Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния производства оконных блоков и их контроля на светопропускание 9
1.1. Результаты исследований традиционных окон с двойным остеклением 9
1.2. Современные тенденции применения стекол и светопрозрачных изделий в строительстве 13
1.3. Свойства и преимущества стеклопакетов 16
1.4. Классификация строительных стекол по назначению 18
1.5. Стекла с теплоотражающими покрытиями 21
1.6. Технология нанесения покрытия (оксида титана) и ее влияние на светопропускание 23
1.7. Анализ методов контроля светопропускания оконных блоков и их элементов 25
1.7.1. Методы контроля светопропускания стекол 25
1.7.2. Известные методы и установки для контроля светопропускания оконных блоков 28
1.7.3. Базовый метод определения общего коэффициента пропускания света оконных блоков 33
Выводы по главе 1 36
2. Разработка малогабаритной установки для контроля общего коэффициента пропускания света 38
2.1. Разработка диффузного источника света 38
2.1.1. Общие требования к диффузному источнику света 38
2.1.2. Обоснование выбора осветительных ламп 39
2.1.3. Исследование возможности стабилизации освещенности... 40
2.1.4. Исследование возможности получения равномерной освещенности во входной плоскости испытываемого образца 46
2.2. Обоснование выбора приемников света 56
2.3. Обоснование и описание конструкции установки 58
2.4. Электрическая схема и принцип действия установки 65
Выводы по главе 2 67
3. Анализ погрешностей и результатов измерения общего коэффициента пропускания света оконных блоков 70
3.1. Методика определения общего коэффициента пропускания света 70
3.2. Исследование линейности световых характеристик датчиков... 72
3.3. Проверка эффективности предложенного способа уменьшения погрешности определения общего коэффициента пропускания света 80
3.4. Статистическая обработка результатов измерений 84
3.4.1. Проверка нормальности закона распределения по критерию К. Пирсона 85
3.4.2. Проверка нормальности закона распределения по составному критерию 88
3.4.3. Обработка экспериментальных данных с учетом нормального закона 88
3.5. Результаты измерений общего коэффициента пропускания света оконных блоков разных типов 91
3.6. Усовершенствованные методики обработки результатов измерений 99
Выводы по главе 3 100
4. Исследование параметров теплоотражающих покрытий 103
4.1. Теплоотражающие покрытия стекол 103
4.2. Математическая модель оптических свойств теплоотражающих покрытий на основе тонкой металлической пленки 105
4.3. Расчетные зависимости и способы получения требуемых параметров теплоотражающих покрытий ... 107
4.4. Расчет и моделирование оптических параметров металлических пленок с помощью системы MathCad 116
4.5. Исследование светопропускания стекол с теплоотражающими покрытиями в направленном и рассеянном свете 119
Выводы по главе 4 122
Заключение 123
Список использованной литературы 126
- Современные тенденции применения стекол и светопрозрачных изделий в строительстве
- Исследование возможности получения равномерной освещенности во входной плоскости испытываемого образца
- Проверка эффективности предложенного способа уменьшения погрешности определения общего коэффициента пропускания света
- Расчетные зависимости и способы получения требуемых параметров теплоотражающих покрытий
Введение к работе
На долю окон до недавнего времени приходилось до 60 % всех теп-лопотерь из помещений. В последнее время произошло резкое повышение требований к теплозащитным свойствам светопропускающих изделий. С 1 марта 1998 г. прекращено проектирование, асі июля 1998г. - новое строительство, реконструкция, модернизация и капитальный ремонт зданий с использованием свегопрозрачных ограждающих конструкций, не соответствующих повышенным требованиям к теплозащите.
В связи с ужесточением требований по теплозащите и механической прочности светопропускающих ограждений все большим спросом пользуются различные виды теплозащитного стекла, энергосберегающие све-топрозрачные изделия (оконные блоки, стеклопакеты) и многослойное стекло, производимые с использованием современных технологий и оборудования. В то же время улучшение теплозащитных свойств свегопрозрачных изделий в той или иной степени приводит к снижению их свето-пропускания, что ухудшает потребительские свойства данных изделий.
