Инновационные архитектурно-строительные изделия из стекла

Изменение требований к строительству зданий и сооружений в части создания более комфортных условий с точки зрения освещенности и колебания температуры в помещениях, требования снижения энергозатрат на отопление, требования к безопасности остекления сказываются на российском рынке строительного стекла. Появление новых областей применения стекла: стеклянные полы, стены, крыши, лестницы и многое другое стало толчком для строительства новых мощностей и внедрения инновационных решений в российской индустрии стекла. Стекло становится не просто «заполнителем» проемов в стенах, а конструкционным и строительным материалом.

Производство листового стекла в России стал бурно развиваться всего пару лет назад, когда примерно половина наших стекольных заводов уже остановилась. И дело тут не в том, что не было спроса на плоское стекло. Просто технологии, применявшиеся в отрасли, уже дожили до своей конечной стадии — стадии ликвидации. Так называемая технология Фурко, или технология вытягивания, которая использовалась на советских заводах, устарела не только морально, но и физически. Стекло, производимое по этой технологии, не только хуже качеством, но и производство его значительно дороже (из-за высоких энергозатрат), чем флоат-стекла. Одним словом, нашей стекольной отрасли нужны принципиально новые заводы.

Сейчас в России работает десять заводов, выпускающих листовое стекло, только пять из них используют современную флоат-технологию. Флоат означает «плавающий». Гладкая поверхность стекла достигается термополировкой: стекломасса попадает в ванну с расплавленным оловом и растекается по нему, в результате получается идеально ровная поверхность. Флоат-метод был изобретен в 60-х годах прошлого века. В качестве изобретателя этой технологии обычно упоминают компанию Pilkington, но свои разработки были и у российского Института стекла (Салаватский и Самарский флоат-заводы используют отечественную технологию), и у американских производителей. Оставшиеся работают по технологии Фурко. Эти заводы вертикального вытягивания остаются на плаву лишь потому, что на рынке ощущается острая нехватка вообще любого стекла.

Ожидается, что в ближайшие годы стекло ВВС будет практически полностью вытеснено с рынка. Так, данные о производстве листового стекла в России в 1990–2003 годах показывают сокращение объема производства листового стекла по технологии ВВС на 78,356 млн квадратных метров и увеличение доли флоат-стекла в общем объеме производства до 77,9%. Российские производители термополированного стекла не могут обеспечить потребителей стеклом в необходимых количествах, и дефицит стекла восполняется за счет импорта.

Применение тянутого стекла и флоат-стекла имеет свои особенности и ограничения, которые обуславливают их рыночные перспективы.

Рынок тянутого стекла значительно уже по сравнению с флоат-стеклом, области его применения весьма ограничены — это строительство теплиц, технические цели, ремонтные и прочие нужды, производство окон «старых» конструкций.

Рынок флоат-стекла более широк и разнообразен. Это строительство (оконные и фасадные конструкции, атриумы, витрины, мансардные окна, остекление балконов и лоджий, входные группы, зимние сады), а также все виды транспорта, зеркала, мебель, торговое оборудование и бытовая техника.

Между тем рост объемов производства листового стекла на душу населения во всех регионах планеты составляет от 3 кг на человека в Южной Америке до 15–20 кг на человека в Европе. В России — 6 кг на человека. Заведующий отделом Института стекла Александр Чесноков считает, что необходимость в новых мощностях по производству стекла в России назрела давно: дефицит наблюдается с 2000 года. По его данным, в 2006 году потребление стекла составило 200–220 млн квадратных метров. Между тем объем производства листового стекла в России составляет 140 млн квадратных метров, в том числе 77% стекла производится по современной технологии. Дефицит высококачественного листового стекла составляет примерно 50 млн кв. м. Замещающий импорт высококачественного листового стекла идет с 1995 года нарастающими темпами.

Переработка листового стекла стала превращаться в самостоятельную подотрасль в России только начиная с 1994–1995 годов, поэтому динамика ее развития носит взрывной характер. Производство стекол с покрытиями, многослойных защитных стекол, закаленных строительных стекол, стеклопакетов начиналось практически с нуля. Раньше ничего такого в России не производилось. Следуя мировым тенденциям, расширяется применение в строительстве многослойного стекла и, соответственно, растут объемы его производства. Всего в России более 500 предприятий занимаются выпуском многослойных стекол.

