ИЗОЛИРУЮЩЕЕ МНОГОСЛОЙНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ
INSULATING MULTI-LAYER GLAZING

Настоящее изобретение относится к системам изолирующих многослойных остеклений. Эти системы остеклений применяются по существу, в частности, как теплоизолирующие элементы остекления. Нормативы энергосбережения всегда очень высоки. Производители пытаются предложить решения в требуемом направлении. Системы двойных остеклений в настоящее время представляют собой наибольшую часть изделий, применяемых для удовлетворения этого требования, как в новых сооружениях, так и при обновлении старых зданий.
С течением времени эксплуатационные характеристики систем двойных остеклений в отношении изоляции были улучшены, в частности, путем добавления систем со слоем с низкой излучательной способностью, в которых слои селективно отражают значительную долю инфракрасного излучения без снижения пропускания света видимого диапазона до значительной степени. Применение изолирующих газов, таких как аргон, в пространстве между двумя листами стекла дополнительно повышает уровни эксплуатационных характеристик.
Улучшение слоев с низкой излучательной способностью приводит к достижению предпочтительных значений изоляции. Прогресс в этом направлении возможен, но такой прогресс возможен только до ограниченной степени. Производители надеются на другие средства значительного улучшения эксплуатационных характеристик изоляции. На практике применение тройных остеклений связано с ограничениями, которые значительно затрудняли их применение до настоящего времени.
Помимо дополнительных затрат, связанных с повышенной сложностью их композиции, системы тройных остеклений вызывают другие проблемы. Наиболее непосредственные проблемы связаны с их требованиями к пространству и с их массой.
В настоящем изобретении предлагаются теплоизолирующие элементы тройных остеклений, которые сохраняют предпочтительное пропускание света, и масса и толщина которых таковы, что эти элементы остекления более удобны для применения и в новых сооружениях, и при обновлении существующего остекления.
Помимо их изолирующих свойств элементы остекления должны соответствовать различным требованиям, в частности, в отношении механической прочности. С этой точки зрения элементы остекления, применяемые на фасадах зданий, в частности зданий значительной высоты, должны обеспечивать все гарантии отсутствия рисков, связанных с повреждением этих элементов остекления. Необходимо гарантировать, что в случае удара не будет риска разбиения стекла на относительно большие фрагменты.
С этой точки зрения риск по существу исходит от разломов, вызванных ударом изнутри здания.
Чтобы предотвратить этот риск, в случае элементов двойных остеклений предлагается заменить, по меньшей мере, один из листов стекла панелью, содержащей два листа стекла, соединенные посредством промежуточного слоя из термопластмассы. Осуществление этого в основном приводит к созданию многослойной панели толщиной больше, чем монолитный лист.
В случае систем двойных остеклений увеличение толщины и массы, связанное с применением многослойной панели, по всей вероятности, потребует применения усиленных рам. В случае систем тройных остеклений применение многослойных панелей обязательно потребует применения специальных рам, которые, в лучшем случае, повысят стоимость операций обновления или, в худшем случае, сделают стоимость этого обновления чрезмерно высокой.
Следовательно, в соответствии с целью настоящего изобретения предлагаются элементы тройных остеклений, по меньшей мере, с одной многослойной панелью, масса которых остается, по меньшей мере, совместимой с рамами, применяемыми ранее. На основании этого элементы остекления по настоящему изобретению имеет массу на квадратный метр площади, которая не превышает 35 кг и предпочтительно не превышает 30 кг.
Для получения указанной массы на единицу площади толщина всех применяемых листов стекла должна оставаться относительно низкой. Для листов обычных размеров для рассматриваемых элементов остекления выбранная толщина должна быть достаточной для придания им некоторой жесткости и соответствующей механической прочности. По этой причине нельзя компенсировать излишек массы, связанной с присутствием многослойной панели, чрезмерным снижением толщины монолитных листов тройных остеклений.
Чтобы прийти к условиям настоящего изобретения, авторы предложили обеспечить, чтобы значение толщины многослойной панели оставалось порядка величины этого значения для монолитных листов. Предпочтительно толщина каждой многослойной панели, которая образует часть конструкции тройного остекления, не превышает 5,5 мм и предпочтительно не превышает 5 мм.