В настоящее время предприятиям-изготовителям рекомендуется проводить сертификационные и периодические лабораторные измерения общего коэффициента пропускания света (ОКПС) оконных блоков, а также других строительных изделий из стекла и их элементов. В связи с этим возникла необходимость исследования свойств многослойных строительных изделий из стекол нового поколения с точки зрения их светопропус-кания.
Цель исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода контроля ОКПС, методики испытания многослойных изделий из стекла на светопропускание, получение и анализ значений ОКПС стекол различных оконных блоков.
Задачи исследования:
разработать принципы построения малогабаритной энергосбере-
гающей автоматизированной установки для контроля ОКПС оконных блоков и других многослойных изделий из стекла;
оптимизировать методику проведения испытаний ОКПС оконных блоков;
провести экспериментальные исследования ОКПС оконных блоков и других многослойных изделий из стекла;
создать математическую модель оптических свойств трехслойного светопрозрачного теплоотражающего покрытия (ТОП);
определить степень влияния отдельных слоев на светопропускание стекол с трехслойным ТОП.
Научная новизна: Установлено, что для определения общего коэффициента пропускания света оконных блоков может быть использован малогабаритный диффузный источник света в виде фотометрического шара. Показано, что для обеспечения трех равномерных номинальных уровней освещенности (500, 750 или 1000 лк) необходимо использовать четное количество ламп накаливания (4, 6 или 8 штук), размещенных в диаметральной плоскости источника света на пересечении периферийной окружности этой плоскости с двумя взаимно перпендикулярными диаметрами.
Предложена формула для расчета ОКПС оконных блоков без теп-лоотражающих покрытий с погрешностью не более ± 10%. Это позволяет не производить экспериментального определения значения ОКПС таких блоков. При использовании в оконных блоках стекол с ТОП такая зависимость отсутствует, так как в этом случае светопропускание существенно зависит от качества ТОП, и ОКПС изменяется в диапазоне от 36 до 61 %. Поэтому для таких блоков требуется экспериментальное определение их ОКПС.
Установлено, что при близких значениях интегрального коэффициента светопропускания стекол с ТОП в направленном свете (расхождение менее ± 0,5 %) наблюдается достаточно большой разброс значений ОКПС
7 в рассеянном свете (около ± 8 %). Определена спектральная характеристика стекол с трехслойным ТОП, позволяющая обеспечить значение ОКПС близкое к светопропусканию в направленном свете.
Предложена математическая модель оптических свойств трехслойного свегопрозрачного ТОП, с помощью которой показано, что для одновременного обеспечения высоких уровней теплосбережения и светопро-пускания необходимо, чтобы теплоотражающая пленка серебра имела толщину не менее 5,9 нм и не более 10 нм и находилась между двумя диэлектрическими пленками с показателем преломления 2...2,5, роль которых могут играть пленки оксидов металлов, например, оксида висмута или титана.
Практическое значение работы:
Обоснована необходимость измерения светопропускания стекол оконных блоков в рассеянном свете. Предложена усовершенствованная методика измерений и обработки результатов при определении ОКПС, которая утверждена и принята в качестве базовой Госстроем Российской Федерации.
Разработана малогабаритная автоматизированная установка для измерения ОКПС, габариты которой сопоставимы с габаритами испытываемых оконных блоков. Это позволило снизить потребление электроэнергии примерно в 9 раз, размещать ее в стандартных помещениях с невысокими (до 3-х метров) потолками и небольшими объемами. Погрешность определения ОКПС не превышает ± (3...5) %. Установка проста в изготовлении и эксплуатации и может быть рекомендована для промышленного тиражирования.
С 2002 г. разработанная установка используется при сертификационных испытаниях оконных блоков в АНО «Новосибстройсертификация» и при научных исследованиях.
