Низкоэмиссионное стекло — это особый вид стекла, отличающийся низким эмиссивитетом (способностью к пропусканию тепла). Чем ниже показатель эмиссивитета стекла, тем выше его способность отражать полученное тепло обратно в помещение. Использование низкоэмиссионных стёкол особенно актуально для регионов с умеренным и холодным климатом, в которых требования к энергосбережению строительных конструкций значительно выше, чем для тёплых областей.
Несмотря на простой облик, пластиковые окна — конструкции чрезвычайно сложные. Стекло — ключевая составляющая окна — в современном мире приобрело множество небывалых свойств. Одной из важнейших характеристик стеклопластиковой конструкции является энергосбережение. За улучшение данного показателя борются все производители ПВХ-окон, ведь для жилого помещения необходимо сохранить максимум тепла зимой и получить минимум жары летом.
Существуют два вида стекла, обладающих свойством отражения солнечной энергии, — к-стекло и и-стекло. При их изготовлении на поверхность стекла наносится низкоэмиссионное покрытие, отражающее длинные тепловые волны. Чем ниже эмиссионные свойства получающегося стекла, тем больше тепла окно отразит обратно в комнату. Это свойство сбережения теплоэнергии существенно сэкономит расходы на отопление или установку кондиционера.
Цена упомянутых стёкол практически одинаковая, но они существенно отличаются по способу изготовления. К-стекло получает твёрдое покрытие, а на и-стекло наносится плёнка, содержащая ионы серебра. Её называют «мягким покрытием». Большинство крупных производителей окон выбирают и-стекло. С каждым годом его применение растёт, несмотря на хрупкость данного материала и сложность процесса его транспортировки.
Изготовление и работу с и-стёклами могут себе позволить только большие компании. Для производства потребуется специальное оборудование, так как низкоэмиссионное покрытие стекло получает путём вакуумного напыления. Покрытие позволяет окну отражать тепловые лучи и улучшает теплозащиту. В зимнее время поверхность со стороны улицы будет сохранять достаточно высокую температуру, что снижает вероятность образования конденсата.
В компании «Экоокна» Вы можете заказать пластиковые окна с и-стеклом. Узнать больше про солнцезащитные пластиковые окна.
Однокамерный стеклопакет с и-стеклом защитит дом от холода надёжнее обычного двухкамерного, при этом, несмотря на усиленную теплоизоляцию, такая конструкция будет существенно легче. К тому же, уменьшение нагрузки на створку продлит срок службы пластикового окна. Защитная плёнка не пропускает инфракрасное излучение, следовательно, ваша мебель и техника будут защищены от выцветания. Плюс ко всему, и-стекло совершенно прозрачно и стеклопакет с и-стеклом ничем зрительно не отличается от обыкновенного.
П. А. Гуревич, С. М. Шавалеева, А. Н. Глебов,
Л. Н. Баянова
ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ СТЕКЛОБОЯ И ОТХОДОВ СТЕКЛЯННОЙ ТАРЫ КАК ФАКТОР НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Ключевые слова: химическая коррозия, стеклобой, негативное влияние, окружающая среда, рН стоков полигонов ТБО.
На примере модельного образца потенциометрическим методом изучено влияние тарного стеклобоя на рН водной вытяжки в зависимости от сорта и степени измельчения стекла. Показано, что вымывание ионов натрия с поверхности стеклобоя приводит к существенному защелачиванию стоков. Складирование стеклобоя на полигоне необходимо проводить под навесами во избежание попадания на них атмосферных осадков.
Key words: chemical corrosion, broken glass, the negative impact, the environment, the pH of landfill waste.
Введение
Химическая коррозия внутренней поверхности стеклянной тары в свете безопасности длительного хранения пищевых продуктов достаточно хорошо изучена и описана в литературе . Показано, что основной причиной порчи пищевых продуктов (помутнение, выпадение осадков и т.п.) является неудовлетворительное состояние контактной поверхности, обусловленное сроками и условиями хранения как порожней стеклотары, так и с расфасованными в неё пищевыми продуктами.
