Спектр солнечного излучения и теплопередача

Чтобы правильно выбрать остекление, необходимо иметь представление о свете и теплоте. Спектр солнечного света, попадающего на Землю, состоит из волн разной длины. Разные стекла по-разному пропускают, поглощают и отражают волны солнечного излучения. К примеру, уменьшение яркого света (путем отражения или затенения) полезно на рабочем месте. Пропуская дневной свет, можно сэкономить энергию, необходимую для искусственного освещения. Наиболее благоприятными для человека считаются инфракрасные лучи, создающие ощущение комфорта. Определив правильный тип стекла, можно пропускать или отражать инфракрасное излучение.

Есть три варианта прохождения тепла сквозь материал, используемый для остекления. Первый - теплопроводность: при этом тепло проходит сквозь стекло. Чтобы почувствовать тепло, достаточно прикоснуться к стеклу. Вторая форма теплопередачи - это излучение: электромагнитные волны передают тепло через стекло. Благодаря этому появляется чувство, что поверхность окна излучает тепло. Третий способ перемещения тепла - конвекция. Конвекция перемещает тепло благодаря движению воздуха, в данном случае, благодаря воздушным потокам. Естественное движение теплого воздуха к более холодному позволяет повышать или понижать температуру в помещении.

Показатель теплового сопротивления материала (R-value), используемого для остекления, определяется степенью его теплопроводности, излучения и конвекции. На общее значение показателя теплового сопротивления окна в целом влияет инфильтрация воздушного потока. Количество тепла, которое проходит, минуя остекление, столь же важно, как и перемещение тепла через окна. Качество изготовления и установки всего окна, включая установку рамы, влияет на степень проникновения воздуха.

Прогресс в технологии производства окон существенно повлиял на эффективность в строительстве в 70-х годах ХХ столетия, и сегодня ему принадлежит важная роль в пассивных солнечных системах. Вот некоторые успехи в технологии производства окон:

· Двойное и тройное остекление (стеклопакеты) с высокой степенью тепловой изоляции.

· Стекло с низким коэффициентом излучения, обладающее покрытием, которое "впускает" тепло, но не "выпускает" его обратно.

· Использование аргона (или другого инертного газа) для заполнения пространства внутри стеклопакета, приводящее к повышению степени тепловой изоляции по сравнению со стеклопакетами, заполненными обычным воздухом.

· Технологии, основанные на использовании фазового перехода, которые позволяют изменять степень прозрачности стекла при помощи электрического напряжения.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СТЕКЛА

К материалам, используемым для остекления, относятся: стекло, акриловые волокна, стекловолокно и др. Хотя различные материалы имеют разные области применения, наиболее распространенным является использование стекла. Различные типы стекла позволяют проектировщику разработать пассивный солнечный дом, отвечающий всем требованиям клиента. Одинарное оконное стекло - наиболее простое из всех типов стекла, и является составляющим компонентом для более высококачественного остекления. Обычное стекло имеет высокую прозрачность для солнечного света, но плохую тепловую изоляцию - коэффициент теплового сопротивления равен примерно 1,0. Обычное оконное стекло может эффективно выполнять свою роль, когда оно используется в окне с двойным переплетом или двойными рамами, в зданиях, расположенных в регионах с теплым климатом (если к тому же, не используется кондиционирование воздуха), в некоторых типах солнечных коллекторов и в сезонных оранжереях. Конструкции, в которых используются одинарные оконные стекла, обычно подвергаются большим температурным колебаниям, сквознякам, конденсации и плохо преграждают доступ холодного воздуха извне.

Наиболее распространенной конструкцией, используемой сегодня в строительстве, является стеклопакет. Стеклопакет - это два стекла, собранные в одно изделие. Одинарные стекла (термостекло) соединяются в единую конструкцию промежуточной планкой, состоящей из материала, поглощающего влагу. Такая конструкция обычно герметизируется силиконом. Между стеклами образуется закрытое воздушное пространство, которое способствует увеличению теплового сопротивления, коэффициент которого для стеклопакета составляет приблизительно 1,8-2,1. Практика показала, что наилучшее расстояние между стеклами для воздушного пространства - 1-2 сантиметра. Большее расстояние между стеклами не увеличит намного коэффициент теплового сопротивления. Фактически, большое воздушное пространство может способствовать увеличению конвекции в стеклопакете и в результате понизить температуру. Конечно, можно увеличить расстояние между стеклами и до 10-12 сантиметров, не создавая конвекционного потока, но тогда изделие будет очень громоздким. Повышенный спрос на энергоэффективность в зданиях привел к тому, что окна со стеклопакетами стали стандартом в строительстве. Обладающие хорошей прозрачностью для солнечной энергии и качественной тепловой изоляцией, такие окна представляют собой значительный шаг вперед по сравнению с обычным окном. Двойные стеклопакеты используют при производстве окон, дверей, для строительства застекленных крыш, соляриев, а также во многих других областях.