Достоверность и обоснованность основных положений и выводов диссертации определяются большим объемом теоретических и экспери-
8 ментальных исследований с применением современных методов анализа (MathCad, эллипсометрия, спектрофотометрия). Достоверность подтверждается также результатами длительного (с 2002 г.) использования предложенной установки и разработанной методики при сертификационных испытаниях светопропускания оконных блоков.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: ежегодных научно-технических конференциях Новосибирского архитектурно-строительного университета 2001 -2004гг., V международной конференции "Экономика и организация инвестиционно - строительного комплекса XXI века" (2002г.), региональной Научно-практической конференции "Инновационное развитие инвестиционно-строительного комплекса" (2003г.), международной конференции «Информационные системы и технологии ИСТ-2003» (2003г.), Всероссийской конференции «Научно - технические проблемы в строительстве» (2003г.)".
По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 статьи в реферируемом журнале «Известия вузов. Строительство» и подана заявка на патент.
На защиту выносятся:
методика испытаний светопропускающих многослойных изделий на ОКПС;
малогабаритная установка для контроля светопропускания оконных блоков;
результаты теоретических и экспериментальных исследований стекол с теплоотражающими покрытиями;
результаты экспериментальных исследований светопропускания новых типов оконных блоков.
Современные тенденции применения стекол и светопрозрачных изделий в строительстве
В соответствии с возрастанием требований архитекторов и дизайнеров, ужесточением требований по теплозащите и механической прочности свето-прозрачных изделий, а также вводимой в стране жилищной реформой, предлагающей введение оплаты за отопление по фактическому расходу тепла, заметно выросла роль стекла как строительного материала и строительных изделий из него в теплосбережении. Резко увеличивается номенклатура различных видов строительного теплозащитного стекла, энергосберегающих строительных изделий (в том числе стеклопакетов) и многослойного стекла [И...23].
Энергетический кризис семидесятых годов в странах Западной Европы вызвал бурное развитие технологий теплосберегающего остекленения и привел к тому, что там в настоящее время оконные блоки без стеклопакетов практически не применяются. Однако увеличение количества стекол существенно сказывается на массе оконного блока и снижает его светопропускание, поэтому тепловую эффективность остекления предпочтительнее повышать за счет применения стекол с теплозащитными покрытиями.
Ведущие мировые компании уже длительное время производят стекла с теплозащитным покрытием, отражающим инфракрасное излучение внутрь помещений и позволяющим тем самым экономить до 30% энергии на отопление [15]. В настоящее время рыночная доля стекол с тешюотражающими покрытиями в окнах составляет 50 % в Европе и 30 % в США [16].
До недавнего времени энергосберегающее стекло, окрашенное в массе и с различными тепло- и светоотражающими покрытиями, традиционно импортировалось в нашу страну. В последние годы в России все более актуальной становится проблема расширения производства стеклопакетов для массового жилищного строительства. Потенциал российского рынка энергосбе-регающих окон и остекления оценивается не менее 35 10 м / год [15], по-этому зарубежными и отечественными фирмами организуется промышленное производство подобных стекол. В Россию и страны СНГ активно внедряется компания "Главербель" - один из крупнейших европейских производителей стекла [18]. Уже функционирует построенный этой фирмой "Бор-ский стекольный завод". В 2004 году должен быть построен завод в Московской области, ведутся переговоры о строительстве завода в Новосибирской области. Дистрибьютерная сеть компании охватывает и другие города России.
Российские фирмы тоже организуют выпуск стекол с теплоотражающи-ми покрытиями и стеклопакетов, а также современных оконных переплетов из ПВХ профилей, дерева и алюминия как на зарубежном, так и на отечественном оборудовании.
Крупнейшим производителем такого типа стекол в России является ОАО "Завод архитектурного стекла" (г. Санкт - Петербург) [13]. На этом заводе введены в действие линии многофункционального назначения, обеспечивающие производство большого ассортимента окрашенного в массе тепло-поглощающего стекла (голубого, зеленого, серого, янтарного, бронзового, сиреневого, розового цветов), причем окраска максимально приближена к нейтральной. Здесь же производят различные виды тонированного стекла, имеющего широкий интервал оптических характеристик по светопропуска-нию.
Энергосберегающее стекло с мягкими теплоотражающими покрытиями, а также энергосберегающие одно- и двухкамерные стеклопакеты в ассортименте начал поставлять на отечественный рынок Саратовский институт стекла [14].
