Енергоспестяващи стъклопакети: съвременно производство

К-стъклото се изработва по стара пиролитична технология, която се използва от началото на 70-те години. Колкото и да е парадоксално, К-стъклото е по-скъпо, но по-малко ефективно, а може да бъде преработено при примитивни условия с подръчни средства.

Е-стъклото (нискоемисионно Low-E стъкло) се изработва по магнетронна технология на производството (тя се смята за по-съвременна, прилага се от началото на 90-те години). В сравнение с К-стъклото този продукт е по-ефективен и достъпен като цена, но при работа с него (съхраняване, преработка) се изискват специални условия и тяснопрофесионални навици.

Към днешна дата най-популярни са стъклопакетите с енергоспестяващо Е-стъкло. Като състав то е със структура от няколко слоя, създадена на принципа „оксид-метал-оксид”. Основна роля играе тънка ролка метал, която притежава свойства за спектрална селективност.

Енргоспестяващият слой се поставя отвътре на стъклото, като опрашаването е обърнато към вътрешната страна на стъклопакета. Инфрачервените вълни, излъчвани от източника на топлина, се отразяват от прозоречното стъкло обратно на посоката на първоначалния източник и така загубата на топлинна енергия намалява до 2-2,5 пъти.

„Умното стъкло” (Smart-стъкло)

Технологията „умно стъкло” също е насочена към повишаване запазването на топлината на светлиннопрозрачната конструкция, тази технология е изградена върху използването на водещи енергоспестяващи разработки. Съществуващите тенденции към максимално използване на естественото осветление в сградите, които водят до увеличаване площта на остъкляване от една страна и все по-нарастващите изисквания за намаляване потреблението на енергия, от друга, активно стимулират технологията на „умните стъкла”.

Електрохромното стъкло (стъкло с регулируемо тониране) използва електрическата енергия за преход от прозрачно към затъмнено състояние. Технологията притежава огромен потенциал при бъдещи проектирания и обзавеждане на търговски и жилищни сгради. В архитектурата се наблюдават тенденции към използване на големи остъклени площи (като се отчита растящият интерес към използване на естественото осветление) и постоянно увеличаващите се изисквания за съкращаване на потреблението на енергия създават уникални възможности за внедряването на „умните прозорци”.

Значимостта на достиженията при различните нива на пропускане/поглъщане на светлинния поток може да бъде осъзната най-добре в контекста на предаване на енергия при светлиннопрозрачни конструкции. Обикновеното прозрачно стъкло (еднослойното) пропуска и поглъща по-голямата част от видимата светлина на слънчевия спектър, но не отразява (не притежава избирателна способност) по-голямата част от дълговълновата инфрачервена радиация и по този начин пропуска в помещението слънчевото излъчване и задържа част от инфрачервеното излъчване, което идва от повърхността на предметите разположени във вътрешността на сградата (което икономисва енергията през отоплителния период, но натоварва климатиците през лятото).

Все пак обикновеното стъкло предава максимално количество топлина за сметка на конвекцията/топлопроводимостта (пределно увеличавайки навлизането на излишна топлина в помещението и загубата на топлина през отоплителния период). С цел понижаване ефекта на конвекция/топлопроводимост почти всички прозорци имат 2 или повече пласта стъкло. Прозорците с променящи се светлиннопропускателни способности и ефективни възможности за контрол над този процес осигуряват оптимална комбинация на нивото на дневно осветление и обем топлина, постъпващи в помещението от слънчевата радиация (минимално или максимално в зависимост от сезона), което допринася за понижаване на енергопотреблението на сградата.

Електрохромно и „умно” стъкло са общи термини, които обхващат различни технологии на изменението на свойствата на стъклото. Към тях могат да бъдат отнесени такива системи като течнокристалните, преминаващи от прозрачно в полупрозрачно състояние, и фотохромното стъкло, което потъмнява под въздействие на слънчевия светлинен поток.

Да разгледаме технологията, при която особено внимание се отделя на енергоспестяването и допълнителната функционалност – това е електрохромна технология, при която се използват оксиди на метали и петслойно покритие от оксиди на метали, поставено между два слоя стъкло.

Петслойното покритие включва следните слоеве, нанесени по метода на вакуумното насаждане (опрашаване):
– проводящ;
– безцветен оксид на метален литий, съдържащ положително заредени йони;
– проводник/електролит;
– електрохромен (отрицателно зареден оксид на волфрама);
– проводящ – при подаване на напрежение йоните на лития преминават от положителния слой през слоя на проводника/електролита в електрохромния слой, където влизат в реакция с оксида на волфрама, за да образуват литиев волфрамат.

При този процес компенсационният електрон преминава по веригата от слоя с йони в електрохромния слой. Литиявият волфрамат поглъща светлинния поток и докато тече реакцията, стъклото потъмнява, а слънчевата светлина се поглъща от стъклото под формата на топлина.

Във външния слой на стъклото тази топлина се предава най-вече на външния въздух. При смяна на полярността реакцията протича в обратна посока и стъклото възвръща прозрачното си състояние. За типичните продукти от тази категория пропускането на видимата част от спектъра на слънчевата светлина е 62% за прозрачно състояние и до 3,5% – за напълно затъмнено състояние.