Данное явление обусловлено следующими обстоятельствами. Наиболее широко используемое в производстве стеклотары силикатное стекло производится сплавлением смеси кварцевого песка 81О2, соды Ыа2СО3 и извести СаО в специальных стекловаренных печах . В результате многочисленных процессов последовательного взаимодействия оксидов кальция и натрия с оксидом кремния образуются сложные соединения: соли кремниевой кислоты -силикаты натрия и кальция Ыа281О3 и Са81О3, способные подвергаться гидролизу при взаимодействии с водой. В результате действия воды на поверхность стекла в тонком поверхностном слое протекает гидролиз с появлением гидратированных силикатов и гидроксидов :
-О N + ЦО -> — 81 — ОН +ЫаОН
При контакте с водой или растворами с щелочной средой (например, водочной продукции), на поверхности готовых изделий (бутылок) происходят вторичные реакции взаимодействия — образующиеся и растворенные в воде гидроксиды начинают разрушение поверхности и нижележащих слоёв стекла, проникая через ультрамикроскопические дефекты структуры. Происходит отслаивание, переход в раствор ранее образованного гелеобразного слоя с одновременным формированием нового слоя. Взаимодействие протекает по реакции:
— О-81 = +ЫаОН -> -ОН + ^8Ю3
Образовавшийся на поверхности гель кремниевой кислоты имеет рыхлую структуру, что облегчает диффузию воды и №ОН к участкам стекла, находящимся под слоем геля, усиливая тем самым дальнейшее разрушение стекла с выделением новых порций №ОН. Образование такого геля — довольно длительный процесс, протекающий в измеряемых количествах в течение нескольких месяцев.
Очевидно, что скорость вышеописанных процессов находится в прямой зависимости от состава стекла (процентного содержания щелочных оксидов) и площади контактирующей с водой и водными растворами поверхности стеклотары. Если осколки стекла имеют достаточно маленькие размеры, то соотношение количества вымываемой щелочи и способной к вымыванию вообще изменяется, вследствие чего рН внешней водной среды способно изменяться в сторону увеличения. И чем больше в составе стекла щелочных оксидов, тем более оно будет подвержено химической коррозии.
В то же время, аналогичные процессы химической коррозии стекла, протекающие с наружной стороны стеклотары, остаются без должного внимания, т. к. практически не влияют на потребительские свойства произведенной и расфасованной в стекло продукции. Данные процессы начинают играть решающую роль после того, как стеклотара становится бывшей в употреблении и находит свое место, в лучшем случае, на полигоне складирования ТБО. С этого момента помимо простого накопления в окружающей среде неразлагающегося и, зачастую, травмоопасного, мусора-стеклобоя, возникает проблема химического загрязнения почв, поверхностных и подземных вод стоками фильтрата полигонов складирования ТБО за счет их защелачивания в результате химического взаимодействия стекла и атмосферных осадков.
В нашей стране ежегодно, по разным данным, образуется от 40 до 80 млн. т твердых бытовых отходов, 3-8% из них составляет стеклобой, в-основном, в виде использованной стеклотары. Объемы производства стеклянных бутылок оцениваются в 9-12 млрд. штук, повторное использование кото-
рых затруднено отсутствием эффективной системы сбора и утилизации .
Утвержденным 16.08.2011 г. Техническим регламентом «О безопасности упаковки» Таможенный союз России, Беларуси и Казахстана с 01.07.2012 г. запретил повторное использование стеклянной упаковки для контакта с алкогольной продукцией и детским питанием . Поскольку система сбора и вторичной переработки стеклянных отходов в Российской Федерации крайне неразвита, это означает, что использованная стеклянная тара и стеклобой в составе твердых бытовых отходов (ТБО) будут складированы на полигонах ТБО, что приведет к росту загрязнения окружающей среды неразлагающимся (время естественного разложения стекла — более 1000 лет) мусором. Хотя сбор и вторичная переработка стеклобоя и отходов стеклянной тары — это технологически хорошо проработанный вопрос и здесь определяющим фактором является отсутствие законодательного регулирования утилизирующей отрасли вообще и стекольной в частности и нерентабельности в настоящее время процессов сбора и сортировки стеклянных отходов.