Важнейшим направлением в строительстве является энергосбережение. В России показатель удельного потребления энергоресурсов на один квадратный метр отапливаемой площади в зданиях, построенных до 1995 года, в 3–4 раза выше, чем в странах Европы. Связано это прежде всего с недостаточно высокими теплозащитными свойствами ограждающих конструкций зданий, особенно окон.

Реформа ЖКХ, в рамках которой предполагается в том числе введение оплаты за отопление по фактическому расходу тепла, остро ставит проблему «старых» окон.

По экспертной оценке, для их замены потребуется 1,2–1,3 млрд кв. м стеклопакетов, при изготовлении которых будет использовано 3,2–3,4 млрд кв. м листового стекла. Одна из основных задач — организация широкомасштабного производства в России современных энергосберегающих стекол с твердым и мягким покрытиями. Широкое использование современных окон и теплоизоляционных материалов позволяет снизить расход тепла на отопление жилища в 2–2,5 раза.

Еще одна важная тенденция — рост потребления безопасного остекления как в России, так и в мире в целом. Это приводит к увеличению потребления многослойных и закаленных стекол. Сейчас в строительстве используется все больше стекла. «Но не просто стали больше строить — площадь остекления зданий выросла, — объясняет президент Mirax Group Сергей Полонский, — за последние шесть лет объемы потребления стекла выросли в 3–4 раза. Появляются новые технологии, в частности если раньше в офисных зданиях использовалось стекло толщиной 3–4 мм, то сейчас применяют стекло толщиной от 6 до 10 мм, поскольку площадь остекления становится больше. Кроме того, стало пользоваться спросом панорамное остекление как в офисных, так и в жилых зданиях».

Россия обладает большим жилищным фондом, который требуется перестеклить, потому что он не отвечает ни эстетическим требованиям, ни требованиям по шумоизоляции и энергосбережению. Известно, что порядка 40% тепла уходит из помещения через окна. Поэтому сегодня бурно развивается промышленность, связанная с производством стеклопакетов и энергосберегающих стекол, позволяющих эти теплопотери сократить. Стекло низкого качества ни для стеклопакетов, ни для производства энергосберегающих стекол не подходит.

В России энергосберегающее стекло до появления иностранных компаний в России в промышленных масштабах не производилось. Производить энергосберегающее стекло легче на базе крупного завода: сначала вы делаете флоат-стекло, на которое затем наносятся дополнительные слои. В скандинавских странах, где вопрос сохранения тепла в помещениях стоит не менее остро, чем в России, этот продукт используют в остеклении порядка 90% зданий. В России эта цифра существенно ниже, хотя преимущества использования энергосберегающего стекла очевидны: оно дает возможность значительно экономить на отоплении помещений без дополнительных инвестиций.

Что представляет собой теплозащитное стекло и как оно функционирует? Так называют стекло с твердым (К-стекло) или мягким (i-стекло) полимерным покрытием, отражающим тепловые лучи длинноволнового диапазона. Солнце излучает электромагнитные волны длиной от 300 до 2500 нм, ультрафиолетовое излучение (300–380 нм), видимый свет (380–760 нм) и инфракрасное тепловое излучение (780–2500 нм). От каждого тела на Земле также исходят электромагнитные волны. Предметы, находящиеся в помещении при комнатной температуре, нагревательные приборы и т. д. излучают инфракрасные электромагнитные волны, длина которых больше 16 000 нм. Теплоотражающее покрытие пропускает около 80% тепловых лучей солнца (длиной до 2500 нм) и отражает тепловое излучение длиной до 25 000 нм, исходящее от всего, что находится внутри помещения. Таким образом, применение стекол с теплоотражающими покрытиями позволяет в 1,5–2 раза снизить теплопотери через остекление.

Сегодня существуют две технологии металлизации поверхности, позволяющие получить низкоэмиссионное стекло: метод пиролиза — нанесение многоступенчатого металлизированного покрытия в момент, когда стекло все еще имеет очень высокую температуру (более 600 градусов) («жесткое покрытие») и метод катодного распыления в вакууме и магнитном поле металлосодержащих соединений, обладающих заданными свойствами («мягкое покрытие»). К-стекло (с твердым покрытием) по оптическим свойствам несколько уступает обычному стеклу. К-стекло применяется в основном в многослойном остеклении в качестве внутреннего стекла, покрытие должно направляться в межстекольное пространство. I-стекло (с мягким покрытием) можно применять исключительно в многослойном остеклении (или в стеклопакетах) в качестве внутреннего стекла, при этом покрытие должно быть направлено в межстекольное пространство.

