Що таке склопакети?

    За останній час слово "склопакет" міцно ввійшло в наше життя, та з вузькоспеціального стало загальновживаним, розповсюдженим і впізнаваним - хоча, втім, і не завжди правильно вживаним. Нерідко "склопакетом" називають все металопластикове вікно в цілому, в той час, як він - важлива, але все ж таки частина металопластикового вікна...

    В більшості сучасних світопрозорих конструкциях різне скло використовується в так званих ізолюючих склопакетах. Під ізолюючим склопакетом (в подальшому - склопакетом) будемо розуміти елемент, в якому два або більше скла, герметично з`єднані одне з одним за допомогою спеціальної дистанційної рамки, а також внутрішнього і зовнішнього герметика, утворюють замкнуту порожнину, яка заповнена осушеним повітрям або іншими газами (аргоном - Ar, криптоном - Kr, гексафторидом сірки).*

• Аргон і криптон використовуються для поліпшення теплозахисних якостей склопакета, а гексафторид сірки - для підвищення його звукоізоляції. При цьому аргон є найбільш розповсюдженим і дешевим газом.

Конструкція. Класификація. Маркування

    Перший патент на виробництво склопакетів був виданий у 1865 р. Але, їх промислове виробництво почалося тільки у 1934 р. в Германії з склопакетів марки CUDO, які застосовувалися для засклення залізничних вагонів. У 1938 р. на ринку під маркою Thermopane з`явилися склопакети, які складалися зі скла і свинцевої розпірної рамки, які були спаяні між собою по контуру. Виробництво цих склопакетів було вперше освоєно у США. Склопакети різної конструкції представлені на мал. 3.12...

Мал. 3.12. Склопакети різної конструкції: 1- заварений, 2 - паяний, 3 - клеєний з одинарною герметизацією, 4 - клеєний з подвійною герметизацією

    У 1950 р. були вперше виготовлені склопакети з еластичним ущільненням. В них була використана алюмінієва пустотіла рейка, заповнена осушувальним засобом і ущільнена полісульфідним герметиком Thiokol.

    А 1970 р. вважвється роком народження сучасного склопакету, який має подвійну герметизацію. Сьогодні по цій технології виготовляється 90% всіх склопакетів. Конструкція склопакета, найбільш розповсюджена в наш час, показана на мал. 3.13.

    Виробництво сучасних склопакетів, які застосовуються у будівництві і мають конструкцію, показану на мал. 3.13, здійснюється в два етапи.

Мал. 3.13. Конструкція "склеєного" склопакету: 1 - внутрішній бутиловий герметик (стрічка або мастика), 2 - дистанційна рамка (алюмінієвий або гальванізований сталевий профіль), 3 - осушувач (силікагель), 4 - зовнішня герметизуюча мастика, 5 - скло

    На I етапі на дистанційну рамку шаром завтовшки приблизно 4 мм, методом екструзії при температурі 120-140 °С наноситься термопластичний однокомпонентний бутиловий герметик (поліізобутилен) або вручну з котушок наклеюється бутилова стрічка (шнур). На цьому ж етапі дистанційна рамка заповнюється осушувачем (так званим "молекулярним ситом" - речовиною, яка за якостями близька до відомого в побуті силікагелю), яка поглинає вологу з повітря, яке заповнює повітряний прошарок. До попередньо обрабленої рамки з двох сторін приклеюється скло.

    На II етапі на автоматичному обладнанні або вручну наноситься зовнішній герметик. Зовнішні герметики, які застосовуються можна умовно розділити на два основних класи - еластичні двокомпонентні полісульфідні герметики (бутил + тіокол), твердіння яких здійснюєтся за рахунок хімічної реакції між складовими і однокомпонентні герметики на основі синтетичного каучуку, розплавлення і затвердіння яких є фізичними процесами (технологія хот-мелт).

    За рахунок використання осушувача повітря, яке знаходиться усередені склопакету, практично повністю зневоднюється, і таким чином усувається можливість випадіння конденсату між склом. Поява конденсату в міжскляному просторі склопакету в процесі експлуатації є свідком грубих порушень, які були допущені при його виробництві - неповній герметизації чи відсутності осушувача.

