Интересные факты о строительстве: стекла будущего

Многие виды стекол, которые еще, каких-то лет 20-25 назад, казались фантастикой (темнеющие при увеличении света, шумозащищающие, энергосберегающие, свето- и теплопоглощающие, противоударные и некоторые другие) уже вошли в нашу повседневную жизнь. В данной статье мы расскажем о новых разработках в стекольной промышленности, о стеклах, с еще более удивительными свойствами, которые, постепенно, внедряются в современное строительство. Не надо забывать, что, помимо изобретения стекол с новыми свойствами, основной тенденцией рынка является внедрение мультифункциональных стекол (которых еще называют селективные), сочетающих в себе функции и энергосбережения, и акустической защиты, и светопоглощения, и т.д., включая и их новые возможности, в том числе и описанные в данной статье.

1. Ситаллы (стеклокристаллические материалы).

Ситаллы - стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол, и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Разработаны советским физикохимиком И. И. Китайгородским. Существуют литиевые, борно-бариевые, магниевые, титановые и другие ситаллы. По внешнему виду ничем не отличаются от стекла, но, фактически, представляют другой вид материала.

Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твёрдостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Ситаллы имеют большинство положительных свойств, которые есть у стекла, в том числе и технологичность, но с более высокими, по большинству показателей, механическими и химическими характеристиками. Существуют ситаллы со специальными свойствами: прозрачные, магнитные, полупроводниковые, радиопрозрачные и другие.

Подбором состава стекла, содержащего в большинстве случаев добавки, ускоряющие объёмную кристаллизацию (катализаторы, нуклеаторы), можно спроектировать соответствующие кристаллические и стекловидную фазы. Кристаллы спроектированных фаз возникают и растут равномерно по всему объёму в результате термической обработки. Технология производства изделий из ситаллов незначительно отличается от производства изделий из стекла. Иногда для зарождения кристаллов в состав стекла вводят фоточувствительные добавки. Для производства отдельных видов ситаллов используют шлаки.

Ситаллы являются перспективными строительными и конструкционными материалами (например, в мостостроении). На нижней смотровой площадке Останкинской телебашни на высоте 337 метров в полу установлены прозрачные проёмы, изготовленные из ситалла, и выдерживающие вес нескольких человек. Широкое применение ситаллов в строительстве сдерживает их высокая цена.

Пол на Останкинской телебашне:

Фотография с сайта kleinburd.ru.

2. Светодиодные стекла

Две крупнейшие европейские компании – AGC Glass Europe, Бельгия, специализирующаяся на выпуске стекла, и Traxon Technologies, ФРГ, один из лидеров в области светодиодного освещения, объединили усилия, чтобы выпустить новый уникальный продукт – стекло со светодиодами. Изобретение запатентовано под названием Glassiled и предназначено для декорирования и освещения фасадов, зимних садов, атриумов, интерьера помещений и т.д. Устроено светодиодное стекло достаточно просто. По сути, Glassiled – это своеобразный триплекс (многослойное стекло), прочное и безопасное.

Сначала на поверхность основного стекла монтируют проводящий слой -источник питания для светодиодов. По краю стекла крепится проводник с электротоком. Такая конструкция позволяет отказаться от электропроводов на стекле, сохранив его прозрачность и красоту. Затем к проводящему слою в определенном порядке крепятся сами светодиоды, после чего конструкция накрывается специальной пленкой и вторым стеклом. В качестве основы может быть использовано не только обычное стекло, но и с каким-либо покрытием.

Данная технология постоянно развивается и появляются все новые и новые виды светодиодных стекол. Одна из последних разработок – светодиодное стекло Glassiled Motion, которое объединяет индивидуально контролируемые одноцветные или RGB-светодиоды (являющихся с одной стороны – энергосберегающими, а с другой стороны – чрезвычайно яркими, их можно увидеть с расстояния в три километра) внутри двойного стеклопакета. При этом стекло сохраняет 99% своей прозрачности – нет светодиодной ленты, которая может искажать вид через стекло или портить дизайна. Электронные компоненты и светодиоды защищены от влаги и неблагоприятных погодных условий двойным остеклением, которое также автоматически обеспечивает теплоизоляцию. Электронные компоненты и системы управления для Glassiled Motion были разработаны Компанией SmartiWorks.

Фотография с сайта digitalavmagazine.com.

Фотография с сайта digitalavmagazine.com.

3. Стекла BIPV (встроенная фотоэлектрическая система зданий)

Стекло BIPV (Building Integrated Photovoltaic) – встроенная фотоэлектрическая система зданий) играет двойную роль, формируя часть внешней структуры (остекление) здания и одновременно вырабатывая электроэнергию. Более того, оно может полностью заменить некоторые конструктивные элементы (например, крышу, мансардные окна, фасады), а не только устанавливаться в них. Стекло BIPV в виде многослойных стеклопакетов включает либо фотоэлементы, либо очень тонкую органическую пленку (прозрачную или полупрозрачную), способную вырабатывать электроэнергию. Не следует путать с BAPV (Building Applied Photovoltaics) – добавлением фотоэлектрических модулей (фактически – солнечных батарей) поверх ограждающих конструкций здания (фасада или кровли).

