Линзование стеклопакета, когда отражение на нем искажается, словно в аттракционе с кривыми зеркалами – это нормальное физическое явление. Разберем, почему проявляется этот эффект, в каких случаях он наиболее заметен и как его минимизировать, а то и вовсе избежать.
Стеклопакет – герметичная конструкция, в которой межстекольное пространство (камера) изолировано от наружного воздуха, а количество газа (точнее, смеси газов) в нем постоянно. В момент, когда стеклопакет собирают в цехе, давление газа внутри него соответствует атмосферному давлению снаружи. Аналогично с температурой: внутри стеклопакета в момент сборки она такая же, как и снаружи. А затем условия меняются.
Атмосферное давление либо температура снаружи неизбежно то выше, то ниже, чем в стеклопакете. От этого газ в межстекольном пространстве то сжимается, то расширяется и создает давление на стекла. В первом случае стекла в стеклопакете образуют вогнутую линзу, во втором – выпуклую.
Два вида линзования стеклопакетов: вогнутая линза (слева) – при прогибе стекол внутрь, выпуклая линза (справа) – при выгибании стекол наружу.
Про это явление еще говорят так: стеклопакет «дышит». Причем «дышит» он постоянно, и «эффект линзы», а также сопутствующие ему оптические искажения проявляются на стеклопакете всегда, только в разной степени, в зависимости от климатических нагрузок в определенный момент времени.
Когда барометрическое давление снаружи герметичного стеклопакета возрастает, газ внутри него сжимается и стекла прогибаются внутрь. При понижении давления снаружи газ внутри стеклопакета, наоборот, расширяется, заставляя стекла выгибаться наружу.
Это проявляется по-разному в течение года, независимо от места установки стеклопакета (или места нахождения объекта остекления), и особенно заметно при перепаде высот.
Например, зная, что «эффект линзы» гарантирован при остеклении объекта в горной местности, мы заранее рекомендуем нашим партнерам соответствующие формулы стеклопакетов, что избежать линзования или хотя бы его минимизировать.
Как и атмосферное давление, на герметичное межстекольное пространство стеклопакета влияет температура. В холодное время года газ в стеклопакете охлаждается и от этого сжимается, что приводит к прогибу стекол внутрь и образованию вогнутой линзы. Повышение же температуры дает обратный эффект: газ расширяется, стекла выгибаются наружу и образуется выпуклая линза.
Кстати, ярким солнечным днем стеклопакет с линзой может преподнести совершенно неожиданный «подарок» зданию напротив, и речь не только про визуальный дискомфорт от бликования (см. «Когда прогибы стекол приводят к критическим последствиям»).
Да. Это происходит с любым стеклопакетом на всем протяжении срока его эксплуатации.
Скажем больше: если давление газа внутри стеклопакета перестало меняться, он перестал «дышать», значит он потерял герметичность и рано или поздно начнет запотевать изнутри: в межстекольном пространстве будет появляться конденсат.
«Эффект линзы» тем более заметен, чем более рефлективное (зеркальное) стекло установлено со стороны фасада. Если у стекла низкая зеркальность, искажения в его отражении при изгибах, как правило, еле видны, а высокая зеркальность проявит любые, даже незначительные изгибы.
Как узнать степень зеркальности стекла заранее? Об этом говорит параметр «Коэффициент отражения света снаружи», или «Light reflectance out», сокращенно «LR out». Он измеряется в процентах. Найти его можно, например, в наших маркетинговых и технических материалах о стеклопакетах, а также в конфигураторах поставщиков стекла.
Если в стекле отражается только чистое безоблачное небо, искажения на нем не видны, даже если стекла на самом деле сильно изогнуты. А вот если, к примеру, окна выходят на соседнее здание, то его отражение, обезображенное «эффектом линзы», испортит всю эстетику фасада.
Зеркальность наружного стекла и наличие объектов отражения делают «эффект линзы» заметнее
Чем тоньше стекло в стеклопакете, тем оно лучше изгибается. Если прибавить к этому наличие иных факторов, которые увеличивают риски и степень прогиба стекол, то «эффект линзы» гарантирован.