    Заповнення проміжку між склом газом здійснюється через спеціальні отвори в дистанційній рамці в двох протилежних кутах, які потім герметизуються. Слід зазначити, що на протязі всього розрахункового періоду експлуатації склопакету відбувається поступовий природний витік газу з внутрішньої камери і, назад - дифузія водяного пару, через мікротріщини у герметику, які викликані напругами в крайовій зоні (по контуру примикання скла к дистанційній рамці) під дією перепаду тиску і температур. Для компенсації напруги в крайовій зоні потрібен герметик з високим модулем пружності, який добре сприймає розтягуючі зусилля. В зв`язку з цим можна також зазначити, що міцнісні властивості герметика, який застосовується, визначають стабільність геометричних властивостей пакету.

    В цьому відношенні істотним недоліком герметиків системи"хот-мелт" слід вважати розм`якшення при високих температурах, які можуть бути викликані впливом сонячної радіації. Отже, можна говорити про те, що застосування склопакетів з такими герметиками неприпустимо в заповненні світопрозорих кровель - де склопакет, який встановлюється під кутом, піддається перегріву від сонця. В цьому випадку можливе"сповзання" верхнього скла і, відповідно, його руйнування.

    В табл. 3.7 приведені порівнювальні характеристики газо- і вологопроникності найбільш розповсюджених герметиків, які застосовуються в наш час для виробництва склопакетів.

    До списку не внесені спеціальні герметики, які застосовуються в склопакетах для структурного засклення (див. главу 10 ) і світопрозорих кровель зимових садів, крайова зона яких піддається підвищеному впливу ультрафіолетового випромінювання.

    Таблиця 3.7

Газо- и вологопроникність різних герметиків

• Герметизація силіконом є найбільш старою технологією виготовлення склопакетів. В наш час в незначних масштабах використовується дрібними виробниками вікон.

    В залежності від теплотехнічних, звукоізоляційних та інш. вимог, в конструкції склопакету можуть бути використані два скла, три скла або два скла і тонка полімерна плівка замість третього і т.і. Міжскляний простір може заповнюватися газами - аргоном, неоном, криптоном, гексафторидом сірки. В склопакеті в самих різних комбинаціях може бути встановлене спеціальне скло, як показано на мал. 3.14.

    Склопакети класифікуються по кількості повітряних камер на однокамерні (два скла) і двокамерні (три скла).*

• У вітчизняній літературі про вікна, в модифікованому вигляді можна зустріти застарілий термін, який застосовувався до двошарового і тришарового засклення віконих блоків одинарним склом; відповідно - "двошаровий склопакет" стосовно однокамерного і"тришаровий склопакет" стосовно двокамерного.

1                         2                        3                          4

Мал. 3.14. "Склеєні" склопакети різної конструкції: 1 - однокамерний склопакет, 2 - двокамерний склопакет, 3 - однокамерний склопакет з ламінованим захисним склом (триплексом), 4 - двокамерний склопакет з перегородкою, з тепловідбивною плівкою

    Естетичні якості вікна у відповідності до вимог архітектора можуть бути враховані за рахунок встановлення всередені склопакету декоративних розкладок (шпроссів), як правило, білого або золотавого кольору. Крім того, зовні можуть бути I декоративні планки, як показано на мал. 3.15.

Мал. 3.15. Декоративні розкладки (шпросси) всередені склопакету і зовнішні профільні

    У маркуванні склопакетів зазначають товщину і тип скла, ширину дистанційної рамки, кількість повітряних прошарків, а також тип газу, який використовується для їх заповнення.

    Для газів, які заповнюють міжскляний простір, застосовується таке маркування:

Повітря	Пробіл за замовчуванням
Аг	Аргон
Кг	Криптон
	Гексафторид сірки

    Приклади:

    4F -12 - 4F - однокамерний склопакет з двома однаковими флоат-склом по 4 мм і дистанційною рамкою 12 мм. Міжскляний простір заповнений осушеним повітрям.

    6F - 10 - 4F -10 - 6F - двокамерний склопакет з двома дистанційними рамками по 10 мм, два зовнішніх флоат-скла мають товщину 6 мм, внутрішні - 4 мм.

    4F - 12Аr - 4К - однокамерний склопакет з дистанційною рамкою 12 мм, міжскляний простір заповнений аргоном, внутрішнє флоат-скло, товщиною 4 мм, має тверде низькоемісійне покриття.

Міцність склопакетів

    З точки зору будівельних розрахунків, склопакет представляє собою просторову конструкцію з двох або більше стекол, розділених між собою герметичними повітряними прошарками. Скло склеєне між собою по контуру за допомогою дистанційних рамок і еластичних сумішей, що клеять, в сукупності утворює шарнірне з`єднання.

