Фото: LinkedIn. Искажения изображения в результате прогиба стекла

«Поведение стеклопакета под воздействием климатических нагрузок может представить каждый, кто видел запаянный пакет с чипсами на борту самолета при перепаде давления», – так в своей авторской статье технический специалист международной стекольной компании Saint-Gobain Glass Якуб Рыдкодым на простом примере описывает сложные вопросы, связанные с работой остекления. В чём суть подхода к оценке возможных деформаций стеклопакетов и профилактики климатических трещин, рассказываем в материале tybet.ru.

Реакция на климатические нагрузки стеклопакета и пачки чипсов

При разработке конструкции стеклопакета учитывается ряд нагрузок, которые будут воздействовать на остекление. Очевидно, что надо рассчитать силу ветра, собственный вес стеклянного заполнения, возможные снеговые и эксплуатационные нагрузки. Но есть еще одно бремя, которое не столь очевидно и представляет собой все большую угрозу целостности светопрозрачной конструкции. Речь идёт о климатических нагрузках. Однако номенклатура этих нагрузок весьма разнообразна: к ним относятся не только ветер и снег. Под эту категорию подпадают и нагрузки, возникающие в результате избыточного или пониженного давления внутри изоляционных камер в стеклоизделии.

Как известно, стеклопакет состоит из двух-трех (очень редко больше) стекол. Между ними имеются камеры, заполненные газом – обычно аргоном. Эти камеры герметичны, и количество газа внутри не может изменяться. При этом, согласно уравнению Клапейрона: ρV/T = constans (где ρ – давление, V – объем, Т – температура), это означает, что, поскольку количество газа не меняется, его объем будет увеличиваться при изменении температуры или давления. Так и происходит на самом деле – содержащийся в камере газ из-за изменения атмосферного давления и температуры увеличивает или уменьшает свой объем, деформируя стекло. Иногда воздействие бывает настолько сильным, что стекло растрескивается.

Фото: LinkedIn. Поведение пачки чипсов до, во время и после полёта

«Поведение стеклопакета под воздействием климатических нагрузок может представить каждый, кто видел запаянный пакет с чипсами на борту самолета при перепаде давления. Во время авиаперелета на большой высоте давление в пассажирском салоне может быть несколько ниже, чем на земле. Между тем, пачка с чипсами была упакована герметично при нормальном атмосферном давлении. Таким образом, находясь на борту самолета, она раздуется. Это связано с тем, что давление снаружи пакета изменяется. Согласно уравнению Клапейрона, объем газа внутри пакета с чипсами увеличился, – поясняет эксперт. – По такому же принципу ведет себя стеклопакет. Внутреннее пространство камеры герметично, количество газа в камерах постоянно, поэтому из-за изменения давления и температуры газ будет увеличивать или уменьшать свой объем, влияя на стекло».

Рекомендуем прочесть: Стеклянная плесень: причины и профилактика

Климатические стрессы стеклоизделий на практике

На величину климатических нагрузок влияют: изменения давления, связанные с разницей высот над уровнем моря, например, места производства стеклопакета и его монтажа, а также колебания атмосферного давления и температуры. Существуют две крайние ситуации: стекло прогибается наружу или внутрь. Конечный эффект связан с наложением нескольких факторов.

Фото: LinkedIn. Прогиб стекла к центру стеклопакета

1. Прогиб стекла к центру стеклопакета

Разница высот над уровнем моря. Возникает в ситуации, когда стекло производится на заводе, расположенном высоко над уровнем моря, а затем транспортируется в низменные районы. Там атмосферное давление выше, но давление внутри стеклопакета остается постоянным. Таким образом, стекло «всасывается» к центру конструкции и напряжения в нём возрастают.

Колебания давления. Когда окна уже установлены, возникает высокое атмосферное давление. При этом давление внутри стеклопакета опять же не меняется, поэтому воздух снаружи остекления проталкивает стекло в камеру. Напряжения в стеклянной панели возрастают еще больше.

Колебания температуры. Когда наступает зима, температура падает, газ внутри стеклопакета остывает. В результате уменьшается его объем, создавая дополнительное отрицательное давление внутри стеклопакета, втягивая стекло еще дальше внутрь. Напряжения в стекле вновь возрастают.