Технологий по переработке стекла в настоящее время существует множество. Предпочтение отдается технологиям, не оказывающим вредного воздействия на окружающую среду и не требующим больших энергетических затрат. Стекломасса, соответствующим образом переработанная, может быть использована для изготовления различных строительных и изоляционных материалов, как добавки к бетонам, для выпуска различных изделий, обладающих потребительскими свойствами , особенно с последующим декорированием .
Необходимо иметь в виду, что физикохимические свойства стеклобоя оказывают значительное влияние на качество и характеристики производимого из него стеклосодержащего материала. Одной из главных причин ненадлежащего качества полученной из стеклобоя стекломассы является значительное различие коэффициентов теплового расширения (КТР) его компонентов. Это может стать как результатом использования боя стекла с различным КТР от разных производителей, так и результатом включения металлических, керамических и органических остатков. Металлические включения, особенно из алюминия, обладающие восстановительными свойствами, восстанавливают кремний до металлического состояния, образуя нерастворимые в стекломассе включения. Керамические включения при температуре плавления стекла 650-8000С также не растворяются в стекломассе. Органические остатки (пища, бумага, пластик) влияют на окислительно-восстановительные характеристики среды, влияя на прочностные, оптические и другие свойства полученного стекла .
Поскольку эндотермические реакции, связанные с формированием стекла, при его производстве из сырьевых материалов шихты уже пройдены, то энергозатраты на переработку стеклобоя оказываются существенно ниже. А термодинамически выгодная в нормальных условиях химическая коррозия стекломатериала в присутствии влаги проте-
кает самопроизвольно, то вторичная переработка стеклобоя и отходов стеклянной тары становится целесообразной не только с позиций ресурсосбережения, но и экологической безопасности.
В связи с вышеизложенным вопросы изучения степени влияния стеклобоя и бывшей в употреблении стеклотары на окружающую среду остаются актуальными, т. к. позволяют разработать практические рекомендации по минимизации вредного воздействии.
Экспериментальная часть
В данной работе для определения степени влияния стеклобоя и бывшей в употреблении стеклотары на окружающую среду было исследовано влияние тарного стеклобоя на рН водной вытяжки в зависимости от сорта и степени измельчения стекла. Для этого стеклобой различного состава самых распространенных видов бутылок — из безцветного, коричневого и зеленого стекла — измельчали до кусочков размером <1 мм, -3 мм, -9 мм, -15 мм и помещали в дистиллированную воду при комнатной температуре и потенциометрическим методом определяли рН водной вытяжки. Толщина стекла во всех образцах была примерно одинаковой, под размером кусочков стеклобоя подразумеваются линейные размеры примерно квадратных кусочков. Измерение рН проводилось через 1 сутки после помещения образцов в воду. Полученные экспериментальные данные приведены в Таблице 1 и Рис.1.
Из приведенных данных видно, что, как и следовало ожидать, наибольшее влияние на рН водной вытяжки оказывает степень измельчения стекла — крупные кусочки 15 мм в указанный промежуток времени практически не влияли на рН среды, а мелкие <1 мм изменяли рН до значений 9-10. Это объясняется тем, что уменьшение размеров кусочков стекла приводит к увеличению площади поверхности взаимодействия компонентов стекла с водой, и указывает на предельно возможное защелачивание водной вытяжки, которое будет реализовано и с крупными кусочками, но в течение длительного времени.