    При розрахунку на міцність і жорсткість конструкцію склопакету можна розглядати як дві (чи більше) жорсткі пластинки, які зв`язані між собою по всій поверхні упругим прошарком і по контуру жорсткими рамками з шарнірними зв`язками.

    В процесі експлуатації в склі пакета виникає напруга при дії одностороннього навантаження, яке виникає під дією вітру і снігу, чи двостороннього навантаження за рахунок зміни атмосферного тиску і температури повітря (мал. 3.16).

Мал. 3.16. Схема роботи скла однокамерного пакету: а) - розрахункова схема склопакету; б) - одностороннє навантаження (вітер і сніг); в) - двостороннє навантаження (перепади атмосферного тиску і температури зовнішнього повітря)

    Герметичність повітряного прошарку є причиною того, що склопакет слід розглядати як сполучену систему, в якій повітря є пружним прошарком, що розподіляє навантаження між склом. Механізм роботи скла в пакеті при додаванні одностороннього вітрового або снігового навантаження полягає в тому, що в результаті прогину зовнішнього скла повітря в прошарку ущільнюється, і в ньому створюється надлишковий тиск. Дослідження показали, що завдяки герметичності повітряного прошарку деформації обох стекол в однокамерному пакеті при дії одностороннього навантаження приблизно рівні. Співвідношення прогинів внутрішнього і зовнішнього скла складає 0.81-0.95, і тим ближче до одиниці, чим більше діюче навантаження.

    Для наочного теоретичного аналізу напруженого стану склопакету розглянемо роботу найпростішого однокамерного склопакету під дією деякого одностороннього навантаження (наприклад, вітрового тиску). Уявимо собі, що внутрішнє скло склопакету абсолютно жорстке, а зовнішнє-достатньо гнучке і може прогинатися під дією навантаження.

    Відповідно до рівняння газового стану, між абсолютною температурою, тиском і об`ємом повітря всередені замкнутого повітряного прошарку існує залежність

P1 * V1/T1 = P2 * V2/T2         (3.11)

    За умови, що температура повітря всередені склопакету не міняється, тобто зміна тиску всередені склопакету буде обернено пропорційна зміні об`єму повітря в прошарку, рівняння (3.11) запишеться у вигляді

P1 / P2 = V1 / V2         T1 = T2 = const         (3.12)

    Згідно рівняння (3.2), зменшення об`єму повітря всередені камери, буде викликати підвищений надлишковий тиск на скло. Під дією вітрового навантаження зовнішнє скло склопакету (зі сторони дії навантаження) прогинається. Якщо прийняти, що при цьому внутрішнє скло зберігає свою попередню форму, то об`єм повітряного прошарку зменшується, а тиск в ньому збільшується.

    Якщо задатися величиною припустимих прогинів скла під дією одностороннього рівномірно розподіленого навантаження, то можна кількісно оцінити теоретичне (виходячи з рівняння стану) змінення тиску на скло при збільшенні навантаження.

    В якості розрахункової моделі візьмемо круглий склопакет (в якому відсутній вплив навантаження в кутах) з радіусом - r і товщиною повітряного прошарку - h. Площу склопакету прйимемо рівною приблизно 1 м2, тобто його радіус буде складати r=60 см (600 мм). Приймемо припустиму величину прогину f равною 1/200 - 1/300 проліту, що в даному випадку складає 1/200 - 1/300 від діаметра D = 120 см (1200 мм) і дорівнює 3-5 мм. Товщину повітряного прошарку прйимемо рівною h =24 мм (2,4 см).

    Початковий об`єм повітряного прошарку склопакету дорівнює

        (3.13)

    Підставивши цифри, отримаємо 3, 14 * 602 * 2,4 = 27 143 см3.

    Для встановлення залежності тиску в повітряному прошарку пакету від навантаження розглянемо зміни об`єму прошарку круглого склопакету при деформації його зовнішнього скла від навантаження, що було прикладене. Вважвємо, що частка об`єму повітряного прошарку -, на яку зменшився прошарок, представляє собою сферичний сегмент, обмежений сферчною поверхнею деформованого зовнішнього скла. Об`єм сферичного сегменту визначається за формулою

        (3.14)

   де f - задана величина припустимого прогину в середній точці скляної пластини, [м].