Стъклото с такъв състав е от водещи проектанти и обикновено се поставя в стандартни изолационни блокове и се монтира в рамки от проектантите, техните партньори или независими доставчици. Изолационните блокове се контролират от система за управление – от системи с ръчно регулиране на индивидуални прозорци до автоматична система за цяла сграда. За захранване и управление на остъклена повърхност с площ 140 кв. м. (приблизително 100 прозореца) през деня се изразходва по-малко електроенергия отколкото за крушка с мощност 60 вата, а когато стъклото се намира в напълно прозрачно състояние загубите на електроенергия са равни на нула. Електрохронните стъкла осигуряват до 44% икономия при разхода на енергия за осветяване в сравнение с основния сценарий (без контрол на дневното осветяване). Освен това за сметка на охлаждащите възможности на „умните” прозорци през ясни слънчеви дни се отчита понижаване с 19-20% на пиковите натоварвания, свързани с работата на системите на климатиците.

Енергоспестяващи ролки за стъкла

Един от вариантите за повишаване енергоспестяващите функции на светлиннопрозрачната конструкция е използването на енергоспестяващи ролки за стъкла. Отличителна особеност при прозоречните енергоспестяващи ролки е това, че притежавайки добри топлоизолационни характеристики, ролките са невидими върху стъклото и са практически прозрачни, а също с малки, незабележими за окото загуби пропускат слънчевата светлина в помещението. Енергоспестяващите ролки осигуряват преминаването на необходимото количество светлина в стаята, но препятстват на топлинната енергия да излезе от помещението.

Технологията, при която се напрашават различни метали върху ролката, вече е остаряла. При изготвянето на нови поколения енергоспестяващи ролки се използват съвременни нанотехнологии, които предвиждат бомбардиране с атоми на метали с ниска емисионност, например злато или платина, във вътрешността на полиестера, което осигурява висок показател на съхраняване на топлинна енергия. Такава технология се нарича „sputtering“ (разпрашаване), а ролките са от висш клас.

Още една енергоспестяваща технология заслужава внимание – това е технология на устройство с претеглени частици SPD (Suspended Particle Devices), основана върху използването на ламинирана ролка SPD върху стъклени или пластмасови повърхности. Прозорците с технология SPD са с два слоя стъкло (или прозрачна пластмаса) с проводящо покритие на вътрешните повърхности. Ролковият слой, съдържащ малки претеглени частици със специално разработен химически състав, се намира между двата слоя стъкло.

Стандартното разпределение на тези частици е такова, че те са случайно насочени и блокират до 99,75% от падащата светлина, която преминава през стъклото. При подаване на променлив ток към проводящите слоеве претеглените частици се ориентират спрямо електрическото поле и пропускат светлинния поток. Контролът на подаваното напрежение позволява непрекъснато да се регулира пропускливата способност на стъклото от прозрачно, даже по-прозрачно, отколкото е при обикновен прозорец, до на практика напълно затъмнено. Диапазонът на светлиннопропускливата способност на такава прозоречна конструкция зависи от количеството претеглени частици в ролката и може да съдържа от по-малко от 1% до 50%. Възможни са и по-широки диапазони.

Превключването на SPD-стъклото става много бързо и не зависи от размера на прозореца и температурата на въздуха. Обикновено прозорецът преминава от едно гранично състояние в друго (от затъмнено към прозрачно) приблизително за 1 секунда, а в обратна посока – за по-малко от 3 секунди. Това позволява не само точно да се настройва нивото на интензивност на постъпване на светлинния поток в помещението по всяко време, но и да се проектират системи за управление, реагиращи на конкретните условия за осветеност, и да се отчита заетостта на помещението в реално време. Напрежението може да се подава (да се отключва) върху прозоречната конструкция моментално по сигнал на различни датчици. Системата за управление може да бъде програмирана за оптимално ниво на осветяване и енергопотребление, да е разпределена по минути за целия ден и да отчита присъствието на хора в помещението и външните климатични условия. Системата също може да бъде програмирана и за добавяне на необходими промени в зависимост от смяната на сезоните.

Тъй като технологията SPD е основана върху използване на ламинирана SPD ролка върху стъклени или пластмасови повърхности, тя може да се прилага и върху криви или върху повърхности с неправилна форма. Светлиннопрозрачните повърхности, използващи технологията SPD, са преминали изпитания при ускорен режим в специални климатични камери и са показали отлична надеждност. Количеството преходи от едно към друго състояние е неограничено и за него е необходим съвсем малък обем енергия.

Най-голямото количество потребена електроенергия при големи SPD-прозорци не превишава разходите на обикновена нощна лампа. И разбира се SPD-прозорците изобщо не потребяват електроенергия при пълно затъмнение. Технологията SPD вече се прилага широко в самолетите, транспортните средства със специално предназначение. SPD-прозорци са монтирани и в много търговски и жилищни сгради.

Вижте също...