Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям остекления и способам их изготовления.
В WO 91/02878 и WO 93/15296 предложен вакуумный стеклопакет, состоящий из двух смежных листов стекла, из пространства между которыми откачан воздух. Листы стекла разделены между собой дистанционными прокладками и соединены между собой по периметру слоем герметизирующего материала (уплотнения). Откачка воздуха из межстекольного пространства производится через отверстие в одном из стекол.
Известные вакуумные стеклопакеты до настоящего времени не смогли завоевать рынок. Современными выпускаемыми промышленным способом вакуумными стеклопакетами достигнут неудовлетворительный коэффициент теплопередачи U=1,0 Вт/(м2·К) или ниже, этот параметр сегодня без труда обеспечивают даже традиционные стеклопакеты. И хотя лабораторные исследования показали реальность достижения коэффициента теплопередачи U=0,4 Вт/(м2·K), все же на практике эти результаты ограничивались только мелкими лабораторными образцами. Переход в лабораторных опытах на более крупные форматы изделий от 0,8 м2 и выше до сих пор не удавался. Причина этого кроется в том, что, например, при практическом использовании известных вакуумных стеклопакетов часто имеют место повреждения в виде боя стекла, негерметичности или потери вакуума и т.п., что зачастую может приводить изделие к полной непригодности и отказу в работе. Особенно сильно страдают краевые зоны, находящиеся в соединительном профиле, и особенно в углах. Как оказалось, такие недостатки проявляются обычно на крупногабаритных изделиях площадью не менее 0,4 м2 и прежде всего в более крупных, в то время как в малых лабораторных образцах обычного размера 500×500 мм (площадью до 0,25 м2) такие явления не наблюдались.
Кроме того, обычные вакуумные стеклопакеты по сравнению с традиционными стеклопакетами значительно дороже. До настоящего времени не удалось значительно снизить себестоимость изделий за счет улучшения технологии производства.
В качестве примера повышения теплового сопротивления стеклопакета из патентной документации известны способы нанесения покрытий на наружный лист стекла для обеспечения определенных свойств поглощения энергии и пропускания света для снижения тепловых потерь из помещений зданий.
В патенте US 4751149 описан способ нанесения покрытия из оксида цинка на основу при низкой температуре с использованием смеси цинкорганического соединения и воды в среде инертного газа. Получаемая пленка оксида цинка имеет сравнительно низкое удельное сопротивление, которое можно изменить путем добавления химического элемента III группы Таблицы Д.И. Менделеева (В, Al, Sc).
В патенте US 6071561 описан способ осаждения пленок из оксида цинка с примесью фтора с использованием паров соединений исходных веществ, например хелатадиалкилцинка, в частности, с использованием аминохелата, источника кислорода и источника фтора. Полученные покрытия являются электропроводными, отражают инфракрасное излучение, поглощают ультрафиолетовое излучение и не содержат углерода.
Наиболее близким к заявленному способу является патент RU 2448133, в котором говорится о том, что теплопередача в герметизированных изоляционных стеклопакетах может быть снижена при замене воздуха в герметизированном изоляционном стеклоокне на газ с более низкой теплопроводностью. Подходящие газы должны быть бесцветными, нетоксичными, некорродирующими, негорючими, не разрушающимися под действием ультрафиолетового излучения и более низкопроводными по теплу, чем воздух. Аргон, криптон, ксенон и гексафторид серы являются известными примерами газов, которые обычно являются заменителями воздуха в изоляционных стеклоокнах для снижения энергопереноса теплопроводностью.
Однако при проведении эксперимента с использованием воздуха, дорогостоящего инертного аргона и углекислоты CO2 выявлено, что заполнение камер аргоном почти ничего не дало, а в случае с газом-заполнителем CO2 результат уменьшения теплообмена на 8-10% по сравнению с воздушным заполнителем. Такие результаты приводят к выводу о том, что неправильно были представлены механизмы теплопередачи в случае использования теплопроводности газов как средства управления процессом теплопередачи через стеклопакет.
Задачей данного изобретения является разработка улучшенного теплоизолирующего элемента стеклопакета, лишенного недостатков обычных вакуумных стеклопакетов, стеклопакетов, заполненных газом, с пониженной теплопроводностью и стеклоизделий с покрытием из оксида цинка или других материалов с высокой отражательной способностью и стоимостью.