Чем больше стеклопакет похож на квадрат (с соотношением сторон ближе к 1:1), тем линзование стекол в нем более проявленное, при этом выглядит это именно как круглая линза.
Причина проста: величина прогиба стекла определяется минимальной стороной стеклопакета. Если в стеклопакете все стороны равны, то со всех сторон стекло прогибается одинаково, отсюда и идеальная линза.
При этом, если стеклопакет будет слишком узкий (с соотношением сторон более 1:3), это тоже приведет к значительным прогибам стекол и визуальным искажениям, а напряжение, которое могут испытать такие стекла при определенных климатических условиях, может стать причиной их механического разрушения (см. «Когда прогибы стекол приводят к критическим последствиям»).
Чем больше межстекольное пространство (камера) стеклопакета, тем больше в ней газа и, следовательно, больше нагрузка на стекла, когда этот газ будет сжиматься или расширяться.
Логичное, казалось бы, решение: установить в стеклопакете рамки потоньше. Но это не только не спасет, а даже приведет к критическим последствиям. Ведь стекла изгибаются в обе стороны, и зимой, когда газ внутри стеклопакета сожмется, слишком тонкое межстекольное пространство приедет к соприкосновению, то есть к «слипанию», стекол (см. «Когда прогибы стекол приводят к критическим последствиям»).
Значительные нагрузки – перепады давления, разница температур или то и другое сразу – могут привести к гораздо более серьезным последствиям, чем визуальные эффекты в виде искажений.
Прогиб стекол внутрь, особенно в стеклопакетах с тонкими дистанционными рамками (небольшим межстекольным пространством), может привести к их соприкосновению, другими словами, к «слипанию». Признаком такого слипания может быть появление пятен конденсата или радужных разводов в центральной зоне стеклопакета.
Если же на стеклах при этом присутствует мягкое магнетронное напыление (мультифункциональное, солнцезащитное, низкоэмиссионное), в зоне слипания образуются характерные многочисленные однотонные пятна.
Образование радужных разводов и однотонных пятен в зоне слипания
Всему есть предел, и стекла тоже не могут изгибаться бесконечно. В определенный момент напряжение в стеклах достигает такой величины, что они могут лопнуть.
Характерным признаком, что стекло разрушилось именно по причине возникших значительных напряжений из-за разницы давления или температур, являются трещины в форме полумесяца, которые распространяются от центра стеклопакета к краям (углам).
Характерные трещины на стекле в форме полумесяца – признак разрушения стекла от климатических нагрузок
Случается, что линза на стеклопакете, отражая и концентрируя солнечные лучи, направляет их в определенное место напротив окна и в буквальном смысле прожигает его.
Нам попадались ситуации с поврежденными кирпичными стенами, сайдингом или ПВХ-профилем на окнах в соседних домах, но пострадать от подобных «солнечных зайчиков» может и значительно более ценное имущество, случайно оказавшееся перед линзующим фасадом. Один из ярких случаев описан РБК 14 сентября 2018 года, когда пострадал Lexus RX.
«Солнечный зайчик» от линзующего стеклопакета на стене дома напротив
Снизить или даже полностью предупредить «эффект линзы» и его негативные последствия можно с помощью следующего набора рекомендаций:
Зачастую происходит наоборот: сначала выбирают профильную систему, а затем стеклопакет – уже под заданные габариты и толщину. Но это резко сокращает шансы подобрать решение, которое будет отвечать одновременно и требованиям по эстетике (красоте и однородности фасада), и климатическим особенностям места установки.
Проявлению «эффекта линзы» и механическим повреждениям стекол в результате климатических нагрузок особенно подвержены квадратные, а также слишком узкие стеклопакеты. Идеальный диапазон соотношения сторон стеклопакета – от 1:2 до 1:3. Однако, если прочим условиям и составу стеклопакета не уделено внимание, заметной линзы и разрушения стекол здесь тоже не избежать.