Замена спаренных деревянных переплетов с двойным остеклением на окна со стеклопакетами, одно стекло в которых имеет тегоюотражающее покрытие, а межстекольное пространство заполнено аргоном позволяет сберечь 20 кг условного топлива на каждый квадратный метр свегопрозрачного ограждения [14]. Несмотря на то, что теплосберегающее стекло в 2...2,5 раза дороже флоат - стекла, дополнительные затраты окупаются уже через 1,5.. .2 года за счет экономии в оплате за отопление [22].
Для получения окрашенного в массе теплозащитного стекла в его состав вводят химические соединения, обладающие способностью поглощать и отражать инфракрасную часть спектра (оксиды меди, кобальта, никеля, железа) [20]. В настоящее время интенсивно проводятся работы по определению возможности использования техногенных отходов горно-металлургической, цементной и химической отраслей промышленности в технологиях изготовления стекла [21...23], так как применение специальных стекол гораздо эффективнее, чем увеличение количества стекол в оконном блоке [24].
В табл. 3 приведены оптические характеристики некоторых стекол, полученных с использованием техногенных отходов [23]. Измерения проводились при нормальном падении света на образец. Пропускание зависит от цвета и состава стекла, длины волны излучения и параметров технологического процесса. Из таблицы видно, что коричневое и зелено-голубое стекла отличаются недопустимо низким пропусканием излучения.
Энергосберегающие свегопрозрачные изделия постоянно совершенствуются. С целью выравнивания температуры поверхности внутреннего стекла и температуры внутри помещения на заводе "Мосавтостекло" созданы специальные конструкции стеклопакетов с электронагревом. Разработана целая гамма такой продукции [15].
Предлагаемый ассортимент зарубежных стеклопакетов гораздо обширнее, чем отечественный. Например, каталоги по стеклопакетам фирмы THERMOBEL включают 39 наименований. Светопропускание данных стеклопакетов изменяется в широком диапазоне (0,19... 0,75), хотя нижний предел светопропукскания является недопустимо низким. Кроме того, надо иметь ввиду, что указанные значения получены в направленном свете и, следовательно, завышены на 9...17 % по сравнению со значениями, полученными в рассеянном свете.
Исследование возможности получения равномерной освещенности во входной плоскости испытываемого образца
Отсюда следует вывод, что отдельно взятый элемент полусферы, излучающей по закону Ламберта, равномерно освещая саму полусферу, не обеспечивает равномерного освещения ее диаметральной плоскости.
Если источник света поместить в периферийной области полусферы, то часть полусферы, находящаяся ближе к источнику, будет освещена сильнее. На рис. 12,6 приведены графики 2, Еъ распределения освещенности на прямой А-Х (рис.11), полученные с помощью той же программы, для случая, когда излучает часть полусферы, ограниченная справа углом ф (верхний предел интегрирования) и не ограниченная слева (нижний предел интегрирования равен я). Из графиков видно, что освещенность падает по мере удаления от освещенного участка полусферы. Поэтому единственно возможным способом получения равномерной освещенности на диаметральной плоскости при подсвечивании единичными источниками является вариант обеспечения относительно равномерной освещенности всей полусферы, который может быть достигнут использованием нескольких источников, равномерно размещенных внутри рассеивающей полусферы.
Экспериментальная оценка равномерности освещенности производилась на установке с диаметром полусферы диффузного источника 2,2 м путем измерения в пяти характерных точках проема диаметральной плоскости диффузного источника для разных комбинаций включенных ламп.
Схема расположения контролируемых точек в плоскости проема при измерении освещенности показана на рис. 14,а. Схема расположения ламп относительно проема и номера ламп показаны на рис. 14,6. Из таблицы видно, что включение одной или двух рядом расположенных ламп (1,2 или 1+2) не позволяет получать равномерную освещенность в плоскости проема (разброс освещенностей достигает 20...30%). При включении пары диаметрально расположенных ламп (2+4 или 1+3) разброс освещенностей уменьшается и не превышает 10%. Если включены четыре лампы, расположенные симметрично на взаимно перпендикулярных осях проема, то неравномерность освещенности не превышает 3%.
