Вопрос о двойном или тройном остеклении возникает почти в каждом разговоре об энергоэффективных зданиях, и ответ менее очевиден, чем кажется. Тройное остекление имеет лучшие тепловые характеристики, чем двойное – это совершенно верно. Но оправдывает ли такая лучшая производительность более высокую стоимость, больший вес и незначительное снижение светопропускания, зависит от климата, типа здания, нагрузок на отопление и охлаждение, а также от целевого стандарта энергоэффективности. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо понять, что на самом деле означают цифры и что они означают для конкретного проекта.
Насколько изолирован Стекло Единицы работы
И двойное, и тройное остекление представляют собой изолированные стеклопакеты (IGU) — совокупность двух или более стекол, разделенных дистанционными перекладинами и герметизированных для создания одной или нескольких полостей, заполненных воздухом или газом. Герметичная полость существенно снижает теплопередачу по сравнению с одиночным стеклом, поскольку неподвижный воздух или газ в полости имеет очень низкую теплопроводность и, когда полость достаточно широка, подавляет конвективный теплообмен между внутренним и внешним стеклами.
Стеклопакет имеет одну полость между двумя стеклами. Трехкамерный стеклопакет имеет две полости и три стекла. Дополнительная полость в тройном остеклении обеспечивает второй тепловой барьер, поэтому его тепловые характеристики превосходны. Повышение производительности с двойного на тройное реально и измеримо, но оно следует за убывающей отдачей: первая полость обеспечивает наибольшее улучшение производительности по сравнению с одинарным остеклением; вторая полость обеспечивает меньшее постепенное улучшение по сравнению с двойным остеклением; гипотетическая четвертая панель принесет еще меньшую дополнительную выгоду.
Ключевой показатель эффективности: U-ценность
Значение U (также обозначается как Ug для значения центра стекла или Uw для всего окна, включая раму) измеряет теплопередачу через остекление в ваттах на квадратный метр на кельвин разницы температур (Вт/м²·К). Более низкое значение U означает лучшую теплоизоляцию — меньше тепла уходит через стекло на градус разницы температур внутри и снаружи.
В качестве ориентира можно отметить, что одно прозрачное стеклянное стекло имеет коэффициент теплопередачи в центре стекла примерно 5,8 Вт/м²·К. Типичные диапазоны производительности стеклопакетов:
| Тип остекления | Типичное значение коэффициента теплопередачи в центре (Вт/м²·К) | Конфигурация |
|---|---|---|
| Одинарное остекление | 5,6–5,8 | Одно стекло, без полости |
| Стандартное двойное остекление (наполненное воздухом) | 2,7–3,0 | Два стекла, полость заполнена воздухом, без покрытия Low-E. |
| Двойное остекление с низкоэмиссионным аргоном | 1,0–1,4 | Два стекла, заполненные аргоном, с покрытием Low-E. |
| Тройное остекление (аргон, одно Low-E) | 0,7–1,0 | Три стекла, две аргоновые полости, одно или два покрытия Low-E. |
| Тройное остекление премиум-класса (два низкоэмиссионных аргона/криптона) | 0,5–0,7 | Три стекла, полости, заполненные криптоном, два покрытия Low-E. |
Повышение показателя U при переходе от стандартного двойного остекления (2,8 Вт/м²·К) к двойному остеклению Low-E с аргоном (1,2 Вт/м²·К) существенно больше, чем дальнейшее улучшение от двойного остекления Low-E к тройному (0,8 Вт/м²·К). Это основная причина, почему правильно подобранный стеклопакет с покрытием Low-E и наполнением аргоном является подходящей спецификацией для гораздо более широкого диапазона зданий и климатических условий, чем простое двойное остекление, и почему дополнительный вариант тройного остекления наиболее убедителен в самом холодном климате и в зданиях с высокими эксплуатационными характеристиками.
Акустические характеристики
Теплоизоляция и звукоизоляция являются родственными, но не идентичными свойствами стеклопакетов, а взаимосвязь между типом остекления и звукоизоляцией менее однозначна, чем сравнение тепловых характеристик.
В стандартном двойном и тройном остеклении со стеклами одинаковой толщины третье стекло в тройном остеклении увеличивает массу конструкции, что в целом улучшает звукоизоляцию на средних и высоких частотах. Однако дополнительная полость также создает дополнительную резонансную частоту, и на частотах вблизи этого резонанса звукоизоляция может фактически быть ниже для стеклопакета с тройным остеклением, чем для стеклопакета с эквивалентной общей толщиной стекла.