Стекла BIPV все чаще используются при строительстве новых зданий в качестве основного или вспомогательного источника электроэнергии, хотя и существующие здания могут быть модернизированы с использованием данной технологии. Преимущество интегрированной в здание фотоэлектрической системы по сравнению с более распространенными неинтегрированными системами заключается в том, что первоначальные затраты могут быть компенсированы за счет сокращения затрат на строительные материалы и рабочую силу, которые, обычно, используются для строительства той части здания, которую заменяют стеклянные модули BIPV. Эти преимущества делают стеклянные модули BIPV одним из наиболее быстро растущих сегментов фотоэлектрической промышленности.

Башня CIS в Манчестере, Англия, со стеклянными панелями BIPV, которые начали подавать электроэнергию в национальную электрическую сеть в ноябре 2005 года:

Фотография с сайта en.wikipedia.org.

4. Антибликовые стекла - стекла-невидимки

Специальное антибликовое покрытие позволяет уменьшить блики снизить коэффициент отражения до каких-то 0,8% – что значительно ниже показателей традиционного стекла (в них коэффициент отражения доходит до 8%). При осмотре снаружи помещения антибликовое стекло представляется максимально прозрачным и не отражает окружающий пейзаж. Предметы за таким стеклом более четко различимы.

Антибликовое стекло изготавливается, как правило, из сверхпрозрачного стекла путем нанесения специального покрытия с четко контролируемым размером нано-частиц, обладающих специальными физическими, химическими и электронными свойствами. Благодаря особому химическому составу, антибликовое покрытие может быть нанесено на любой тип стекла.

Для создания особой поверхности стекла ученые использовали метод «самосборки» - способность некоторых материалов спонтанно создавать упорядоченные структуры. В этом случае «самосборка» блок-сополимерного материала (линейного сополимера, макромолекула которого состоит из регулярно или статистически чередующихся гомополимерных блоков, различающихся по составу или строению) позволила создать шаблон для гравирования поверхности стекла в виде «леса» конусообразных наноструктур с заостренными краями. Подобная геометрия почти полностью исключает блики.

Преимущества антибликового стекла:

• существенно сниженный коэффициент отражения - 0,8% (при толщине стекла в 4 мм);
  
  
• достигается оптимальный обзор и четкость предметов;
  
  
• повышенная контрастность предметов при использовании в составе витрин;
  
  
• обеспечивается дополнительный приток света в здание;
  
  
• допускается триплексование и использование в составе стеклопакета.

В настоящее время асамым крупным производителем антибликовых стекол является корпорация AGC Glass Europe, которая производит антибликовые стекла под торговой маркой Planibel Clearsight на своем заводе в городе Кунео (Cuneo), Италия.

Фотография с сайта agc-yourglass.com.

5. Самоочищающиеся стекла

Техническая разработка самоочищающегося стекла принадлежит британской компании Pilkington, которая выпускает это уникальное, по своим характеристикам, стекло под собственной торговой маркой Pilkington Activ.

Для достижения эффекта самоочищения используется фотокаталитическая химическая реакция, которая проистекает под воздействием световой энергии в присутствии катализатора. На поверхность стекла наружной стороны стеклопакета наносится специальное тончайшее микрокристаллическое покрытие из оксида титана (его толщина составляет всего 15 нанометров), которое обладает уникальной способностью разрушать загрязнения под воздействием ультрафиолетового излучения (УФ-излучения) и кислорода, находящегося в воздухе (вследствие фотокатолической химической реакции). Это позволяет отделять частички грязи от стекла. Последующие атмосферные осадки смывают все отслоившиеся отложения, оставляя стекло чистым. Надо отметить, что происходит эффективное разложение не только естественных природных загрязнений, но и искусственных химических соединений. Благодаря этому покрытию стекло обладает еще одним полезным свойством - равномерным распределением влаги по всей площади стекла. За счет чего на стекле не остаётся следов подтёков и водяных струй. Весь процесс самоочищения происходит без вмешательства человека. Такое стекло экологически безопасно (оно не выделяет никаких токсинов) как для человека, так и для окружающей среды.

Есть одно «но» - при очень долгом отсутствии осадков, либо при очень интенсивной скорости загрязнения, когда скорость нарастания загрязнения превышает скорость расщепления и смывания грязи, все же, появляется необходимость во вмешательстве человека - стекло, в таких случаях, необходимо просто полить (побрызгать) водой или протереть влажной тряпкой.

Самоочищающееся стекло подходит только для внешнего остекления зданий. Связано это с тем, что для его полноценной работы необходимы ультрафиолет и дождевая вода.