Сущность изобретения: в способе изготовления пакетов элементов остекления ограждающих конструкций зданий, состоящих из листов стекла, устанавливаемых с промежутком между ними, который заполняют газом и герметизируют с установкой по периметру стекла фиксирующих прокладок, покрытых слоем уплотнительной замазки, согласно изобретению заполнение промежутка производят газом, поглощающим тепловое (инфракрасное) излучение, имеющим в своем составе три и более атомов. При этом при подаче газа давление P1 и температуру T1 газа задают выше этих параметров для окружающей среды для того, чтобы после герметизации промежутка между стеклами за счет остывания газа в промежутке установилось бы давление P1=Pатм, что предотвратит перетекание газа, при этом соотношение начальных и конечных после заполнения параметров должно подчиняться соотношению
В качестве лучепоглощающих газов используют как отдельные лучепоглощающие газы, так и их смеси. При использовании смеси лучепоглощающих газов состав их подбирают таким образом, чтобы, с учетом селективности излучения газов, диапазоны излучения отдельных газов создавали близкий к сплошному спектр излучения, характерный для «серого» тела. Для гарантии заданного состава и вытеснения воздуха из промежутка количество газа, подаваемого для заполнения камеры, в 3-4 раза превышает ее объем
На фиг. 1 изображен оконный стеклопакет с улучшенной теплоизоляционной способностью, содержащий два отстоящих друг от друга листа стекла в пространственном отношении друг к другу, с газовой прослойкой между ними. На фиг. 2 представлена зависимость приведенной степени черноты от степени черноты газа
Для анализа условий теплообмена были произведены расчеты с целью определения составляющих теплопередачи через пакет в прослойке между стеклами. Определялись тепловые потоки при заполнении полости между стеклами разными газами.
Таблица 1
Расчеты были проведены при обработке опытных замеров δ=14·10-3 м, Δt=8°C - разница температур между стеклами. Тепловым сопротивлением самих стекол ввиду его малости пренебрегаем.
Как показали расчеты, доля лучистого теплообмена является довольно значительной, и поэтому тепловое сопротивление окон лучше всего изменять за счет излучения.
Теоретическое решение задачи лучистого теплообмена представляется уравнением:
где C0=5,77 Вт/(м2·К4) - коэффициент излучения абсолютно черного тела;
T1 и T2 - абсолютные температуры каждого из стекол, К;
εпр - приведеная степень черноты.
Именно это величина содержит характеристику поглощающих свойств газового слоя.
Для случая εг=0 (отсутствие поглощения газом):
,
При наличии поглощающего газа:
.
Сравнение этих двух случаев можно провести, используя отношение этих величин, т.е.
.
Если
Ниже в таблице 2 приводятся результаты расчетов величины
Таблица 2 - Расчет сравнительной степени черноты
Как видно из приведенных данных, увеличение степени черноты газа, заполняющего прослойку между стеклами, ведет к снижению приведенной степени черноты системы и, следовательно, к снижению интенсивности лучистого теплообмена. Особенно наглядно эта связь представлена на графике (фиг. 2), построенном по результатам расчетов.
Приведенный график можно интерпретировать зависимостью:
Для проверки справедливости такой интерпретации проведем контрольный расчет в двух точках:
εг=0,2; ; ,
εг=0,9; ; .
Таким образом, введение в прослойку поглощающего «парникового» газа должно снижать тепловые потоки через стеклопакет. К таким газам, поглощающим тепловое инфракрасное излучение, относятся газы, имеющие в своем составе более трех атомов, например, CO2, SO2, CH4, фреоны и др. Поскольку газы отличаются селективностью излучения, т.е. наличием излучения и поглощения только в каких-то характерных для данного газа диапазонах длин волн, и в газовых смесях действует правило парциальности действия и аддитивности (слагаемости) величин эффектов отдельных газов, то целесообразно окна заполнять смесями поглощающих газов. При этом их состав нужно подбирать так, чтобы диапазоны излучения газов не совпадали, а в сумме давали бы спектр излучения, близкий к сплошному спектру излучения твердого «серого» тела.
При заполнении газом необходимо добиться вытеснения воздушного объема из промежутка между стеклами, иначе эффект поглощения будет снижен за счет снижения доли парциального давления в объеме промежутка. Для гарантии полного вытеснения, как показывает опыт, достаточно прокачать объем газа, превышающий объем воздушной прослойки в 3-4 раза.
Для обеспечения герметичности в процессе службы окон в них необходимо создать давление, близкое к атмосферному, что исключит процесс перетекания. Вместе с тем для продувки в камере (промежутке) окна необходимо держать давление выше атмосферного. Для выполнения этих противоречащих друг другу требований, необходимых для нормальной работы окна с заполнением поглощающим газом, предлагается при продувке держать избыточное давление в камере около 10 кПа или 0,1 атм (абсолютное давление P1=110 кПа), при этом температура газа должна составлять 40-50°C или 310-320 K. После заполнения камеры пружинные клапаны отсекают объем камеры, фиксируя ее объем.
При постоянном объеме, что характерно для газовой прослойки, давление и температура связаны соотношением, вытекающим из известного закона Бойля-Мариотта
где T1 и P1 - температура и давление газа сразу после заполнения,
T2 и P2 - температура и давление газа после остывания газа через некоторое время, когда возникнут рабочие условия службы окон в целом и газозаполненной камеры в частности.
При работе окон температура газа в камере окна может быть определена на основе практических данных зимой t2~0°C и летом 25°C. Если принять среднюю за год температуру t2=17°C (T2=290 K), то тогда из закона Бойля-Мариотта
что дает
что соответствует барометрическому давлению воздушной среды. При этом не будет перепада давлений между давлением газа в камере окна и снаружи ее, что исключит возможное перетекание газа.