Российские специалисты из Саратовского института стекла подсчитали, что для дома с площадью остекления 30 кв. м для широты Москва-Казань (5023 градусосуток), рассматривая в качестве сравнения остекление с применением обычного стеклопакета с двумя прозрачными стеклами и с использованием одного прозрачного и одного низкоэмиссионного, получим экономию условного топлива за отопительный период в количестве 750 кг в год.

Специалистами подсчитано, что использование трехкамерных стеклопакетов с расстоянием между стеклами 10–16 мм дает максимальный эффект теплоизоляции. Применение теплозащитных стекол и пластиков в стеклопакетах вместо обычных стекол позволяет еще более увеличить степень теплозащиты конструкции. Если сквозное видение не является обязательным требованием, предъявляемым к светопрозрачной конструкции, то наилучшим материалом по техническим характеристикам, надежности, легкости монтажа, возможностям архитектурных решений и, что немаловажно, стоимости будет сотовый поликарбонат толщиной 16–25 мм (панель 25 мм может иметь до 7 воздушных прослоек).

В настоящее время ОАО «Саратовский институт стекла» производит стекло с энергосберегающими покрытиями и стеклопакеты на их основе. Введенная также в эксплуатацию линия закалки стекла фирмы «Тамгласс» (Финляндия) в комплексе позволяет решить основные задачи по эффективному остеклению зданий и сооружений.

К новинкам на рынке светопрозрачных материалов можно отнести: самоочищающееся стекло, применение которого особенно актуально для упрощения обслуживания светопрозрачных конструкций большой высоты; стекла с электронагревом, на крыше из которых никогда не лежит снег; прозрачный «шифер» из оргстекла, монолитного и сотового поликарбоната (пока это редкость на российском рынке); сотовое оргстекло; теплоотражающий сотовый поликарбонат для районов с жаркими климатическими условиями.

Внедрение технологии ClimaGuard SPF компании Guardian Industries стало новым шагом в развитии производства стекол с покрытием. Технология ClimaGuard SPF, разработанная специально для окон жилых зданий, задерживает 99,9% ультрафиолетового излучения, не вызывая видимых изменений естественного освещения.

Распространение информации об опасностях, связанных с ультрафиолетовым излучением, привело к широкому использованию солнцезащитных кремов, очков и одежды. Солнечный свет вреден и для предметов интерьера. Ультрафиолетовое излучение является одной из главных причин выцветания и изнашивания мебели, ковров, паркетных покрытий и другой внутренней отделки. Этот ущерб непоправим.

Раньше, чтобы защитить мебель от разрушающего воздействия солнца, домовладельцам приходилось идти на нежелательные компромиссы. Технология ClimaGuard SPF от компании Guardian Industries предоставляет домовладельцам возможность защитить свои жилища от попадания ультрафиолетового излучения, не жертвуя главным преимуществом окон — естественным освещением и видом на окрестности. Это уникальное сочетание запатентованных стеклопокрытий сохраняет всю яркость и красоту видимого солнечного света, блокируются только невидимые ультрафиолетовые лучи.

Помимо импортзамещения стекольная отрасль остро нуждается в унификации. Более экономное производство могло бы стать частью решения проблемы дефицита плоского стекла в России. Профессор Московского государственного горного университета Петр Степрушин указывает на огромный ущерб производству и применению листового стекла из-за привычного и нелепого «несоответствия размеров». «К примеру, завод поставляет на объект типовое, стандартного размера стекло, а в проекте дома заложены совсем другие “рамные” длина и ширина стекольного листа. Рабочим приходится брать в руки стеклорез и кромсать огромное стеклянное полотнище на нужные куски. А куда их девать? Выбрасывать. А это деньги, материально осязаемая и, кстати, недешевая продукция». Чтобы решить проблему стеклопотерь, которые могут достигать 50% (!), нужно унифицировать типоразмеры стекла таким образом, чтобы обеспечить выпуск партии стекла одного формата в течение смены работы машин. Речь идет об изготовлении мерного стекла, об укрупнении партий, которые должны насчитывать не менее 1000–1200 квадратных метров. Это выгодно и целесообразно для сокращения отходов.