Таблица 1 — Зависимость рН водной вытяжки от размера кусочков стеклобоя
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Размер кусочков стеклобоя, мм рН водной вытяжки тарного стеклобоя
безцв коричн зелен
<1 10,27 10,07 9,93
«3 8,91 7,38 6,93
«9 7,28 7,04 6,85
«15 6,94 6,96 6,82
Таким образом, можно сделать вывод, что при длительном хранении стеклобоя и отходов стеклянной тары на полигонах ТБО в условиях воздействия атмосферных осадков выделение щелочи в окружающую среду будет продолжаться вплоть до
достижения предельного значения, например, рН=10,27 для безцветного стекла. Из приведенных данных также видно, что наименьшее влияние на рН водной вытяжки оказывает зеленый стеклобой. Особенно опасны с этой точки зрения несанкционированные свалки, а также бутылки, разбросанные в природе в местах отдыха людей. Затраты на ликвидацию таких свалок увеличиваются за счет необходимости проведения дополнительной рекультивации почв, а свойства почв в местах отдыха людей, в которых не предусмотрена регулярная уборка мусора, в дальней перспективе могут измениться на нежелательные для произрастания традиционных видов растений.
рН
9 8 7 6 5 4
1 3 9 15 Размер кусочков
стеклобоя, мм
Рис. 1 — Зависимость рН водной вытяжки от размеров кусочков стеклобоя и сорта тарного стекла: 1-безцветное стекло, 2-коричневое стекло, 3-зеленое стекло
В связи с вышеизложенным, вопрос комплексной переработки стеклобоя и отходов стеклянной тары актуален не только с точки зрения ресурсосбережения, сокращения энергозатрат на производство потребительской продукции, но и с точки зрения уменьшения негативного воздействия на окружающую среду хранения стеклобоя и отходов стеклянной тары на полигонах ТБО. В последнем случае для уменьшения вымывания ионов натрия с поверхности стекла на полигонах складирования стеклобоя необходимо предупредить попадание на них атмосферных осадков, т.е. хранить под навесами.
Литература
2. Шелби Дж. Структура, свойства и технология стекла (пер. с англ) — М., «Мир»,- 2006,- 288 с.
3. Титов В.А. Переработка твердых бытовых отходов в средних и малых городах// Экология и промышленность России. 2008. №1.
4. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки». Утвержден Решением Комиссии Таможенного союза от 16 августа 2011 года №769.
5. Пузанов С.И., Кетов А.А.. Комплексная переработка стеклобоя в производстве строительных материалов// Экология и промышленность России. 2009. Декабрь.
6. Егоров К.И., Мамина Н.А. Отходы стекла — экология, информация, бизнес// Строительные материалы. 2007. №5.
7. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые
отходы: Хранение, утилизация, переработка. —
М.:ФАИР-ПРЕСС, 2002
8. В.А. Титов Переработка твердых бытовых отходов в средних и малых городах// Экология и промышленность России. М. 2008. №1.
11. Стекло и керамика — XXI. Перспективы развития.-СПб., «Янус»,- 2001,- 300 с.
12. Галиуллина М. Пыяла — юлдаш икэн хыялга. // Журнал «Сююмбике».- 2013. №4. — С.64-65.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
14. Технологические вопросы изготовления изделий из стекло- и базальтопластиков. // Вестник Казанского технологического университета. 2000. №1. С. 3-4.
| Говоря о квартирах, мы изначально ограничены той площадью остекления, которая заложена в проекте дома, и превысить ее мы никак не можем. Но такое ограничение характеризуется не только заложенными в проект параметрами — наименьшая площадь остекления позволяет уменьшить потери тепла через оконную конструкцию (при условии применения обычного стекла). По разным данным через светопрозрачные ограждающие конструкции зданий теряется от 40 до 50% тепловой энергии, поэтому попробуем определить способы снижения этих потерь. |
|
- Поделитесь с друзьями
- Share
Существует несколько путей потери тепла:
Теплопроводность самого стекла. Снизить потери тепла в этом случае можно увеличением количества стекол в оконной системе. Например, в некоторых 9 и 16-этажных домах, построенных в конце прошлого века, устанавливались деревянные рамы с 3 листами стекла.
