
(R-фактор)

2*К/Вт]
Рекомендуемые конфигурации
стеклопакета для регионов РФ
1-10-4М1-10-4М11-16-4И Low-E
Криптон0,570,78Новосибирск0,631-16Кr-4И (криптон)
Криптон + 5%Аргон0,57-Екатеринбург0,601-16-4И (криптон+аргон)
Криптон + 10%Аргон0,56-Уфа0,581-Ar16-4И (аргон)
Криптон + 25%Аргон0,560,72Москва0,541-Kr10-4М1-Kr10-4М1 (криптон)
1-Ar16-4И (аргон)
Криптон + 50%Аргон0,550,70Самара0,551-Kr10-4М1-Kr10-4М1 (криптон)
1-Ar16-4И (аргон)
Криптон + 75%Аргон0,520,67Саратов0,521-10-4М1-10-4М1 (Kr50/Ar50)
1-Ar16-4И (аргон)
Аргон0,490,65   
Воздух0,470,59   

В процессе общения с производителями стеклопакетов очень часто приходится слышать о том, что газ улетучивается со временем из межстекольного пространства. Недостоверную, неоправданную, неподтвержденную информацию можно встретить в некоторых регионально-отраслевых журналах. Образцы "компетентности" авторов изречений по этому вопросу приводить не будем. Проведение ресурсных испытаний на долговечность криптонозаполненных стеклопакетов показало, что после 50 циклов охлаждения-нагрева соответственно до температур -30°С и +60°С, воздействие ультрафиолетового облучения, капельно-жидкой влаги и умеренно агрессивных сред, изменение газового состава в межстекольном пространстве не выявлено.

В соответствии с ГОСТ 30779-2001 рассчитаны условные годы эксплуатации:

Ресурс = 7*(N/12) = 7*(50/12) = 29 лет

Ресурсные испытания на долговечность криптонозаполненных стеклопакетов доказали, что срок эксплуатации составляет 29 лет, что превосходит аналогичный показатель для аргонозаполненных стеклопакетов (20 лет).

В настоящее время, проводимые на базе НИИСК ( г.Киев ), ресурсные испытания продолжаются.

Таблица 4

Сравнительные характеристики двух- и однокамерных стеклопакетов

Данные, приведенные в Таблице 4 показывают, что возможна и несомненно рациональна замена двухкамерных стеклопакетов с обычными стеклами однокамерными криптонозаполнеными с применением низкоэмиссионных стекол.

Возвращаясь к ответу на главный вопрос: Как сделать стеклопакет теплым, легким и тонким? - можно со всей уверенностью сказать, что сочетание заполнения межстекольного пространства криптоном с применением низкоэмиссионных стекол позволяет:

  1. отказаться от применения двухкамерных стеклопакетов или существенно улучшить их характеристики;

  2. уменьшить на 25% толщину стеклопакета;

  3. снизить на 30% вес стеклопакета;

  4. получить стеклопакеты с коэффициентом сопротивления теплопередачи 1 м2*К/Вт и выше (см. ниже результаты испытаний).

Особенно вышесказанное актуально для строительства высотных зданий с применением увеличенных толщин стекол с размерами 8 и 10 мм.

Полный научно-технический отчет будет опубликован на нашем сайте, сайте АПРОК и в профильных журналах после завершения комплексных исследований в декабре 2004 года.

В настоящее время решается вопрос о введении дополнений в нормативные документы по энергоэффективности стеклопакетов. Наша компания способна удовлетворить запросы отечественного рынка потребления криптона для газонаполнения стеклопакетов. Мы также поставляем оборудование для заполнения стеклопакетов криптоном и криптоно-аргоновыми смесями любого процентного содержания.

Таблица 5

Результаты экспериментальных исследований стеклопакетов
(получены в лаборатории Г.Г. Фаренюка, НИИСК, г.Киев )

№ п/пКоличество
камер
Тип стеклопакетаГазовый состав %Коэффициент
сопротивления
теплопередачи, (R-фактор)

м2 К/Вт
ВоздухКриптонАргон
114М1-16-4М1100  0,32
211-Kr16-4М1 100 0,38
311-16-4К100  0,53
411-Kr16-4K 100 0,67
514К-Kr16-4К 100 0,7
611-16-4И100  0,59
711-Kr16-4И 100 0,78
811-(Kr75/Ar25)16-4И 75250,73
91116-4И 50500,7
1011-(Kr25/Ar75)16-4И 25750,67
1121-8-4М1-8-4М1100  0,45
1221-Kr8-4M1-Kr8-4M1 100 0,51
1321-10-4М1-10-4М1100  0,47
1421-10-4М1-10-4К100  0,59
1521-Kr10-4М1-Kr10-4К 100 0,91
1621-(Kr75/Ar25)10-4М1-(Kr75/Ar25)10-4К 75250,88
1721-(Kr50/Ar50)10-4М1-(Kr50/Ar50)10-4К 50500,82
1821-(Kr25/Ar75)10-4М1-(Kr25/Ar75)10-4К 25750,81
1921-10-4К -10-4К100  0,73
2021-Kr10-4К-Kr10-4К 100 1,48
2121-Kr10-4К -Kr10-4К 100 1,54
2221-10-4М1-10-4И100  0,64
2321-Kr10-4М1-Kr10-4И 100 1,00
2421-(Kr75/Ar25)10-4М1-(Kr75/Ar25)10-4И 75250,94
2521-(Kr50/Ar50)10-4М1-(Kr50/Ar50)10-4И  50500,90
2621-(Kr25/Ar75)10-4М1-(Kr25/Ar75)10-4И 25750,81
2721-10-4И-10-4И100  0,93
2821-Kr10-4И -Kr10-4И 100 1,58
2921-(Kr75/Ar25)10-4И -(Kr75/Ar25)10-4И 75251,48
3021-(Kr50/Ar50)10-4И -(Kr50/Ar50)10-4И 50501,36
3121-(Kr25/Ar75)10-4И -(Kr25/Ar75)10-4И 25751,30


Наши координаты:
ООО "Неоэнергия" ("Международная группа Редкие газы")
Россия, 105120, Москва, Гжельский пер., д. 11, под.2
Тел.: +7(095) 755-51-24, 263-60-09
Факс: +7(095) 755-58-11, 755-82-57
e-mail: neoenergy@mail.ru
www.neoenergy.ru