Для достижения максимальных акустических характеристик наиболее эффективным подходом в стеклопакете является использование стекол разной толщины (асимметричное остекление) в двойной или тройной конфигурации — разные резонансные частоты двух стекол предотвращают провал совпадения, который возникает, когда оба стекла резонируют на одной и той же частоте. Двойной стеклопакет толщиной 6 мм, 10 мм с аргоном и полостью 32 мм обычно превосходит обычный тройной стеклопакет размером 4 мм, 4 мм, 4 мм по звукоизоляции, несмотря на то, что в нем всего два стекла.
Для проектов, где акустические характеристики являются основным фактором (здания рядом с дорогами, железнодорожными линиями или аэропортами), использование акустического стекла — многослойного стекла с промежуточным слоем, гасящим вибрацию — в асимметричной конфигурации с двойным остеклением часто более эффективно с точки зрения удельной стоимости, чем тройное остекление. Акустические и тепловые требования следует оценивать отдельно и определять наилучшие характеристики для каждого из них, а не предполагать, что тройное остекление автоматически обеспечивает наилучшие комбинированные характеристики.
Вес и структурные последствия
Тройное остекление значительно тяжелее двойного при тех же размерах стекла. Стандартный тройной стеклопакет с тремя стеклами по 4 мм и двумя полостями по 16 мм имеет общую толщину около 44 мм и вес одного стекла около 30 кг/м². Эквивалентный стеклопакет с двумя стеклами толщиной 4 мм и одной полостью толщиной 16 мм имеет толщину примерно 36 мм и весит примерно 20 кг/м². Эта разница в весе имеет практическое значение:
Оконные рамы и фурнитура должны быть рассчитаны на больший вес стеклопакетов. Стандартная фурнитура для двойного остекления — петли, ручки, поворотно-откидные механизмы — обычно не подходит для стеклопакетов с тройным остеклением того же размера и должна быть указана соответствующим образом. Это увеличивает общую стоимость окон сверх надбавки к стоимости стеклопакета.
Системы структурного остекления и системы навесных стен должны учитывать дополнительную собственную нагрузку. В навесных стенах высотных зданий, где накопленный вес стекла нагружает конструктивную систему на многих этажах, дополнительный вес тройного остекления на единицу может привести к значительным структурным последствиям, которые требуют инженерного анализа.
Для очень больших застекленных проемов, что часто встречается в современной коммерческой архитектуре, обработка и установка тяжелых стеклопакетов требуют дополнительного оборудования и рабочей силы, что увеличивает стоимость установки сверх стоимости материала.
Светопропускание
Каждое дополнительное стекло уменьшает светопропускание на небольшую, но измеримую величину. Типичное прозрачное флоат-стекло пропускает примерно 88–90% видимого света. Каждая граница раздела стекло-воздух (поверхность стекла) поглощает и отражает небольшую часть падающего света. Стеклопакет с тремя прозрачными стеклами пропускает видимый свет примерно на 2–4% ниже, чем эквивалентный стеклопакет с двойным остеклением, в зависимости от используемого типа покрытия Low-E. В зданиях с большими застекленными площадями, где дневной свет является основной архитектурной ценностью (торговые помещения, музеи, офисные здания с дневным освещением), это сокращение может иметь отношение к проектному замыслу. Для жилых окон в северных широтах, где желательна максимальная зимняя солнечная энергия, пониженный коэффициент солнечной теплопередачи (SHGC) тройного остекления может немного уменьшить пассивное солнечное отопление, что несколько сводит на нет преимущества теплоизоляции.
Когда тройное остекление — правильный выбор
Тройное остекление наиболее очевидно оправдано в холодном климате (градус-дни отопления выше примерно 3000 HDD), где экономия энергии на отопление в течение срока службы здания достаточно велика, чтобы окупить надбавку к затратам. Рынки Северных стран и Северной Европы (Скандинавия, Финляндия, Германия, северная Польша) приняли тройное остекление в качестве стандарта для жилищного строительства; по этой причине климат и стоимость энергии заставляют экономику работать.
Стандарты строительства пассивных домов и зданий с нулевым энергопотреблением часто требуют тройного остекления, поскольку значение U для всего окна, равное 0,8 Вт/м²·К или выше, указанное в этих стандартах, очень трудно достичь с двойным остеклением, независимо от оптимизации покрытия и заполнения. Если здание нацелено на получение специального сертификата энергоэффективности, который требует коэффициент теплопередачи окна менее 1,0 Вт/м²·К, тройное остекление, вероятно, станет практическим путем к соблюдению стандарта.