    Приймая r2=0, отримаємо

        (3.15)

    Якщо задатися значеннями припустимих прогинів, які збільшуються з деяким заданим кроком (що відповідно буде відображати і збільшення прикладеного навантаження), то можна отримати об`єми сферичних сегментів, які потім можна відняти від початкового об`єму прошарку. Відповідно можна оцінити в відсотковому відношенні частку зменшення об`єму і зростання внутрішнього тиску (які зв`язані обернено пропорційною залежністю) під дією одностороннього навантаження, яке привело до визначеного заданого значення прогину. Цифри, які ілюструють теоретичне, прогнозоване, виходячи з рівнянняя стану, збільшення внутрішнього тиску всередені однокамерного склопакету, приведені в табл. 3.8.

    Таблиця 3.8

    Теоретична оцінка змінення об`єму повітряного прошарку склопакету при прогинах одного скла під дією одностороннього навантаження

    Цифри, наведені в табл. 3.8, виведені, виходячи з ідеальної моделі, яка припускає, що все навантаження сприймається одним склом і не призводить до прогину другого. Однак, в реальних конструкціях цього не відбувається.

    Для ілюстрації розглянемо дію на склопакет вітрового навантаження при швидкості 28 м/сек. В цьому випадку вітровий тиск може бути визначений як P = v2/16, де v - швидкість вітру. Підставивши значення, отримуємо: Р=282/16 = 50 кгс/м2 або 0.5 кПа. Якщо прийняти, що це навантаження викликає не самий великий прогин зовнішнього скла - десь близько 3 мм, то в цьому випадку (згідно з табл. 3.8), об`єм повітряного прошарку зменшився б на 13%. Відповідно тиск всередині склопакету збільшився б теж на 13%.

    Якщо прийняти, що початковий тиск всередині склопакету дорівнює атмосферному і складає Р=100 кПа, то надлишковий тиск, який створюється вітровим навантаженням, складав би 13 кПа чи 1300 кгс/м2. Однак, такий вітровий тиск може бути досягнений при небувалій швидкості вітру - 144 м/сек або 518.4 км/час.

    Таким чином, приведені прості міркування позначають явне протиріччя між математичним рівнянням стану і реальними природними факторами. Перед усім, вони говорять про те, що в дійсності склопакет не сприймає навантаження за рахунок прогину одного скла, передаючи його на абсолютно жорстке друге, а обидва скла працюють спільно під дією одностороннього навантаження.

    В практичних розрахунках вводяьтся понижуючі коефіцієнти до розрахункового навантаження, які враховують спільну роботу стекол в склопакеті. Для однокамерного склопакету к~ 0.5, для двокамерного к~ 0.33.

    В склопакеті, який піддається дії двостороннього навантаження, виникаючі зусилля розподіляються рівномірно між склом пакету. Дія такого навантаження обумовлюється зміною тиску в повітряному прошарку при зміні температури повітря або атмосферного тиску. При цьому відбувається вирівнювання тиску зовні і всередені склопакету за рахунок зміни об`єму повітряного прошарку. Скло пакету згинається, а створюваний в ньому напружений стан є передумовою для виникнення тріщин при транспортуванні або монтажі.

    При зниженні температури у внутріщній камері (при охолодженні склопакету) її об`єм буде зменшуватися, скло буде вигинатися во внутрішню порожнину, що може викликати"схлопування" склопакету. Слід зазначити, руйнування пакетів при "зимових" монтажах є достатньо розповсюдженим явищем, в зв`язку з чим їх виробники не рекомендують виконувати монтаж при температурі зовнішнього повітря нижче ніж-15 °С.

    Дійсно, якщо температура повітря в приміщенні, де був виготовлений склопакет, складає Т1 =+ 20 "С, а температура зовнішнього повітря під час монтажу і транспортування була Т2 = - 20 °С, то стрибок температур на 40 °С приведе до зміни об`єму прошарку повітря.

T1 / T2 = V1 / V2         P1 = P2 = const         (3.16)

    Відносна зміна температури в Кельвінах складе

тобто температура повітря в повітряному прошарку змінилася на 14%. У відповідності до рівняння стану, об`єм повітря в прошарку повинен зменшитися також на 14 %. Так як вигинаються обидва скла, то кожне скло при деформації буде змінювати об`єм повітря на 7,0 %, щоб компенсувати надлишковий атмосферний тиск. Як бачимо з таблиці 3.7, величина прогину кожного скла при цьому буде складати близько 2 мм. Ймовірно, що чим більше площа склопакету і чим більше товщина повітряної камери, тим більше вірогідність його руйнування при зміні температури.

