Вступление
Термическое напряжение возникает в стекле, когда существует разница температур в разных частях стекла. Если напряжение, вызванное разницей температур, превышает прочность стекла, это приведет к разрушению стекла под действием термического напряжения.
Разрушение стекла под действием термического напряжения — явление не новое, и уже много лет оно относительно хорошо изучено в промышленном остеклении. Однако, учитывая все более широкое использование высокоэффективных энергоэффективных стекол и тот факт, что некоторые из этих продуктов могут нести больший риск теплового стресса, важно, чтобы каждый, кто участвует в стекольной промышленности, лучше понимал термическое напряжение, его причину. и как это предотвратить.
Поскольку поломка под действием термического напряжения не часто происходит из-за дефекта стекла, а скорее является результатом ряда условий, которым подвергается стекло, на него обычно не распространяется гарантия поставщика стекла.
Выявление термического разрушения стекла
Разрушение стекла может быть идентифицировано как разрушение под действием теплового напряжения, если начало трещины находится под углом 900 к краю стекла И лицевой стороне стекла. В зависимости от величины прилагаемых напряжений трещина может перемещаться только на несколько миллиметров, прежде чем разветвляться или отклоняться от линии, поэтому угол 90 ° начальной трещины не всегда может быть очевиден сразу.
Поломки, вызванные термическим напряжением, можно охарактеризовать как поломки с низким или высоким напряжением. Разрушение при низком напряжении характеризуется единственной трещиной, которая «лениво» пробирается по стеклу, в то время как разрушение при высоком напряжении определяется по исходной трещине, ответвляющейся на несколько отдельных трещин на небольшом расстоянии от ее источника.
Что вызывает термическое напряжение?
Как упоминалось ранее, термическое напряжение вызывается разной температурой в разных частях стеклянного стекла. Поглощение солнечной энергии — одна из основных причин такой разницы температур. Часть стекла, подвергнутая воздействию солнца, поглощает солнечную энергию и, как следствие, нагревается. Любая часть стекла, закрытая от солнца, например оконная рама, остается относительно прохладной.
Горячее стекло расширяется, а меньшее и более прохладное — нет. Если холодная область стекла недостаточно прочна, чтобы противостоять силам, создаваемым расширяющейся горячей частью стекла, произойдет разрыв из-за термического напряжения. Рассматривая силы, необходимые для создания термического напряжения, Пилкингтон подсчитал, что на каждый градус разницы температур между краем стекла и центром стекла в стекло создается напряжение около 0,62 МПа. Учитывая, что в некоторых случаях может возникать разница температур от 20 до 30 ° C, это составляет примерно от 12 до 19 МПа. Это больше, чем расчетное напряжение, используемое для ветровой нагрузки!
Факторы риска теплового стресса
Учитывая, что термическое напряжение вызывается разницей температур в куске стекла и что разрушение происходит, когда способность стекла выдерживать это напряжение превышается, любая ситуация или фактор, которые увеличивают эту разницу температур или уменьшают прочность стекла, увеличивают риск поломки из-за термического напряжения.
Факторы, которые могут повлиять на риск теплового стресса, включают:
Состояние края
Повреждение краев стекла во время производства или установки, возможно, является основной причиной термического разрушения при низких напряжениях.
Как говорит американский производитель стекла PPG: «Качество резки кромок стекла является самым важным фактором, влияющим на прочность кромки стекла. Плохое качество обрезных кромок может снизить прочность стекла на 50% и более…»«Качество кромок стекла и получаемая в результате прочность кромок особенно важны для характеристик стекла при термической нагрузке …»
На уровень термической нагрузки, которую может выдержать кусок стекла, напрямую влияет состояние краев стекла. Кромки, наиболее устойчивые к термическому разрушению, представляют собой качественные кромки с чистым срезом без раковин, отверстий или акульих зубов. Этого может быть трудно добиться в многослойном стекле, и может потребоваться обработка кромок для сглаживания краев.
Тип стекла
Разные изделия из стекла имеют разную устойчивость к термическому воздействию. Как правило, чем больше солнечной энергии поглощает стеклянное изделие, тем выше риск поломки под действием теплового напряжения. Все производители стекла предоставляют данные о свойствах поглощения солнечной энергии для своей продукции.
Поглощение солнечной энергии может сильно различаться даже между похожими продуктами. Использование световозвращающего покрытия может значительно увеличить степень поглощения солнечного света. Это связано с тем, что, по сути, стекло поглощает солнечную энергию как на входе в стекло, так и на выходе после того, как оно попадает на отражающее покрытие.