При рассмотрении относительно малой толщины каждого листа стекла многослойной конструкции предпочтительно обеспечить, чтобы эти два листа имели по существу одну и ту же толщину.
Поскольку вся конструкция должна оставаться в пределах указанной массы, в этих условиях общая толщина листов стекла предпочтительно составляет менее 12 мм.
Тем не менее, каждый из монолитных листов стекла обладает толщиной больше 6 мм.
Для достижения наилучших свойств с точки зрения теплоизоляции предпочтительно установить, по меньшей мере, одну систему из слоев с низкой излучательной способностью. Рассматриваемая система расположена, по меньшей мере, на одной из внутренних сторон остекления. Если имеется только одна слоистая система, ее предпочтительно расположить на поверхности 5.
Если предусмотрены две слоистые системы, эти системы предпочтительно расположены на поверхностях 3 и 5 или 2 и 5.
Если элементы тройного остекления также должны обеспечивать относительно значительное пропускание света, в частности более 70%, помимо теплоизоляции, следует учитывать поглощение самих применяемых листов стекла. Общая толщина стекла в элементах тройного остекления такова, что даже без слоистой системы пропускание света в случае "прозрачных" листов стекла не выше 85% с общей толщиной порядка 12 мм. Наличие слоев значительно снижает это пропускание.
Для улучшения пропускания света этими элементами остекления одним из решений является применение одного или более так называемых "сверхпрозрачных" листов стекла. Это стекло, в составе которого очень низкое содержание оксида железа, обладает повышенной способностью пропускания света относительно обычного прозрачного стекла. Например, для толщины 12 мм способность пропускания света сверхпрозрачного стекла составляет порядка 90%.
Безусловно, эта способность пропускания света гораздо выше, при равной общей толщине стекла, когда по возможности выбирается применение сверхпрозрачного стекла. Выбор комбинации прозрачного стекла и сверхпрозрачного стекла зависит от относительно более высокой стоимости сверхпрозрачного стекла.
Помимо качества стекла, слоистые системы, которые позволяют выборочно отражать инфракрасное излучение, также добавляют некоторое отражение излучения видимого диапазона. Поэтому предпочтительно применять особенно "избирательные" системы. Другими словами, системы, которые хотя и отражают очень большую долю инфракрасного излучения, обладают как можно более низкой отражательной способностью в видимом диапазоне.
Выбор высоко избирательной системы может удовлетворять этой цели. Использование двухслойных систем является другим способом, который, в комбинации с этим выбором, позволяет получить результаты, которые дополнительно оптимизируются.
На практике, когда применяют несколько слоистых систем в одном и том же остеклении по настоящему изобретению, каждая из них может давать вклад в фильтрацию инфракрасного излучения до более ограниченной степени. В системах с низкой излучательной способностью со слоями такого металла, как серебро, отражательные слои, таким образом, могут иметь относительно более низкую толщину, чем в элементах остекления, которые имеют только одну слоистую систему.
Даже ограничивая фильтрацию, выполняемую каждой слоистой системой, можно удерживать коэффициент изоляции U на очень эффективных значениях, поскольку присутствие многослойной панели в остеклении только минимально влияет на эти эксплуатационные характеристики, как показывают следующие примеры.
Эксплуатационные характеристики с точки зрения теплоизоляции менее чувствительны к толщине листов стекла, что, как указано выше, в большей мере обусловлено механическими параметрами, чем природой слоистых систем и пространством, разделяющим листы стекла. В отношении последнего, увеличение промежутка между листами приводит к заметному улучшению теплоизоляции, по меньшей мере, до промежутка 16 мм. Сверх этого улучшение изоляции не оправдывает дополнительного повышения требований к пространству.
В случае элементов остекления по настоящему изобретению вопрос, касающийся того, чтобы избежать слишком значительной общей толщины, приводит к сохранению этих промежутков в диапазоне от 8 до 16 мм и предпочтительно от 10 до 15 мм. Предпочтительный промежуток составляет порядка 14 мм.
Однако в целях получения теплоизоляции, которая как можно более эффективна, пространство между листами стекла предпочтительно заполнено изолирующим газом. Изолирующими газами, используемыми в этих применениях, обычно является аргон или, лучше, криптон.