Потери тепла, обусловленные конвекцией воздуха. Эта проблема была решена в результате создания герметичного стеклопакета.
Инфракрасное излучение, на долю которого приходится до 70% потерь тепла. В данном случае единственным способом снижения теплопотерь является использование так называемого низкоэмиссионного (Low-E) стекла, на одну из поверхностей которого нанесено специальное покрытие. Это покрытие беспрепятственно пропускает в помещение коротковолновое солнечное излучение, которое нагревает мебель и другие предметы, но отражает внутрь здания длинноволновое (инфракрасное) излучение, исходящее от нагретых предметов и нагревательных приборов, исключая тем самым лучевые потери тепла через прозрачные ограждающие конструкции.
Для иллюстрации эффективности использования энергосберегающих стекол приведем некоторые цифры. Обычное одинарное остекление, которое до сих пор встречается в регионах, обеспечивает расчетное значение коэффициента теплопередачи (в зарубежной литературе U-value) не более К = 5,8 Вт/м2К, что соответствует приведенному сопротивлению теплопередаче R0 = 0,17 м2°С/Вт. Установка однокамерных стеклопакетов с обычными стеклами несколько улучшает ситуацию (К = 2,8 Вт/м2К, R0 = 0,36 м2 °С/Вт), но наибольший эффект (К = 1,1 Вт/м2К, R0 = 0,91 м2 °С/Вт) достигается при использовании низкоэмиссионных стекол с мягким напылением. Отметим, что указанные значения рассчитаны для стекол с мягким покрытием, смонтированных в стеклопакет, внутренняя камера которого заполнена аргоном.
Необходимо учитывать, что К и R0 реальной оконной системы зависят от множества факторов и в большинстве случаев сильно отличаются от расчетных величин, поэтому их точные значения могут быть определены только экспериментальным путем. Методики испытаний, принятые в России и странах ЕС, также сильно отличаются. Если в Европе измерения производятся по единственной точке в средней части стеклопакета, то по нашим стандартам параметры системы измеряются в нескольких краевых и одной центральной точке, после чего полученные значения усредняются.
В настоящее время существует два вида низкоэмиссионных покрытий – мягкое и твердое, которые отличаются не только технологией нанесения, но и эксплуатационными характеристиками, к числу которых принадлежат теплофизические, механические и экономические параметры. Твердое покрытие обладает меньшей эффективностью и большей стоимостью, но оно прочнее мягкого покрытия, а также, с точки зрения переработчиков, имеет определенные технологические преимущества.
Дело в том, что при сборке стеклопакетов, в которых используется Low-E стекло с твердым покрытием, отсутствует ряд технологических операций, неизбежных при работе со стеклом с мягким покрытием. К таким операциям относится, в частности, снятие покрытия с кромки стекла на ширину около 10 мм по всему периметру листа, обеспечивающее необходимый уровень адгезии герметика к стеклу в зоне примыкания к дистанционной рамке. Твердое покрытие не снижает уровень адгезии, потому необходимость в удалении низкоэмиссионного слоя не возникает. Кроме того, стекло с твердым покрытием может эксплуатироваться в оконных системах с одинарным остеклением, а стекла с мягким покрытием должны использоваться только в составе стеклопакета.
Все эти обстоятельства сильно усложняют выбор типа покрытия, применение которого окажется оптимальным в каждом конкретном случае. По мнению специалистов, более высокая эффективность стекол с мягким покрытием, а также наметившаяся тенденция снижения стоимости этого материала, скорее всего, приведет к постепенному снижению доли стекол с твердым покрытием на рынке энергосберегающих светопрозрачных материалов. Косвенным подтверждением этого может служить то, что в странах Западной Европы около 80% зданий, в ограждающих конструкциях которых использованы материалы типа Low-E, остеклены стеклами с мягким напылением.
Широко распространено мнение, что в Центральном регионе наиболее оптимальным является использование двухкамерных стеклопакетов.