Обычное стекло (слева) и самоочищающиеся стекло (справа) под воздействием имитации дождя:

Фотография с сайта svouimirukami.ru.

6. Антибактериальные стекла

Антибактериальное стекло – это стекло, уничтожающее до 99,9% бактерий, непосредственно контактирующих с поверхностью, а также препятствующее распространению грибка.

Антибактериальные стекла чаще всего применяются в помещениях, где необходимо поддержание стерильно чистой среды, например, в больницах, бассейнах, оздоровительных и спортивных центрах, ванных комнатах, производственных помещениях пищевой промышленности, предприятиях общественного питания и т.д.

Технология производства антибактериального стекла была разработана и запатентована Концерном AGC Glass Europe в 2007 году. В её основе лежит диффузия ионов серебра в верхние слои стекла: ионы серебра взаимодействуют с бактериями, попадающими на поверхность стекла, и уничтожают их, нарушая метаболизм и механизм их деления. Антибактериальный эффект стекол особенно заметен в условиях повышенной влажности и температуры, благоприятных для развития бактерий и грибков. Значение этой инновации для строительной отрасли было официально признанно в 2007 году на крупнейшей международной выставке Batimat в Париже, где антибактериальное стекло AGC было отмечено высочайшей наградой Batimat d’Or.

В абсолютном большинстве антибактериальных стекол (более чем 90%) в качестве основного активного компонента используется серебро, которое вводится в верхние слои стекла методом диффузии или наносится на поверхность стекла в виде покрытия. Гораздо реже применяются медь, кремний, титан, цеолит и др. Метод диффузии ионов серебра в верхние слои стекла, запатентованный AGC Glass Europe, имеет существенное преимущество перед методом нанесения серебра на поверхность стекла: за счет включения серебра в структуру стекла, оно не утрачивает свои антибактериальные свойства даже при использовании абразивных и специализированных чистящих средств. Кроме того, эта технология позволяет придавать антибактериальные свойства различным типам стекла, включая архитектурное и декоративное, а также зеркала, что значительно расширяет возможности применения антибактериального стекла зданиях различного назначения.

Фотография с сайта glasstoday.ru.

7. Умные стекла (Smart Window) с изменяющейся прозрачностью

При этом за последние годы возрос интерес к «умным стеклам» (электрохромным стекольным изделиям, многим известным как «Смарт-cтекла» - Smart Window), к особенностям которых относится возможность изменения прозрачности. Но этим качеством свойства данного материала не ограничивается. На практике эксплуатации пользователи подчеркивают также повышенные энергосберегающие качества, прочность и эстетичный внешний вид.

Оригинальные технико-эксплуатационные качества таких стекол обуславливаются структурой материала. В сущности, он формируется композитами, представляющими несколько слоев, прозрачных и матовых. Степень прозрачности в «умных стеклах» меняется благодаря жидкокристаллическому слою: в нем находятся специальные кристаллы, работающие от электросети. Обычный режим эксплуатации предполагает хаотичный порядок организации данных элементов – поверхность выглядит матовой. Подача электрического тока организует кристаллы так, что материал становится прозрачным. Способность пропускать солнечный свет, как правило, сохраняется в любом режиме. Стандартное оконное стекло такого типа пропускает до 80% даже в матовом состоянии.

Умное стекло можно отнести к многофункциональным конструкциям, которые выполняют несколько задач: сокращают теплопотери; минимизируют затраты на кондиционирование; могут выступать в качестве альтернативы шторам, затеняющим экранам или жалюзи; находясь в прозрачном состоянии, не допускают в помещение ультрафиолетовые лучи, способствуя созданию здорового микроклимата.

К сожалению, минусов у таких стекол также немало. В первую очередь это высокая стоимость, обусловленная сложностью технологии изготовления. Также, несмотря на несколько энергосберегающих факторов, одним из главных отличий умных стекол является потребность в использовании электроэнергии. Собственно, благодаря этому пользователь получает возможность быстрого переключения между режимами работы панели. В большинстве модификаций умное стекло с регулируемой прозрачностью позволяет также использовать состояние опалесценции, то есть замутнения. Но, за это придется платить затратами на электроэнергию, хоть и не большими, по сравнению с тем же климатическим оборудованием. Более того, существуют и модели таких стекол, которые вовсе не требуют питания от электросети.

Привлекательные внешне и практичные по своим техническим качествам перегородки особенно ценятся в обустройстве офисных помещений. Применяется данный материал и там, где к перегородкам предъявляются повышенные требования в плане механической защиты: салоны, банки, выставочные залы и студии. Специальные модификации наделяются противоударными качествами, а в некоторых исполнениях могут обеспечивать барьер перед огнестрельным оружием.

Фотография с сайта fb.ru.

В разделе использована информация из статьи Андрея Райтера на сайте fb.ru.