«В нормально функционирующем здании стекло частично нагревается изнутри здания, поэтому газ не может остыть до очень низких температур. Но когда объект только строится и еще не отапливается, или когда стеклопакеты хранятся на строительной площадке до их установки, зимой газ внутри стеклопакета может достигать даже отрицательных температур. При таком охлаждении он значительно уменьшит свой объем и втянет стекла внутрь, увеличивая напряжение», – подчёркивает Якуб Рыдкодым.

Фото: LinkedIn. Прогиб стекла за пределы стеклопакета

2. Прогиб стекла за пределы стеклопакета

Разница высот над уровнем моря. Обратная ситуация – стеклопакеты производятся на заводе, расположенном низко над уровнем моря, а затем отправляются на объекты, расположенные в более высоких местах. Давление в более высоких регионах ниже, а давление в стеклопакете остается постоянным. Поэтому стекла прогибаются наружу, а такие деформации приводят к возрастанию напряжения.

Колебания давления. Когда наступает минимум, атмосферное давление падает еще больше. Эффект углубляется. Стрессы в стекле еще больше возрастают.

Колебания температуры. Летом с приходом жарких дней солнечные лучи дополнительно нагревают стекла. За счет теплового расширения газ увеличивается в объеме и еще больше «раздувает» стекла наружу. Напряжения в стекле вновь возрастают.

«Ситуация будет еще хуже, если использовать темное стекло с высокой степенью поглощения тепла. Тогда стекло нагреется сильнее, а вместе с ним и газ, содержащийся в камерах. Таким же образом будет работать установка солнцезащитных устройств, таких как рулонные шторы или жалюзи, или других элементов, повышающих температуру стеклопакета, – предупреждает эксперт. – Также известно о климатическом растрескивании стеклопакетов при их транспортировке через горные перевалы. На больших высотах атмосферное давление значительно ниже, чем там, где производятся стеклоизделия. Кроме того, при таких перевозках летом в прицепе без кондиционера стекла нагреваются. Все это означает, что стеклопакет может приехать к месту установки уже треснувшим».

Рекомендуем прочесть: Треск стеклянных крыш зимних садов и террас в жару – является ли это дефектом?

Какой эффект могут дать избыточные прогибы стекла?

Неприглядный внешний вид. Любой стеклопакет в той или иной степени подвержен прогибу внутрь или наружу. Но чем сильнее будет усиливаться этот эффект, тем хуже будет выглядеть фасад. В частности, когда стекло обладает высокой рефлективностью, а отраженное в нем изображение существенно искажается. Также может возникнуть эффект линзы.

Разгерметизация стеклопакета. Из-за прогибов на уплотнительном контуре стеклопакета возникают напряжения. Движение стекла растягивает и сжимает герметик, что ослабляет соединение и может привести к возникновению трещин. В результате влага может попасть внутрь стеклопакета. Кроме того, утечка из камеры аргона отрицательно скажется на изоляционных свойствах остекления.

Фото: LinkedIn. Трещина в стеклопакете в результате климатических воздействий

Растрескивание стекла. В крайних случаях напряжения могут быть настолько высокими, что стекло разрушается. Сетка трещин в стекле, расколовшемся от климатических воздействий, имеет весьма характерный рисунок. Трещины начинаются возле углов и соединяются в центральной части панели. Иногда это может быть и одна дуга, соединяющая два угла по длинному краю.

Рекомендуем прочесть: Треснуло оконное стекло – кто виноват? История одной рекламации

Какие стеклоизделия наиболее подвержены климатическому растрескиванию?

Некоторые стеклоизделия особенно сильно подвержены риску климатического растрескивания. Ниже описаны наиболее важные факторы, повышающие риски.

Размер и пропорции остекления. Бытует ошибочное мнение, что самое крупногабаритное остекление будет наиболее подвержено растрескиванию. Напротив, большие стекла будут легче деформироваться, поэтому напряжения будут ниже. Наибольшие напряжения будут достигаться в маленьких, особенно узких, стеклопакетах.

«Поэтому важен не только размер, но и соотношение длин сторон. По этой причине при выполнении статического анализа остекления на объекте необходимо учитывать не только самые крупные СПК, которые наиболее подвержены другим воздействиям, например, ветровым нагрузкам, но и небольшие, узкие оконные блоки, наиболее склонные к образованию климатических трещин», – рекомендует Якуб Рыдкодым.

