Взгляд на прошлое, настоящее и будущее высокоэффективных решений для остекления

Строительная промышленность работает над улучшением энергоэффективности стекла со времен Гражданской войны, когда в 1865 году изобретатель Томас Д.Стентсон запатентовал первый стеклопакет с использованием веревки как прокладки и смолы в качестве клея.

Тем не менее он использовался редко до начала 1980 годов, когда с развитием темы по энергосбережению низкоэмисионное стекло стало набирать популярность. В последние три десятилетия наблюдается рост интереса к энергосберегающему остеклению, с постоянно совершенствующимся низкоэмисионным покрытием стекол, внедрением динамических технологий остекления и новых конструкции стеклопакетов. И стекольная промышленность ответила на это ассортиментом продукции, способным удовлетворить требования архитекторов к теплосбережению и светопропусканию.

Эта статья представляет собой всесторонний взгляд на рынок энергоэффективного стекла от выпуска первых низкоэмиссионных стекол до сегодняшнего дня и дает представление о тенденциях будущего.

Одной из важнейших вех в истории энергоэффективных изделий из стекла стало появления специального покрытия. До 1963 года ни о каких покрытиях для стекол не знали. И только в 1964 году, компания PPG выпустила Solarban, свето и теплоотражающее покрытие, которые препятствовало проникновению инфракрасного излучения и солнечных лучей. Наличие такого покрытия привело к тому, что здания конца 1960-х и 1970 годов остеклялись только с помощью стекла с такой поверхностью.

Следующий большой скачок в отрасли пришелся на энергетический кризис 1970 годов. Разработка низкоэмиссионного стекла началась в Соединенных Штатах в 1976 году с партнерства между Лоренс Беркли Нешнел Лаборатори (Lawrence Berkeley National Lab) и компанией Southwall, финансируемой Министерством энергетики США. Совместными усилиями в 1981 было разработано первое низкоэмиссионное стекло, а к 1988 году оно захватило 20% жилого сектора в Соединенных Штатах, по данным Министерства энергетики США.

Низкоэмиссионное стекло на своей поверхности имеет нанопокрытие, которое блокирует вредное инфракрасное излучение, пропуская при этом солнечный свет. Промышленное внедрение спектрально-селективного низкоэмиссионного стекла сыграло не в пользу энергоэффективного стекла.

«Появившись в 80-е годы низкоэмиссионное стекло произвело прорыв в стекольной индустрии», говорит Кейт Босуэлл, технический директор офиса в Сан-Франциско компании Skidmore, Owings & Merrill LLP.

«С момента появления низкоэмиссионных стекол покрытия становились все более изощренными», добавляет Струбл. «Мы видели тенденцию к пропусканию большего количества солнечного света, при том же низком коэффициенте пропускания ультрафиолета». В конце 80-х и начале 90-х появились мягкое (И-стекло) и твердое (К-стекло) покрытия энергоэффективных стекол.

Покрытия улучшались, благодаря производителям, которые внедряли в низкоэмиссионные стекла два слоя серебра, а примерно с 2005 года, три слоя. Компании работали над улучшением цвета и прозрачности, говорит Минет. «Эти покрытия на стекла 1/1000 толщины человеческого волоса», говорит он.

«Мы должны помнить требования энергетического кодекса, однако, эстетика остается ключевым фактором архитектурного сообщества для более широкого внедрения высокопроизводительных покрытий», добавляет Серж Мартин, вице-президент по маркетингу AGC Glass Company North America.

В последние годы стекольная промышленность достигла предела потенциального улучшения в снижении проникновения ультрафиолета и пропускания солнечного света энергоэффективным стеклом, что делает разработку альтернативных энергосберегающих стекол еще более критичным.

«Учитывая, что мы достигли предела физики с точки зрения коэффициента усиления солнечного тепла, постепенные улучшения в солнечном контроле, скорее всего, происходят из соображений эстетической производительности с использованием нескольких слоев серебра для обеспечения продукции различной цветовой гаммы и видимого светопропускания, которое мы и наблюдаем в настоящее время», говорит Хелен Сандерс, старший вице-президент по операциям в Sage Electrochromics.

Стекольные компании сотрудничают с архитекторами для оптимизации производства стекла в зависимости от географического местоположения и ориентации здания. «Мы считаем, что архитекторы должны начать использовать усиление солнечного тепла. В некоторых климатических зонах и при определенных строительных конструкциях архитекторы хотят устанавливать термостойкое стекло в зимний период», говорит Струбл.

«Что такое самый энергоэффективный дизайн? Это наиболее экономичное использование отопления и охлаждения, из чего следует, что в некоторых климатических зонах пассивное низкоэмиссионное стекло дает прирост тепла», говорит Минер. Производители в настоящее время работают над другой серией низкоэмисионной продукции, которая обеспечит максимальный контроль над пропусканием солнечного света для достижения максимальной эффективности в статических системах остеклениях.