Таким образом, включение четного количества (двух, четырех и более) ламп накаливания, расположенных по окружности диаметральной плоскости диффузного источника на одинаковом расстоянии друг от друга и симметрично относительно центра проема, позволяет получать достаточно равномерную освещенность по проему (во входной плоскости контролируемого оконного блока) и, следовательно, уменьшение размеров установки примерно в 3 раза вполне возможно.
Диффузный источник должен обеспечивать три номинальные освещенности проема диаметральной плоскости : 500,750 и 1000 лк. Номинальная освещенность 500 лк обеспечивается с помощью включения четырех одинаковых ламп накаливания, установленных в диаметральной плоскости вблизи осей симметрии проема на пересечениях окружности с двумя взаимно перпендикулярными диаметрами (рис. 16). Номинальная освещенность 750 лк обеспечивается дополнительным включением еще двух ламп повышенной мощности, расположенных тоже вблизи одной из осей симметрии проема на пересечении той же окружности с двумя взаимно перпендикулярными диаметрами, то есть одновременным включением шести ламп. Номинальная освещенность 1000 лк обеспечивается дополнительным включением еще двух ламп, расположенных вблизи другой оси симметрии проема на пересечении той же окружности и двух взаимно перпендикулярных диаметров, то есть одновременным включением восьми ламп. Проведенные исследования доказывают возможность создания малогабаритного диффузного источника, а следовательно, и малогабаритной установки для контроля светопропускания оконных блоков со следующими преимуществами: 1) габариты диффузного источника и установки в целом сравнимы с максимальным размером (с диагональю) контролируемых оконных блоков, то есть уменьшены примерно в 3 раза по сравнению с известными и являются минимальными; 2) для установки пригодны помещения высотой до трех метров; 3) так как площадь поверхности светорассеивающей полусферы пропорциональна квадрату диаметра, уменьшение размеров последнего в 3 раза приводит к уменьшению расхода электроэнергии на питание световых приборов в 9 раз; 4) количество требуемых световых приборов минимально: освещенно сти 500, 750 и 1000 лк могут быть обеспечены всего 8-ю лампами; 5) существенно снижены стоимость, масса и сложность эксплуатации установки.
Проверка эффективности предложенного способа уменьшения погрешности определения общего коэффициента пропускания света
Для проверки эффективности предложенного способа, основанного на введении полученных поправок, были проведены эксперименты по измерению и расчету ОКПС двух видов испытываемых образцов: 1) оконного блока с теплоотражающим покрытием (табл. 9); 2) нескольких образцов защитного ударостойкого стекла размером 0,5 х 0,5 м (табл. 10 и 11). Для измерения ОКПС образцов второго типа, имеющих небольшие размеры и крепление которых не предусмотрено конструкцией установки, была изготовлена фанерная перегородка с прямоугольным отверстием в центре для крепления образца. Измерения проводились с неокрашенной перегородкой (табл. 10) и с перегородкой, окрашенной матовой белой краской (табл. 11). При этом, вследствие малых размеров образца по сравнению с размерами стандартных оконных блоков, освещенность фотоэлементов резко уменьшалась, причем особенно сильно в случае неокрашенной перегородки, поглощающей излучение значительно сильнее, чем окрашенная белой матовой краской перегородка.
Эффективность введения поправки подтверждается приведенным ниже анализом экспериментальных данных.
Изменение освещенности в рассматриваемой установке осуществлялось включением ламп накаливания разной мощности (100, 150 Вт) и различного их количества. Заметим, что в случае линейной зависимости показаний датчиков от освещенности изменение освещенности не должно оказывать заметного влияния на значение коэффициента пропускания.
Из результатов, приведенных в табл. 9, следует, что при введении поправки значительно снижается разброс значений коэффициента пропускания, измеренного при разных освещенностях. Кроме того, введение поправок приводит к увеличению измеренного значения коэффициента пропускания. Этот эффект наиболее сильно заметен для образцов малого размера.
Исследуемое защитное ударостойкое стекло СЗУ - А 1-5(0,3) представляет систему, состоящую из стекла марки А1 толщиной 5 мм, на поверхность которого наклеена упрочняющая пленка толщиной 0,3 мм. Достаточная прозрачность пленки и ее малая толщина позволяют допустить, что поглощение светового потока данной пленкой будет незначительным, и основные потери света будут происходить в процессе его отражения от четырех границ раздела, на каждой из которых теряется не более 4...6 % рассеянного света. Следовательно, ожидаемое значение коэффициента пропускания света исследуемым образцом должно приближаться к 80 %.