2
2
2
Во всех случаях элементы тройного остекления по настоящему изобретению обеспечивают коэффициент теплоизоляции, который не выше 0,9 Вт/мК, и предпочтительно не выше 0,8 Вт/мK. В наиболее предпочтительных условиях этот коэффициент изоляции может упасть до 0,5 Вт/мК.
Выбор слоистой системы зависит не только от свойств изоляции. В соответствии с режимом применения он также зависит от коэффициента поглощения солнечного излучения остекления. Этот коэффициент учитывает способность остекления обеспечить подачу внешней энергии. Этот коэффициент обозначает отношение между энергией, которая попадает в здание через остекление (энергия, пропущенная и повторно пропущенная после поглощения), и падающей внешней энергией.
Другими словами, остекление препятствует потере энергии, поступающей изнутри здания и в то же самое время восстанавливает солнечную энергию. Хотя нежелательно, чтобы в областях высокой изоляции был высокий коэффициент поглощения солнечной энергии, который в летнее время приводит к чрезмерному нагреву, в противоположность тому, что он предпочтителен в областях, которые не подлежат высокой изоляции, чтобы обладать высоким коэффициентом поглощения солнечной энергии.
В областях с "умеренным воздействием" желательный коэффициент поглощения солнечной энергии предпочтительно составляет от 50 до 65%.
Присутствие многослойной панели также может давать преимущество улучшения характеристик звукоизоляции всей конструкции. Это случай, в частности, когда лист с промежуточным слоем выбирается на основе этого свойства. Это случай, например, с промежуточными слоями в конструкции, которая обладает повышенным содержанием пластификатора, или также, когда промежуточные слои сформированы из нескольких листов, один или более из которых обладают повышенной пластичностью.
Структура изолирующих элементов многослойного остекления показана схематично на приложенных фигурах, на которых:
- на фиг.1 схематично показан вид в перспективе традиционного элемента тройного остекления;
- фиг.2 аналогична предыдущей фигуре, но дополнительно содержит слоистую систему на одном из листов стекла;
- на фиг.3 показан элемент двойного остекления, содержащий многослойную панель;
- на фиг.4 показан вариант осуществления элемента тройного остекления по настоящему изобретению.
Элементы двойного остекления традиционно содержат два листа стекла одинаковой или разной толщины, присоединенные по их периферии поперечинами, адгезивом и уплотнительными лентами. Для достижения лучшего эффекта ослабления звука листы предпочтительно обладают разной толщиной.
Конструкция из двух листов и элементов, расположенных по их периферии, образует замкнутое пространство, непроницаемое для внешней атмосферы. Это пространство заполнено газом с низкой теплопроводностью, если это необходимо. Чаще всего, система из слоев с низкой излучательной способностью наносится на поверхность, обращенную к внутреннему пространству, расположенному между двумя листами стекла. Для максимальной эффективности слоистая система расположена на поверхности 3, причем поверхности листов нумеруются, начиная с обращенной наружу поверхности.
На фиг.1 показан практический пример тройного остекления (без периферийных элементов). Самое простое представление состоит из трех возможно идентичных листов (1, 2, 3), ограничивающих два пространства (4, 5) между ними. Расстояние, разделяющее листы, одинаковое или разное.
Чтобы улучшить характеристики изоляции, по меньшей мере, одна система 6 из слоев с низкой излучательной способностью наносится на внутреннюю поверхность одного из пространств, образованных между листами стекла. В случае, показанном на фиг.2, эта система слоев 6 предпочтительно расположена на поверхности 5.
Обычно применяемые системы двойного остекления предпочтительно также обеспечивают степень безопасности в случае удара. Чтобы предотвратить их разбиение и падение фрагментов стекла, по меньшей мере, одна из панелей, формирующих их, предпочтительно имеет форму многослойной конструкции.
На фиг.3 показана типичная структура элемента двойного остекления с многослойной панелью. Рассматриваемая панель сформирована из двух листов стекла (2, 2'), которые обычно имеют одинаковую толщину. Эти два листа собраны посредством промежуточного листа 7 из термопластмассы, такой как поливинилбутираль (PVB). Если это необходимо, выбранный лист промежуточного слоя изготовлен из материала с улучшенными свойствами ослабления звука относительно свойств стандартного PVB.