   Набагато більш рідкісний випадок представляє руйнування склопакетів при зміні атмосферного тиску. Однак, можливі випадки, коли склопакети можуть виготовлятися при підвищеному чи зниженому атмосферному тиску, а зміна тиску може складати до 4 кПа. У відповідності до формули (3.12.) об`єм повітря прошарку при зміні тиску повинен змінюватися на величину десь 4%. Так як вигинаються обидва скла, то кожне скло при деформації буде змінювати об`єм повітря на 2,0 %, щоб компенсувати надлишковий атмосферний тиск.

    З наведених вище розмірковувань можна зробити висновок про те, що вибір товщини повітряного прошарку надає певний вплив на статичну роботу склопакету.

    В склопакеті, який піддається дії одностороннього зовнішнього навантаження, збільшення об`єму повітряного прошарку приведе до того, що погіршиться спільна робота скла в склопакеті. Реальне навантаження на внутрішнє скло зменшиться, а на зовнішнє скло - збільшиться. По характеру статичної роботи склопакет буде наближатися до вікна з 2-шаровим роздільним заскленням.

    В склопакеті, який піддається дії двостороннього зовнішнього навантаження за рахунок перепадів температури, збільшення об`єму повітряного прошарку приведе до збільшення імовірності руйнування скла в склопакеті.

    В склопакеті, який піддається впливу двостороннього зовнішнього навантаження за рахунок перепадів атмосферного тиску, збільшення об`єму повітряного прошарку також приведе до погіршення спільної роботи скла в склопакеті.

    Таким чином, можна говорити про те, що виходячи з умов міцності, товщина повітряного прошарку склопакету повинна бути мінімальною.

    Слід зазначити, що в склопакетах з вузькими камерами (наприклад 6 мм), "схлопування" може відбутися в результаті того, що сумарний подвійний прогин скла перевищить товщину камери.

Спільна робота склопакета і віконного профілю. Навантаження крайової зони склопакета

    В наведених вище розділах була розглянута робота склопакета без урахування впливу віконного профілю, в який він вставляється. Разом з цим, напруга, яка виникає в крайовій зоні пакета за рахунок різних коефіцієнтів температурного розширення металу і скла, а також зусилля, викликані температурними деформаціями віконного профилю, є однією з основних причин руйнування склопакетів, поряд з перепадами тиску і температур.

    При вигині віконного профілю за рахунок виникаючих в ньому температурних напруг, вітрових навантажень, власної ваги вище розташованих конструкцій, а також при динамічних впливах від дверей, які відкриваються і закриваються, в офісних перегородках, вітринах і т.п., зусилля від профілю передаються на крайову зону склопакета. Для довготривалої і надійної експлуатації склопакетів способи їх кріплення повинні виключати передачу цих навантажень. З цією метою між склопакетом і профілем залишають компенсаційні зазори, в які при встановленні склопакета в проектне положення вкладаються спеціальні підкладки.За своїм призначенням вони поділяються на опорні і фіксуючі. Опорні підкладки використовують для передачі навантаження від власної ваги на профіль, фіксуючі - забезпечують центрування склопакета в світловому осередку, а також виключають можливість його зміщення при відкриванні стулок.

    Підкладки під склопакет для ПВХ-профілей виготовляються у вигляді пластин з ПВХ, розміром 30 х 97 мм і товщиною 1.0,2.0,3.0,4.0 і 5.0мм. Схема розміщення підкладок залежить від виду засклення (глухе або яке відкривається) і способу підвіски стулок. На мал.3.17 показані приклади встановлення підкладок, згідно рекомендаціям концерну Veka.

Вікно з глухим заскленням              поворотно-відкидне вікно

Поворотне вікно                  нижньопідвісне вікно

             Розсувне вікно                    верхньопідвісне вікно

Мал. 3.17. Приклади встановлення підкладок під склопакет

    Крайова зона є найбільш вразливою для склопакета за рахунок контакту матеріалів з різними фізичними характеристиками. При встановленні склопакетів у віконний профіль слід, по можливості, захищати її від промерзання. Окрім того, як вже зазначалося вище, мікротріщини, які можуть виникнути при розрізанні скла на стадії виготовлення склопакету, можуть привести до його руйнування в процесі експлуатації, за рахунок виникаючих безпосередньо в крайовій зоні температурних напруг.

За матеріалами книги:

    І.В. Борискина та інш., "Проектування сучасних віконних систем цивільних будинків ", Київ - 2005г., видавець Домашевська О.А.

Зв`язатися з нами		Викликати майстра
	Завжди раді Вашим думкам, питанням,побажанням.		Заповніть форму, щоб викликати майстра...