Динамическое стекло

Так как традиционное низкоэмиссионное стекло достигло предела повышения производительности, промышленность занимается динамическими возможностями стекла. «Основные события или эволюция (для энергоэффективного стекла) , скорее всего, проходят в области динамического остекления — электрохромные (смарт-стекло), термохромные и т.д.», говорит Сандерс

За последние месяцы популярность изделий из динамического стекла достигла критической отметки, несмотря на то, что эта технология насчитывает десятилетия.

В 1989 году была создана компания Сейдж с целью разработки умного электрохромного стекла (смарт-стекла), которое при изменении внешних условий изменяло бы свои оптические свойства.

К 2003 году компания завершила свой первый коммерческий проект по остеклению. В последние несколько лет производство смарт-стекла достигло крупных масштабов на современных мощностях Сейдж и Вью, www.viewglass.com.

Через несколько лет на рынок вышли производители динамического термохромного стекла, которое реагирует на понижение или повышение температуры. RavenBrick разработала свой термохромный прототип RavenWindow в 2007 году, а Pleotint запустила термохромный продукт Suntuitive на рынок в 2011 году.

«Без сомнения, динамичное стекло — это следующий шаг в эволюции энергоэффективного стекла», говорит Джефф Браун, руководитель проекта Pleotint. «При установке в стеклопакете с нанесением низкоэмиссионного покрытия и заполнения пространства между стеклами газом, динамичное стекло улучшает показатели энергоэффективности, а также позволяет зданиям и жилым домам сохранить внешний вид, оптимизировать естественное освещение, а в дальнейшем снизить затраты на электроэнергию».

Забегая вперед

Под влиянием спроса со стороны строительного сообщества, повышения цен на энергоносители и ужесточений требований к использованию энергии, производители стекла ориентируются на разработку более эффективных светопрозрачных решений. Энергоэффективная стекольная промышленность завтрашнего дня будет представлена повышенной динамикой, тройными стеклопакетами, новыми низкоэмиссионными стеклами (включая новый четвертый слой поверхности) и технологиями, направленными на сохранение тепла. И, скорее всего, выйдут на рынок вакуумные стеклопакеты.

«В последние годы энергетические стандарты (ASHRAE 90.1-2013 и IECC-2012), а также «зеленые стандарты» (ASHRAE 189.1-2014, и California’s Title 24) требуют двойного остекления, герметиков и низкоэмиссионного стекла во всех климатических зонах», говорит Крис Долан, директор по маркетингу, North America Flat Glass, Guardian Industries, www.guardian.com. «Это связано с введением стандартов в отдельных государствах. Тройное остекление будет обязательным на Крайнем Севере, а заполнение аргоном и использование теплой рамки будет использоваться все больше».

Промышленность также рассматривает потенциал энергосберегающего стекла в модернизации уже существующего жилищного фонда. «Когда мы говорим о будущем энергосберегающих стекол, то встает вопрос, как лучше всего использовать эти технологии не только в строительстве нового жилья, но и в модернизации старого», говорит Майк Никлас, менеджер по развитию J.E. Berkowitz LP/Renovate by Berkowitz, www.jeberkowitz.com/Renovate/.

«В каждой стране есть множество старых домов, в которых все еще стоят оригинальные, однослойные стекла в окнах и фасадах… Есть экономичные способы по замене старых окон зданий и фасадов, для того, чтобы улучшить энергетическую, термическую и акустическую характеристики. Промышленной отрасли есть чем заняться еще в течение многи лет», говорит Минер.

Энергоэффективное стекло: терминология

U-factor: Или, иначе, коэффициент теплопередачи стекла. Показывает, насколько легко всё окно в целом /включая рамы и все остальные детали/, позволяет теплу проходить через себя и теряться. Чем меньше этот показатель, тем лучше. Некоторые производители указывают U-factor одного только оконного стекла, а не всего окна в целом, поскольку в первом случае этот показатель, естественно, намного ниже.

R-VALUE: Коэффициент сопротивления теплопередаче.

SHGC/Solar Heat Gain Coefficient/: Коэффициент нагрева стекла солнечными лучами. Показывает количество солнечного тепла, которое проходит через стекло внутрь помещения. Другими словами, чем ниже SHGC стекла, тем меньше тепла оно пропускает. В странах с жарким климатом этот коэффициент должен быть небольшим /показатель около 40% является вполне хорошим/, а странах с холодным климатом он может быть более высоким.

VT: От начального Visual Transmittance – оптическая проницаемость. Она показывает нам процент солнечной энергии, поглощаемой поверхностью стекла, и количество дневного света, которое мы способны увидеть невооруженным глазом. Если мы хотим, чтобы помещение было как можно более светлым, мы должны выбрать стекла, показатель VT которых колеблется от 60% до 80%.

LSG /Light to Solar Gain/: Коэффициент, измеряющий способность стекла пропускать через себя солнечный свет, не пропуская при этом солнечного тепла. Этот показатель получается от деления VT /оптическая проницаемость/ на SHGC /коэффициент нагрева/. Если частное от деления больше единицы, это означает, что стекло из падающего на него солнечного излучения пропускает больше света, чем тепла.