Как и ранее, по меньшей мере, однослойная система 6 нанесена на поверхность, обращенную к пространству, расположенному между двумя панелями двойного остекления.
Наличие многослойной панели предназначено, главным образом, для повышения безопасности в случае удара. Поскольку элементы остекления располагаются на фасадах зданий, многослойная панель предпочтительно обращена к внутренней части, откуда может произойти удар. При таком ударе многослойная панель может быть разбита, но благодаря ее структуре листов стекла остается приклеенной промежуточным слоем. Таким образом, риск падения фрагментов стекла предотвращается.
Ранее на практике многослойная панель была сформирована из листов стекла такой же толщины, что и толщина других листов стекла этого остекления. Обычно многослойная панель сформирована из двух листов стекла, каждый толщиной 4 мм, которые соединены листом промежуточного слоя толщиной 0,38 или 0,76 мм и чаще всего изготовлены из PVB. Полученная структура эффективно обеспечивает свойства, присущие многослойным панелям. Сформированные таким образом элементы остекления являются особенно толстыми, порядка 24 мм. Кроме того, их масса также очень высока. Поэтому эти элементы остекления применяются только в рамах, которые специально предназначены для их удержания. Это не создает каких-либо затруднений, когда эти элементы остекления предназначены для новых зданий. В этом случае принимаются меры для их введения с самого начала. Напротив, в случае обновления они требуют, по меньшей мере, замены предыдущих рам и значительно повышают стоимость работы.
Трудности, возникающие с системами двойных остеклений, как очевидно, возрастают для систем тройных остеклений. Для облегчения встраивания новых элементов остеклений, содержащих многослойную панель, в настоящем изобретении предлагается обеспечить, чтобы масса остекления была намеренно ограничена. При этом такое ограничение требует, чтобы все листы обладали правильно контролируемой толщиной с учетом того, что выбранная толщина каждой панели в отдельности не может быть меньше некоторого порога.
Общее сокращение толщины листов может быть распределено по всем листам. Однако в результате конструкции предпочтительно обеспечить, чтобы сокращение толщины относилось по существу к листам, образующим часть многослойной панели. Действительно, трудно значительно сократить толщину одиночных листов, особенно, когда элементы остекления большого размера. Это относится к листу, обращенному наружу, который должен обладать способностью выдерживать механическое напряжение без чрезмерной деформации, например, под воздействием давления ветра. Однако в меньшей степени это также относится к листу, расположенному в центре, где операции сборки обязательно приводят к механическим напряжениям.
Опыт показывает, что выбор, согласующийся с ограничением толщины листов стекла многослойной панели, ограничено влияет на характеристики всей конструкции. Сопротивление удару, для которого сделан выбор вставки этой многослойной конструкции, не такое, которое требует очень большой толщины листов компонентов. Как указано выше, важным фактором является главным образом то, что эта панель не разбивается на фрагменты в случае удара.
Примеры вариантов осуществления иллюстрируют некоторые характеристики элементов тройных остеклений по настоящему изобретению. Свойства также сравниваются систематически со свойствами аналогичных элементов тройных остеклений, сформированных из одиночных монолитных листов.
В сравнительных примерах применяемые структуры в основном сформированы из трех листов толщиной 3,85 мм, и пространство между этими листами составляет 14 мм.
Элементы остекления по настоящему изобретению обладают такой же структурой, но внутренний лист заменен многослойной конструкцией, состоящей из двух листов, каждый толщиной 1,9 мм,  соединенных листом промежуточного слоя бесцветного PVB толщиной 0,38 мм.
Центральный лист стекла в основном представляет собой лист сверхпрозрачного стекла.
Лист стекла, обращенный наружу, изготовлен из прозрачного стекла.
Монолитный или многослойный лист, обращенный внутрь, изготовлен либо из прозрачного стекла, либо из сверхпрозрачного стекла.
