Способ получения и устройство солнцезащитного полированного листового стекла
Владельцы патента RU 2425808:
Учреждение Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН) (RU)
Изобретение относится к солнцезащитным светопрозрачным ограждающим конструкциям и может быть использовано в строительстве для наружного широкоформатного остекления фасадов монолитных с повышенной этажностью, высотных и уникальных зданий. Техническим результатом изобретения является создание флоат-способа получения эффективного солнцезащитного ограждения и конструкции солнцезащитного ограждения из полированного стекла. Флоат-способ формования листового полированного стекла заключается в том, что вязко-тянучая сткломасса из выработочной части стекловаренной печи по сливному лотку стекает на зеркальную поверхность расплавленного олова оловянной ванны, формируется в ленту стекла равновесной толщины до 30 мм. В флоат-способе осуществляют дополнительную подачу через трубопровод с распределительными патрубками фотохромного или цветного жидкого стекла из ванны вспомогательной варочной печи через дополнительные с одинаковой формой выходных отверстий щелевые фильеры. Фильеры соединены с распределительными патрубками и установлены в сечении ленты стекла, перпендикулярном направлению движения ленты стекла с образованием плоскопараллельных слоев. Скорость подачи жидкого фотохромного или цветного стекла через выходные отверстия фильер и его температура равны скорости движения ленты стекла и ее температуре в зоне фильер. Солнцезащитное полированное листовое стекло выполнено многослойным, причем плоскопараллельные слои из фотохромного или цветного стекла толщиной К=(0,1÷0,3)·l размещены между слоями из прозрачного бесцветного стекла под углом α=(30÷45)°С к граням стекла на расстоянии h=(1÷2)·l друг от друга, где l - толщина ограждения, равная l=(15÷30) мм. Торцы плоскопараллельных слоев фотохромного или цветного стекла выполнены в форме плоских граней и расположены параллельно граням стекла с образованием зазора δ=(2÷4) мм между ними. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Изобретение относится к солнцезащитным светопрозрачным ограждающим конструкциям и может быть использовано в строительстве для наружного широкоформатного остекления фасадов монолитных с повышенной этажностью, высотных и уникальных зданий.
Известен экструзионный способ получения и устройство солнцезащитного ограждения из полимерного материала (патент РФ №2306397, кл. Е06В 9/24, 2006). Способ позволяет изготовить устройство солнцезащитного ограждения, в котором солнцезащитные жалюзи из полимерного окрашенного материала размещены внутри светопрозрачного бесцветного листового полимерного стекла.
Из-за более низкой долговечности по сравнению со стеклом такое ограждение не может быть использовано в качестве широкоформатного наружного остекления здания.
Известно солнцезащитное ограждение из алюмоборсиликатного стекла, в котором размещена жалюзийная солнцезащитная решетка из смеси стекла и чешуек из непрозрачной керамики (Авторское свидетельство СССР №1265162, кл. С03С 14/00, Е06В 9/24, 1986). Такое стекло получают методом вертикального вытягивания в виде ленты из выработочной лодочки. Этим методом можно получить стекло толщиной не более 10 мм. Данный метод не позволяет получить полированное стекло. Эти два недостатка не позволяют использовать такое стекло для широкоформатного (9÷20) м2 наружного остекления здания.
Известно солнцезащитное ограждение из листового алюмоборсиликатного стекла, в котором размещена жалюзийная решетка из фотохромного алюмоборсиликатного стекла (Авторское свидетельство СССР №1063793, кл. С03С 3/30, Е06В 9/24, 1983). Такое стекло получают методом вертикального вытягивания в виде ленты из выработочной лодочки. Этим методом можно получить стекло толщиной не более 10 мм. Этот метод не позволяет получить полированное стекло. Для широкоформатного наружного вертикального остекления оно также не пригодно. Однако технико-экономический эффект от использования этого изобретения заключается в снижении расхода серебра на 50÷75% при сохранении солнцезащитного эффекта. Другим преимуществом такого стекла является повышение светопропускания на 40÷60% при отсутствии облучения.
В качестве аналога предполагаемого изобретения является флоат-способ производства листового полированного стекла (Химическая технология стекла и ситаллов. Под редакцией Н.М.Павлушкина, М.: Стройиздат, 1983, с. 232-237).
Флоат-способ формования листового полированного стекла заключается в том, что вязко-текучая стекломасса из выработочной части стекловаренной печи по сливному лотку стекает на зеркальную поверхность расплавленного олова оловянной ванны, формируется в ленту стекла равновесной толщины до 30 мм. Жидкое высокоразогретое олово является одновременно подложкой и теплонесущей средой. Оно придает стеклу снизу необходимую плоскостность - полированную поверхность и чистоту поверхности. Сверху в оловянной ванне стекло сглаживается при помощи огневой полировки.