Для коммерческих зданий в умеренном климате (большая часть Западной Европы, умеренно-континентальный климат) высокоэффективное двойное остекление с покрытиями Low-E и заполнением аргоном обеспечивает тепловые характеристики (Ug ≈ 1,0–1,2 Вт/м²·К), которые удовлетворяют большинству современных энергетических норм и обеспечивают хорошую экономическую окупаемость. Тройное остекление в этих контекстах иногда используется для престижа, маркетинговой дифференциации или для достижения перспективных характеристик в соответствии со все более строгими нормами, но предельная экономия энергии является скромной по сравнению с надбавкой к издержкам при текущих ценах на энергию.
В жарком климате (Ближний Восток, тропические регионы) основной проблемой является приток солнечного тепла, а не потери тепла зимой, а коэффициент прироста солнечного тепла (SHGC) и выбор соответствующего покрытия Low-E имеют большее значение, чем разница теплового значения U между двойным и тройным остеклением. В этом климате высокоэффективное двойное остекление с защитой от солнца, как правило, является лучшей инвестицией, чем тройное остекление, которое обеспечивает минимальную дополнительную выгоду для зданий, в которых преобладает охлаждение.
Часто задаваемые вопросы
Всегда ли тройное остекление обеспечивает лучший контроль конденсации, чем двойное?
Да, в холодную погоду, но степень улучшения зависит от температуры внутренней поверхности стекла. Конденсат образуется на стеклянных поверхностях, когда температура поверхности падает ниже точки росы внутреннего воздуха. Тройное остекление поддерживает более высокую температуру внутренней поверхности стекла, чем двойное остекление, из-за более низкого значения U, что означает, что внутренняя поверхность остается выше точки росы при более низких внешних температурах. Для зданий в очень холодном климате, где конденсация на окнах с двойным остеклением является практической проблемой, особенно в помещениях с высокой влажностью, таких как бассейны, коммерческие кухни и жилые дома с высокой плотностью населения, более высокая температура внутренней поверхности тройного остекления обеспечивает значительное снижение конденсации. В умеренном климате, где температура внутренней поверхности двойного остекления уже значительно превышает типичную точку росы в помещении, разница в эффективности конденсации практически не значительна.
Можно ли использовать двойное и тройное остекление на одном фасаде здания?
Да, и это часто встречается в проектах, где разные ориентации или положения фасадов предъявляют разные требования к производительности. Остекление, выходящее на юг, в холодном климате выигрывает от более высокого коэффициента прироста солнечного тепла для максимизации пассивного прироста солнечной энергии, чего легче достичь в конфигурации с двойным остеклением с соответствующим покрытием Low-E, чем в тройном остеклении, где дополнительное стекло снижает SHGC. Остекление, выходящее на север, в том же здании выигрывает от теплоизоляции тройного остекления без потери солнечного света. Смешанные спецификации в пределах одного фасада требуют тщательной детализации, чтобы обеспечить совместимость различной толщины блоков с глубиной фальца остекления рамной системы, а также необходимо проверить визуальную однородность цвета и отражательной способности стекла — различные конфигурации покрытия могут создавать видимые различия в цвете и отражательной способности между блоками, которые влияют на внешний вид фасада.
Каков срок окупаемости перехода с двойного на тройное остекление?
Срок окупаемости зависит от надбавки к стоимости тройного остекления по сравнению с двойным, местных затрат на электроэнергию, градусо-дней отопления в данном месте и площади окон в здании. В качестве общего руководства для климата Северной Европы с затратами на электроэнергию 0,15–0,20 евро/кВтч: переход со стандартного двойного остекления (Ug ≈ 2,8) на тройное остекление (Ug ≈ 0,7) в хорошо изолированном доме с площадью остекления 30 м² может сэкономить 300–500 кВтч в год на отопление, что составляет 45–100 евро в год. Если премия за тройное остекление вместо двойного (включая рамы и установку) составляет 3 000–6 000 евро для одного и того же дома, простой период окупаемости составляет 30–60 лет, что обычно превышает срок службы окна. Экономика существенно улучшается при сравнении тройного остекления с двойным остеклением с низкими эксплуатационными характеристиками (без Low-E, без газонаполнения), а также когда здание находится в более холодном климате с более высокими градусо-днями отопления и более высокими затратами на электроэнергию. Высокоэффективное двойное остекление Low-E часто имеет лучшее экономическое обоснование для большинства проектов в умеренном климате; тройное остекление оправдано там, где этого требуют строительные стандарты или где климат достаточно холодный, чтобы окупаемость оказалась в приемлемом диапазоне.