Во всех примерах поверхности 2 и 5 или 3 и 5 покрыты системами слоев с низкой излучательной способностью. Во всех примерах двухслойные системы идентичны в целях упрощения. Тем не менее, если это необходимо, двухслойные системы обладают разным составом.
x
2
Для этих испытаний применяются три обычные системы слоев с низкой излучательной способностью. Они обозначены a, b и с соответственно. Их состав следующий, начиная с подложки для стекла: толстый слой диэлектрика оксида титана; слой оксида цинка, роль которого состоит в обеспечении хорошего развития слоя, отражающего инфракрасное излучение; слой серебра; барьерный слой на основе оксида титана на слое серебра, причем этот слой получен из керамических мишеней, что приводит к оксиду, по стехиометрическому составу близкому к TiO; затем два верхних слоя, один из ZnO, а другой из SnO, эти последние слои выбираются, в частности, на основе их антиотражательной роли. Слои оксида цинка обладают тем преимуществом, что их легко осаждать. Из-за их хрупкости они покрыты слоем оксида олова. Толщины каждого из этих двух слоев по существу одинаковы.
Соответствующая толщина этих слоев в трех системах приведена ниже в ангстремах:
TiO<sub>2</sub>
ZnO
Аg
TiO<sub>x</sub>
ZnO/SnO<sub>2</sub>
а
268
75
87
31
474
с
261
75
85
30
486
с
265
75
93
30
470
Природа слоев элементов остекления и их оптические свойства сравниваются в следующей таблице. В этой таблице пропускание света (LT) и отражение света (R) даны для угла падения, главным образом, равного двум градусам относительно нормали, коэффициент поглощения солнечной энергии (G), который выражает отношение в % поступающей энергии относительно падающей энергии, определяется в соответствии со стандартом EN 410, и коэффициент изоляции (U) определяется в соответствии со стандартом EN 673.
В каждой серии первое остекление приводится с целью сравнения, а второе соответствует настоящему изобретению.
Внутренний лист
Система
Поверхности
LT
R
G
U
Прозрачный
а
2 и 5
72,7
17,3
58,6
0,71
Прозрачный
а
2 и 5
72,7
17,3
58,5
0,71
Прозрачный
b
2 и 5
71,9
18,5
59,8
0,73
Прозрачный
b
2 и 5
71,9
18,5
59,6
0,73
Прозрачный
с
2 и 5
71,8
18,2
59,4
0,72
Прозрачный
с
2 и 5
71,8
18,2
59,3
0,72
Сверхпрозрачный
а
2 и 5
74,9
17,7
61,5
0,71
Сверхпрозрачный
а
2 и 5
74,9
17,7
61,4
0,71
Сверхпрозрачный
b
2 и 5
74
18,9
62,8
0,73
Сверхпрозрачный
b
2 и 5
74
18,9
62,6
0,73
Сверхпрозрачный
с
2 и 5
74
18,6
62,4
0,72
Сверхпрозрачный
с
2 и 5
74
18,6
62,2
0,72
Прозрачный
а
3 и 5
72,8
16,9
61,3
0,71
Прозрачный
а
3 и 5
72,7
16,9
61,2
0,71
Прозрачный
b
3 и 5
71,9
17,9
62,4
0,73
Прозрачный
b
3 и 5
71,9
17,9
62,3
0,73
Прозрачный
с
3 и 5
71,9
17,7
62,1
0,72
Прозрачный
с
3 и 5
71,8
17,7
62
0,72
Сверхпрозрачный
а
3 и 5
74,9
17,3
64,6
0,71
Сверхпрозрачный
а
3 и 5
74,9
17,3
64,3
0,71
Сверхпрозрачный
b
3 и 5
74,1
18,3
65,8
0,73
Сверхпрозрачный
b
3 и 5
74
18,3
65,6
0,73
Сверхпрозрачный
с
3 и 5
74
18,2
65,5
0,72
Сверхпрозрачный
с
3 и 5
74
18,2
65,3
0,72
Следовательно, элементы остекления, сконфигурированные по настоящему изобретению, обладают практически такими же оптическими и энергосберегающими характеристиками, что и элементы остекления, которые не содержат многослойную панель, применяемую в целях сравнения. Присутствие многослойной панели, содержащей два относительно тонких слоя стекла по настоящему изобретению обеспечивают преимущество большей безопасности без заметного увеличения толщины остекления или его массы соответствующим образом.