Пример:
Серое стекло толщиной 6 мм без покрытия имеет коэффициент поглощения солнечного излучения около 45%, а добавление отражающего покрытия к этому продукту увеличивает поглощение солнечного излучения до 63%.
Использование прозрачных покрытий Low E также может повысить степень поглощения солнечного света стеклом. Покрытия Low E предназначены для уменьшения прохождения лучистого теплового потока через стекло для повышения энергоэффективности. Это приводит к более высоким температурам стекла и увеличивает риск термического напряжения.
Еще один значительный фактор риска — это добавление теплопоглощающих пленок или любое частичное покрытие оконного стекла другими продуктами (такими как знаки или краска) после установки. Оба эти фактора могут увеличить риск теплового стресса.
Размер стекла
Чем больше оконное стекло, тем больше площадь стекла, поглощающего солнечную энергию, по сравнению с его относительно узкими более холодными краями. Большая площадь горячего стекла приводит к более высокому уровню термического напряжения по краям стекла.
Внешнее затенение
Хотя свойства стекла хорошо задокументированы и могут быть приняты во внимание на этапе проектирования проекта, учет внешнего затенения может быть более проблематичным.
Влияние внешнего затеняющего устройства на термическое напряжение зависит от сочетания его размера, формы и расположения на стекле. Внешнее затенение еще больше усложняется его сезонным характером; поскольку положение солнца меняется в течение года, меняются и отбрасываемые им тени.
В основном:
- Затенение, покрывающее 50% или менее стекла, более неблагоприятно, чем устройство, затеняющее большую часть стекла;
- Статическая штриховка более неблагоприятна, чем мобильная;
- Затенение в форме буквы V или L вызывает повышенное тепловое напряжение, особенно если точка буквы V падает на край стекла.
Затенение интерьера
Фактором риска теплового напряжения, который чаще встречается в жилищном строительстве, чем в коммерческом, является использование штор и жалюзи на внутренней стороне окна. Воздействие жалюзи и штор на тепловую нагрузку зависит от цвета, типа и других факторов, однако эффект может быть значительным.
Хотя плотно прилегающие жалюзи или шторы помогают свести к минимуму передачу тепла внутрь или из здания, они могут значительно повысить риск теплового напряжения. Чтобы свести это к минимуму, расстояние между стеклом и абажуром должно быть не менее 50 мм (предпочтительно 150 мм) и должно вентилироваться. Вентиляция обеспечивается за счет зазора между жалюзи и стеной или рамой размером 50 мм у головы и 25 мм у подоконника.
Эффект, который жалюзи и шторы оказывают на тепловую нагрузку, также зависит от того, сколько энергии они отражают обратно на стекло. Светлые цвета являются хорошими отражателями, а темные — нет. Ткань с закрытым переплетением помогает более эффективно удерживать тепло, а открытое переплетение пропускает тепло. Жалюзи являются отличными отражателями тепла, как и металлизированные жалюзи.
Нагревание, охлаждение
Устройства искусственного обогрева и/или охлаждения следует размещать так, чтобы они не дуть горячим или холодным воздухом прямо на поверхность стекла или в пространство между стеклом и шторами. Это может привести к изменению температуры на поверхности стекла и, следовательно, увеличить риск термического напряжения.
Метод остекления
Обычно используемые методы остекления не оказывают значительного влияния на риск термического напряжения. Исключением является структурное остекление, которое снижает уровень термического напряжения за счет уменьшения разницы температур между остекленным краем и центром стекла. Следует проявлять осторожность при использовании любого метода остекления, который либо способствует отводу тепла от стекла, либо покрывает необычно большие края стекла.
Управление риском теплового стресса
Риск разрушения из-за термического напряжения можно исключить, управляя указанными выше факторами или упрочняя стекло при нагревании.
Термоупрочнение увеличивает прочность стекла, что позволяет ему противостоять термически индуцированным нагрузкам. Термоупрочнение может быть относительно дорогостоящим, особенно если оно требуется для многослойного стекла, поэтому, если не заменять стекло, которое было разбито под действием термического напряжения, необходим метод количественной оценки уровня риска.
На веб-сайтах многих производителей стекла можно найти подробную информацию о разрушении под действием теплового напряжения. Некоторые также предоставляют онлайн-инструменты, которые позволяют вам самостоятельно выполнить анализ термического напряжения, или они выполнят для вас анализ термического напряжения, если вы приобретете у них стекло.
Используя доступную информацию, установщик стекла может объективно оценить риски до установки. В некоторых случаях возможна реконструкция, устраняющая необходимость термического упрочнения и, следовательно, экономящая ненужные расходы.
(2 голос(ов), среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...