Как видно из табл. 9 и 10, наиболее сильное отклонение результатов от ожидаемого значения имеет место при минимальной освещенности (именно в данном случае сильнее всего проявляется нелинейность фотоэлементов), то есть при освещенности проема Еі=500лк и, особенно, рех фотодатчиков при неокрашенной фанерной перегородке и освещенности проема Ei= 500 лк. Из таблицы видно, что без поправки минимальный коэффициент пропускания имеет неправдоподобно малое значение (1,4. Более того, даже среднее значение коэффициента пропускания всех датчиков, равное 36,6%,в два с липшим раза меньше ожидаемого. В то же время, введение поправки приводит к выравниванию значений коэффициентов пропускания и приближению их к среднему и ожидаемому значениям.
Кроме того, из таблиц 10 и 11 видно, что усредненные результаты, полученные с разных фотоприемников при неокрашенной фанерной перегородке, всего лишь на 5% отличаются от результатов, полученных в случае с окрашенной фанерной перегородкой. Как и ожидалось, окрашивание фанерной перегородки белой матовой краской приводит к меньшему разбросу результатов. Таким образом, использование предложенного способа уменьшения погрешности определения ОКПС является весьма эффективным.
Для оценки случайной погрешности измерений с помощью разработанной установки проводились многократные измерения ОКПС пластикового оконного блока со стеклопакетом и с теплоотражающим покрытием. Обработка экспериментальных данных осуществлялась по методике, изложенной в работах [59,60].
Согласно этой методике, предварительно была проведена проверка нормальности закона распределения вероятности результатов измерения. Известно, что если количество измерений больше 40...50, то хорошие результаты дает критерий К. Пирсона. При числе измерений от 10... 15 до 40...50 применяют так называемый составной критерий. Для статистической обработки данных было получено 49 значений коэффициента пропускания оконного блока ОПОСП 15x13 (окно пластиковое одинарной конструкции со стеклопакетом) при освещенности 500лк (табл.13).
Расчетные зависимости и способы получения требуемых параметров теплоотражающих покрытий
В настоящее время на нужды жилищно - коммунального хозяйства расходуется почти 20% от общего баланса энергоресурсов, из которых большая часть идет на отопление [61]. Известно [62], что при современном остеклении более 30 % от общих тегоюпотерь теряется через стеклопакет, причем 70% от них уходит за счет инфракрасного излучения. Определенный прорыв в вопросе создания энергоэффективных окон был сделан после появления на рынке теплоотражающих (Low—Е) покрытий [63, 82, 83]. Несмотря на то, что правильная установка пластиковых окон с однокамерным стеклопакетом в типовой трехкомнатной квартре позволяет экономить около 4000кВт/ч [94] электроэнергии в год, согласно прогнозам доля окон, в состав которых входят обычные стеклопакеты, будет уменьшаться, так как их тешюзащитные свойства не удовлетворяют требованиям к теплопередаче для большей части территории России. В СНИП П-3-79 "Строительная теплотехника" приведено повышенное сопротивление теплопередаче [87]. Например, для двухкамерного стеклопакета из обычного стекла с межстекольным расстоянием 12мм оно равно 0,54 вместо 0,45м С/Вт.
Использование стеклопакетов с теплоотражающими покрытиями позволяет существенно сократить потери тепловой энергии. Однако при этом снижается общий коэффициент пропускания света. Комфортность же зданий в значительной мере определяется количеством солнечного света, попадающего в их внутренние помещения.