Не случайно ГОСТ 24866-2014 «Стеклопакеты клееные. Технические условия» (п. 4.6) указывает: не рекомендуется изготовление стеклопакетов с соотношением сторон более 1:3 без проведения прочностных расчетов.
В больших стеклопакетах «эффект линзы» более проявлен: стекла больше – больше и амплитуда их прогибов. Однако, и слишком маленькие стеклопакеты – со стороной менее 500 мм – это тоже большой риск. Действительно, чем меньше у стекла размер, тем оно менее гибкое. Однако объем газа в маленьких стеклопакетах изменяется также, как и в больших: он то расширяется, то сужается, создавая напряжение в стеклах. В определенных условиях, если стеклу уже некуда или невозможно изгибаться, а напряжение растет, то стекло лопнет.
Газ в стеклопакете будет неизбежно сжиматься или расширяться. Если внешнее стекло будет толще, чем внутреннее, давление газа будет влиять в большей степени (или только) на внутреннее стекло. Внешнее же стекло в этом случае останется ровным (или почти ровным – если не учтены прочие факторы).
Здесь, впрочем, важно правильно подобрать и внутреннее стекло, поскольку ему предстоит «отдуваться за двоих» и испытывать на себе значительные нагрузки.
Разницы в толщинах стекол 2 мм уже достаточно, чтобы внешнее стекло в стеклопакете меньше или вовсе (в зависимости от прочих факторов и условий) не изгибалось под влиянием климатических нагрузок
Чем больше межстекольное пространство, тем больше объем газа в нем, а, значит, тем выше нагрузки на стекла при изменении давления. С другой стороны, слишком тонкие дистанционные рамки могут стать причиной слипания стекол и разрушения их мягкого магнетронного напыления.
Это не убережет от образования линз и разрушения стекол при наступлении упомянутых рисков, но хотя бы решит проблему с эстетикой фасада, поскольку линзы будут менее заметны.
Они помогают стабилизировать давление внутри стеклопакета, если планируется его установка на высоте более 800 м над уровнем моря или если место производства превышает место установки более чем на 500 м.
Как уже было сказано выше, температурный режим при монтаже и эксплуатации стеклопакетов – это одно из базовых правил, позволяющих снизить риск появления значительных искажений на стеклах в результате линзования, а также их разрушения.
Неслучайно даже ключевой стандарт о стеклопакетах – ГОСТ 24866-2014 «Стеклопакеты клееные. Технические условия» – указывает:
требования к отклонениям от плоскости листов стекла в стеклопакете действительны при температуре газа внутри стеклопакета (20±4)°C и атмосферном давлении воздуха 745-760 мм рт. ст. (п. 9.5);
монтаж стеклопакетов допускается производить при температуре наружного воздуха не ниже 15°C (п. 9.10);
температура в помещениях, остекленных стеклопакетами, в зимний период строительства должна быть не ниже 5°C (п. 9.10);
при эксплуатации стеклопакетов температура воздуха внутри помещений рекомендуется не ниже 5°C и не выше 30°C (п. 9.14).
Основной стандарт по стеклопакетам – ГОСТ 24866–2014 «Стеклопакеты клееные. Технические условия» – возлагает выбор конструкции стеклопакета на заказчика, а не на производителя (п. 9.3). Логика проста и справедлива: только заказчик (оконная или фасадная компания) владеет всеми необходимыми сведениями об объекте остекления и потому может определить подходящие для них габариты и формулу (состав) стеклопакетов, в том числе, с учетом климатических условий.
Между тем, каждому производителю стеклопакетов, в том числе STiS, важно не только выполнить заказ на стеклопакеты (вовремя и в срок), но и понимать, что поставленные изделия работают. STiS, например, под этим понимает выполнение стеклопакетами своих заявленных функций, ключевые из которых – надежность и комфорт, который должен быть, в том числе, визуальным.
Для этих целей STiS оказывает своим клиентам техническую поддержку. Она включает как предоставление консультаций по подбору стеклопакетов, так и проведение более глубоких исследований, в том числе с привлечением производителей стекла для стеклопакетов: расчет оптических, энергетических и акустических характеристик, прогибов и напряжений.