Аналитический расчет лучистых тепловых потоков был произведен для четырех газов: углекислота, аммиак, метан и пропан-бутан. Здесь четко выявилась тенденция к уменьшению тепловых потоков от одного стекла к другому при введении так называемых «парниковых» газов.
Экспериментальную проверку гипотезы удалось в полной мере провести только для углекислоты и метана.
Результаты опытов показали, что введение CO2 в качестве заполнителя пространства между стеклами дало снижение тепловых потоков на 8-10%, а для метана - на 10-12%.
Изобретение позволяет уменьшить тепловые потери через элементы остекления зданий. Теплоизолирующий элемент остекления содержит систему листов стекла, первый из которых является наружным стеклом, второй - внутренним. Пространство между листами стекла заполнено лучепоглощающим газом, в частности многоатомным, который, в свою очередь, увеличивает сопротивление теплопередаче.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОСБЕРЕГАЮЩАЯ СЪЕМНАЯ НАКЛАДКА ОКНА | 2012 |
|
RU2525777C2 |
СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР КАК ЭЛЕМЕНТ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ | 2004 |
|
RU2265162C2 |
ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ОСТЕКЛЕНИЯ, ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ | 2007 |
|
RU2451147C2 |
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СВЕТОПРОЗРАЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ | 2016 |
|
RU2620241C1 |
СТЕКЛОБЛОК ДЛЯ ОКОН | 1999 |
|
RU2150563C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАКУУМНОГО СТЕКЛОПАКЕТА | 2000 |
|
RU2183718C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКРАННО-ВАКУУМНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ ТЕРМОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЯХ | 2006 |
|
RU2355608C2 |
СОЛНЕЧНЫЙ ФАСАД С ВАКУУМИРОВАННЫМ СТЕКЛОПАКЕТОМ | 2008 |
|
RU2382164C1 |
Светопрозрачная конструкция (варианты) | 2018 |
|
RU2694537C1 |
ТЕРМОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) | 2010 |
|
RU2449331C2 |
Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям остекления и способам их изготовления. Задачей данного изобретения является разработка улучшенного теплоизолирующего элемента стеклопакета, лишенного недостатков обычных вакуумных стеклопакетов, стеклопакетов, заполненных газом, с пониженной теплопроводностью и стеклоизделий с покрытием из оксида цинка или других материалов с высокой отражательной способностью и стоимостью. Для этого в способе изготовления пакетов элементов остекления ограждающих конструкций зданий, состоящих из листов стекла, устанавливаемых с промежутком между ними, который заполняют газом и герметизируют с установкой по периметру стекла фиксирующих прокладок, покрытых слоем уплотнительной замазки, согласно изобретению заполнение промежутка производят газом, поглощающим тепловое (инфракрасное) излучение, имеющим в своем составе три и более атомов. При подаче газа давление Р1 и температуру Т1 газа задают выше этих параметров для окружающей среды для того, чтобы после герметизации промежутка между стеклами за счет остывания газа в промежутке установилось бы давление P1=Ратм, что предотвратит перетекание газа, при этом соотношение начальных и конечных после заполнения параметров должно подчиняться соотношению
1. Способ изготовления пакетов элементов остекления ограждающих конструкций зданий, состоящих из листов стекла, устанавливаемых с промежутком между ними, который заполняют газом и герметизируют с установкой по периметру стекла фиксирующих прокладок, покрытых слоем уплотнительной замазки, отличающийся тем, что заполнение промежутка производят газом, поглощающим тепловое (инфракрасное) излучение, имеющим в своем составе три и более атомов, при этом при подаче газа давление Р1 и температуру Т1 газа задают выше этих параметров для окружающей среды, чтобы после герметизации промежутка между стеклами за счет остывания газа в промежутке установилось бы давление Р1=Ратм, что предотвратит перетекание газа, при этом соотношение начальных и конечных после заполнения параметров должно подчиняться соотношению
2. Способ изготовления пакетов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве лучепоглощающих газов используют как отдельные лучепоглощающие газы, так и их смеси.
3. Способ изготовления пакетов по п. 1, отличающийся тем, что при использовании смеси лучепоглощающих газов состав их подбирают таким образом, чтобы, с учетом селективности излучения газов, диапазоны излучения отдельных газов создавали близкий к сплошному спектр излучения, характерный для «серого» тела.
ИЗОЛЯЦИОННЫЙ СТЕКЛОПАКЕТ, ОБЛАДАЮЩИЙ ОТВЕРЖДАЮЩИМСЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ГЕРМЕТИКОМ ПОНИЖЕННОЙ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ | 2006 |
|
RU2448133C2 |
ОГНЕУПОРНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ | 2008 |
|
RU2463429C2 |
Стеклопакет | 1981 |
|
SU973491A1 |
KR 20130022535 A, 07.03.2013 |
Авторы
Даты
2015-04-10—Публикация
2014-05-30—Подача