Ширина дистанционных рамок. Ширина дистанционной рамки, то есть ширина камеры, также оказывает существенное влияние на климатические нагрузки. В более широких камерах газа больше, поэтому и разница его объемов при переменных условиях будет больше.

Толщина стекла. Логично предположить, что чем толще используемое стекло, тем оно прочнее. Опять же ошибочное мнение. Тонкие листы будут легче деформироваться, что снизит напряжение. Толстые листы, деформированные в той же степени, будут испытывать гораздо более высокие напряжения, поэтому риск появления трещин будет больше.

Как поясняет эксперт, при выполнении статического анализа часто случается, что стекло слишком тонкое, чтобы выдержать, например, сильную ветровую нагрузку. В ответ увеличивают толщину стеклопакета и делают перерасчет. Тогда получается, что проблемы с ветровой нагрузкой уже нет, но есть проблема с климатическими стрессами. Это означает, что интуитивный подход «чем толще стекло, тем прочнее» совершенно не работает и необходим индивидуальный статический анализ для каждого объекта.

Рекомендуем прочесть: Тестирование стеклопакетов с помощью искусственного интеллекта становится реальностью

Дальше будет больше рекламаций из-за климатических трещин

В течение многих лет на рынке доминировали однокамерные стеклопакеты, с которыми проблема слишком высоких климатических нагрузок возникала редко. Однако уже некоторое время существенно растёт потребление двухкамерных стеклопакетов. Это вполне объяснимо: такие конструкции обладают гораздо лучшими теплоизоляционными свойствами.

Фото: LinkedIn. Прогибы в двухкамерном стеклопакете от климатических нагрузок

Однако, с другой стороны, они и более подвержены климатическим нагрузкам, поскольку при объединении двух камер оба внешних стекла будут деформироваться из-за изменения давления или температуры. Среднее стекло является общим для обеих камер, поэтому оно не будет деформироваться, так как будет уравновешиваться давлением с обеих сторон. В результате внешним стеклам придется «освободить место» для увеличившегося объема газа – каждому в своей камере.

«Возвращаясь к сравнению стеклопакета с пачкой чипсов, если на борту самолета взять два «надутых» пакета чипсов и так плотно прижать их друг к другу, что соприкасающиеся стенки станут плоскими, то внешние стенки пакетов раздуются еще больше», – приводит пример «на чипсах» эксперт.

Рекомендуем прочесть: Стеклопакет с функцией вентиляции – ноу-хау в оконном дизайне

Как защитить остекление от климатического стресса?

Индивидуальный анализ. Для оценки возможности климатического растрескивания необходим статический анализ с учетом локации производства по изготовлению стеклопакетов, места монтажа остекления и возможных других факторов. Стандарты для стеклоизделий и современное программное обеспечение дают достаточно большую уверенность в том, насколько выбранное остекление подвержено трещинам.

Упрочнение наружных стекол. Если расчеты показали повышенный риск появления трещин или нужна уверенность, что стекло не разобьется без проведения соответствующих расчетов, то наружное и внутреннее стекла (оба крайние) можно закалить. Закаленное стекло обладает гораздо большей прочностью, поэтому эффективно устраняет проблему климатического растрескивания.

Использование клапанов. Альтернативное решение – защитить стеклопакет с помощью дистанционных рамок с интегрированным клапаном. Он представляет собой капилляр, помещенный в металлическую оболочку и отделенный слоем, защищающим от влаги. Он уравновешивает давление внутри камеры с атмосферным давлением. Хотя при данной технологии внутри камеры вместо аргона используется воздух, что снижает теплоизоляционные свойства стеклопакета, но этот эффект можно частично устранить, используя более широкую дистанционную рамку.

По мнению эксперта Saint-Gobain Glass, знания по этому вопросу будут востребованы все чаще и чаще, потому что по мере наращивания доли двухкамерных стеклопакетов в постройках будет увеличиваться и количество климатических трещин.

Рекомендуем прочесть: Дистанционная рамка с клапаном решает проблему выравнивания давления в стеклопакетах

Подготовлено редакцией tybet.ru по материалам linkedin.com.

Размещение и использование (полностью или частично) данного материала допускается только при наличии активной гиперссылки на tybet.ru