Номенклатура энергосберегающих стекол, выпускаемых компанией Glaverbel, включает в себя несколько марок низкоэмиссионных покрытий.
Первая разработка концерна – это покрытие, получившее название «Plus”, а обычное флоат-стекло «Planibel” (бесцветное или окрашенное в массе) с этим покрытием называется «Planibel Plus” и обеспечивает (в составе стеклопакета) коэффициент теплопередачи К = 1,3 Вт/м2К.
Стекло «Planibel TOP” (также в составе стеклопакета) позволяет снизить коэффициент теплопередачи до К = 1,1 Вт/м2К. Этот материал, отличавшийся прекрасными энергосберегающими характеристиками, обладает одним несущественным недостатком: едва заметным зеленоватым оттенком, что свойственно и продукции аналогичного назначения других производителей. Но этот недостаток был устранен в следующей марке покрытия «TOP N” (N — нейтральное).
До недавнего времени низкоэмиссионные стекла с мягким напылением не могли подвергаться закаливанию, что не позволяло использовать их на объектах с повышенными требованиями к безопасности светопрозрачных конструкций. В этом году концерн Glaverbel выпустил на рынок стекло с мягким покрытием «Planibel TOP NT”, практически не уступающее по своим теплофизическим и оптическим характеристикам стеклу «Planibel TOP N”, но пригодное для закалки. Интересной особенностью его использования является то, что «Planibel TOP NT” приобретает свойства Low-E только после закаливания.
В настоящее время на российском рынке представлены стекла «Planibel TOP N” и «Planibel TOP NT”, а также обладающие энергосберегающими свойствами (в несколько меньшей степени) архитектурные стекла «Sunergy” и «Stopray”.
В действительности применение однокамерных стеклопакетов с энергосберегающими стеклами оказывается более выгодным во всех отношениях. Во-первых, это улучшенная теплоизоляция однокамерного стеклопакета с Low-E стеклом по сравнению с двухкамерным стеклопакетом с обычным стеклом. Во-вторых, такой однокамерный стеклопакет (стекло с мягким напылением) в настоящее время дешевле двухкамерного, причем, судя по всему, разница в цене со временем будет увеличиваться. Кроме того, однокамерный стеклопакет примерно в 1,5 раза легче двухкамерного, что позволяет увеличить долговечность используемой фурнитуры.
Наряду с теплосберегающими свойствами низкоэмиссионного стекла существует еще несколько преимуществ, в частности, комфорт в помещении. При температуре на улице –26°С и температуре в помещении +20°С, температура на поверхности внутреннего стекла у простого стеклопакета составит +4,7°С, для стеклопакета с К-стеклом +10,5°С и для стеклопакета со стеклом «Planibel TOP N” +14,7°С. Это свойство позволяет избежать так называемого «эффекта холодной стены”.
Таблица 1
| Тип стеклопакета | R0 по ISO10292 | R0 по ГОСТ 24866-99 (данные испытаний в «ПКТИ СтройТест”) |
| СПО 4М1 – 16 – 4М1 | 0,37 м2.°С/Вт | 0,33 м2.°С/Вт |
| СПО 4М1 – 16 – 4 «Planibel Тор N” | 0,71 м2.°С/Вт | 0,62 м2.°С/Вт |
| СПО 4М1 – 16 Аргон – 4 «Planibel Тор N” | 0,90 м2.°С/Вт | 0,68 м2.°С/Вт |
| СПД 4М – 14 – 4М1–14 Аргон – 4 «Planibel Тор N” | — | 0,87 м2.°С/Вт |
| Характеристики стеклопакетов наиболее используемых типов, полученные в соответствии с международным стандартом ISO 10292 и определенные в результате испытаний по ГОСТ 24866-99, приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что эти значения достаточно сильно отличаются, причем не существует и надежной методики перевода из одной системы в другую. По этой причине специалисты концерна Glaverbel в основном ориентируются на значения, полученные экспериментальным путем. Как правило, испытания проводятся в «ПКТИ СтройТрест” (СПб). | 
|