Оконное стекло, как известно [20], практически непрозрачно для длин волн больших 3 мкм. В то же время стекло как диэлектрик имеет очень высокую поглощательную способность в этом диапазоне спектра: степень черноты обычных стекол в инфракрасном диапазоне спектра составляет 0,87...0,97. Согласно закону Кирхгофа, это приводит к их высокой излучательной способности. Таким образом, механизм тепловых потерь через светопрозрачные части ограждающих конструкций сводится к следующему: при поглощении инфракрасного излучения в диапазоне спектра 3...20 мкм, выходящего из помещения, стекло нагревается и само начинает излучать тепловую энергию как низкотемпературный излучатель [64]. Поэтому для повышения теплозащитных свойств свегопрозрачной части окон необходимо снижать лучистую составляющую процесса теплопередачи путем ее отражения внутрь помещений с помощью ТОП.
Двойное остекление со стеклом внутренняя поверхность которого имеет низкоэмиссионное метализированное покрытие имеет коэффициент теплопередачи 1,2...2,0 Вт/м2-К, в то время как стандартное двойное остекление без низкоэмиссионного покрытия - 2,6...3,2 Вт/м К [65,66].
Основой ТОП являются тонкие пленки (см. раздел 1.5). Для уменьшения тепловых потерь за счет инфракрасного излучения необходимо нанесение не менее двух слоев: тонкой металлической пленки и защитной оксидной пленки [67]. Наиболее перспективными для оптимизации параметров ТОП являются многослойные тонкие пленки с использованием чередующихся слоев металлического серебра и оксида титана или висмута (см. разделы 1.5 и 1.6). Исследования в Германии методом ИК-спектроскопии современных жилых зданий показали, что потери тепла через стеклопакет из теплозащитного стекла значительно ниже, чем через бетонные или кирпичные стены [68].
Использование в ТОП тонкой металлической пленки (толщиной менее 10 нм) обусловлено ее достаточно высоким отражением теплового излучения (инфракрасного диапазона спектра) и пропусканием видимого диапазона спектра солнечного излучения. Оптические характеристики (коэффициенты отражения и пропускания) тонких пленок зависят от толщины и режима напыления на стекло, который определяется целым рядом взаимно влияющих факторов (см. раздел 1.6). Режим напыления достаточно сильно влияет на структуру тонких пленок (на соотношение аморфной и кристаллической фаз), а, следовательно, и на их оптические постоянные. Например, для пленок ТІОг (в зависимости от их структуры) показатель преломления п для длины волны 550 нм может находится в интервале от 1,9 до 2,6 [35]. От режима напыления в свою очередь зависит толщина напыленной пленки. В настоящее время фундаментальные разработки по те-плоотражающим покрытиям отсутствуют [68].
Наиболее простым и быстрым методом определения толщины пленки является ее оценка по электрическому сопротивлению. Однако данный метод является только оценочным. Более точные результаты могут быть получены с помощью косвенных измерений через коэффициенты отражения и пропускания данных пленок или с помощью эллипсометрических измерений отраженных составляющих излучения [70].
Оптимизация параметров тонких пленок представляет собой сложную задачу и сводится к оптимизации режима их напыления на стекло. Оптимизации параметров ТОП может помочь использование для расчетов математической модели покрытий на основе тонких металлических пленок.
Оптические постоянные материалов обычно известны. Они могут быть определены разными методами [69,70,71,72]. Все методы могут быть разделены на две группы: фотометрические и эллипсометрические; при этом первые, в связи с большей доступностью оборудования, являются преобладающими. В литературе [35,73,74] приведены теоретические формулы для расчета коэффициентов отражения и пропускания тонких металлических пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку. Данные формулы получены введением в формулы обычной оптики комплексного показателя преломления п - ik, где параметр п - отношение скорости света в воздухе к скорости света в материале, а к - характеристика поглощения пленки [74]. В данной работе за основу были взяты формулы, приведенные в работе [74], так как формулы, приведенные в [73] , являясь корректными с точки зрения математики, не дают достоверных практических результатов [75]. Известно, что оптические постоянные кип зависят от длины волны, толщины пленки и технологии ее нанесения. При этом уравнения, связывающие коэффициенты отражения и пропускания с толщиной пленки и параметрами пик, имеют вид сложных трансцендентных уравнений, для решения которых не существует подходящих аналитических методов. Конфигурацию, состоящую из подложки и нанесенной на нее металли ческой пленки, можно рассматривать как систему, в которой металлическая пленка заключена между двумя средами — воздухом и стеклом.