Лента стекла покидает ванну полностью отформованной при температуре около 600°С и попадает через специальные валки с водяным охлаждением в роликовые печи отжига.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание флоат-способа получения эффективного солнцезащитного ограждения и конструкции солнцезащитного ограждения из полированного стекла.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в флоат-способе получения листового полированного светопрозрачного стекла, включающем процесс вытекания жидкой прозрачной бесцветной стекломассы из выработочной части основной печи по каналу в лоток с регулируемым шибером, растекания жидкого стекла по горизонтальной поверхности расплавленного олова с достижением равномерной толщины, охлаждения сформованной ленты стекла до затвердевшего состояния в конце ванны, отделения ленты стекла от поверхности расплавленного олова, поступления затвердевшей ленты стекла в электрическую отжигательную печь осуществляют дополнительную подачу через трубопровод с рапределительными патрубками фотохромного или цветного жидкого стекла из ванны вспомогательной варочной печи через дополнительные с одинаковой формой выходных отверстий щелевые фильеры, соединенные с распределительными патрубками и установленные в сечении ленты стекла, перпендикулярном направлению движения ленты стекла, в зоне, где происходит переход стекла из жидкого состояния в пластичное, с образованием плоскопараллельных слоев толщиной К=(0,1÷0,3)·l фотохромного или цветного стекла между слоями прозрачного бесцветного стекла под углом α=(30÷45)°С к горизонту на расстоянии h=(1÷2)·l. друг от друга, где l - толщина стекла, равная l=(15÷30) мм с образованием плоской поверхности торцев плоскопараллельных слоев, размещенных на расстоянии δ=(2÷4) мм от верхней и нижней плоских поверхностей, образованных прозрачным бесцветным стеклом. Скорость подачи жидкого фотохромного или цветного стекла через выходные отверстия фильер и его температура равны скорости движения ленты стекла и ее температуре в зоне фильер, а объемная производительность по фотохромному или цветному стеклу вспомогательной варочной печи Vвсп. связана с объемной производительностью по прозрачному бесцветному стеклу основной варочной печи Vосн. в м3/час соотношением
где n - количество фильер, Sф - площадь выходного отверстия, Sceч.=l·A, где А - ширина ленты стекла, при этом охлаждение сформованной ленты стекла до затвердевшего состояния в конце ванны осуществляют на двух участках, причем скорость охлаждения ленты стекла на первом участке выше скорости охлаждения ее на втором участке.
Поставленная техническая задача достигается также и тем, что солнцезащитное полированное листовое стекло выполнено многослойным, причем плоскопараллельные слои из фотохромного или цветного стекла толщиной К=(0,1-0,3)·l размещены между слоями из прозрачного бесцветного стекла под углом α=(30÷45)°С к граням стекла на расстоянии h=(1÷2)·l друг от друга, где l - толщина ограждения, равная l=(15÷30) мм, а торцы плоскопараллельных слоев фотохромного или цветного стекла выполнены в форме плоских граней и расположены параллельно граням стекла с образованием зазора δ=(2÷4) мм между ними.
На фиг.1 изображена принципиальная схема оборудования, на которой реализуется способ получения солнцезащитного полированного листового стекла (вид в плане), где 1 - выработочная часть основной печи, 2 - канал, 3 - лоток, 4 - регулируемый шибер, 5 - зона вытекания с лотка 3 жидкого прозрачного бесцветного стекла, 6 - ванна, 7 - горизонтальная поверхность расплавленного олова, 8 - зона вытекания жидкого прозрачного бесцветного стекла на горизонтальную поверхность расплавленного олова, 9 - зона растекания жидкого прозрачного бесцветного стекла по горизонтальной поверхности расплавленного олова с достижением равномерной толщины в конце зоны, 10 - ролики для растягивания стекла в ширину, 11 - зона охлаждения сформованной ленты стекла от жидкого состояния до отвердевшего состояния в конце ванны, 12 - граница отделения ленты стекла от поверхности расплавленного олова, 13 - валки, 14 - граница поступления затвердевшей ленты солнцезащитного стекла в электрическую отжигательную печь, 15 - трубопровод, 16 - распределительные патрубки, 17 - выработочная часть вспомогательной печи, 18 - щелевые фильеры, 19 - плоскопараллельные слои фотохромного или цветного стекла, 20 - слои прозрачного бесцветного стекла, 21 - первый участок охлаждения, 22 - второй участок охлаждения, 23 - солнцезащитное полированное листовое стекло, 24 - направление движения солнцезащитного полированного листового стекла 23.
На фиг.2 изображена принципиальная схема оборудования, на которой реализуется способ получения солнцезащитного полированного листового стекла (вид - продольный разрез по стрелкам Б-Б на фиг.1), где 25 - масса расплавленного олова.
На фиг.3 изображена принципиальная схема оборудования, на которой реализуется способ получения солнцезащитного полированного листового стекла (вид - поперечный разрез по стрелкам А-А на фиг.1).
На фиг.4 изображено сечение ленты стекла, расположенной на поверхности расплавленного олова (вид - по стрелкам А-А на фиг.1), где 18 - щелевые фильеры с одинаковой заданной геометрией их выходных сечений, соединенные с распределительными патрубками 16, через которые выдавливается со скоростью V2=V1 масса жидкого фото-хромного или цветного стекла с температурой t2=t1 в форме плоскопараллельных слоев 19, 26 - внутренняя толщина фильер 18, равная К=(0,1÷0,3)·l, она же одновременно является толщиной слоев 19, 27 - толщина сформованной ленты стекла 23, равная l, 28 - угол наклона слоев 19 и фильер 18 к горизонту, равный α=(30÷45)°, 29 - верхняя грань ленты стекла, 30 - нижняя грань ленты стекла 23, движущаяся по горизонтальной поверхности расплавленного олова 7, 31 - верхние торцы слоев 19, 32 - нижние торцы слоев 19, 33 и 34 - верхние и нижние зазоры между торцами 31 и 32 гранями 29 и 30 ленты солнцезащитного полированного стекла 23, равные δ=(2÷4) мм, 35 - расстояние между соседними слоями непрозрачного стекла 19, равное h=(1÷2)·l.
На фиг.5 изображено устройство солнцезащитного полированного листового стекла в поперечном разрезе, где 29 - вертикальная наружная грань стекла, 30 - вертикальная внутренняя грань стекла, 26 - толщина плоскопараллельных слоев 19 фотохромного или цветного стекла - К=(0,1÷0,3)·l, принята равной 3 мм, 28 - угол наклона плоскопараллельных слоев стекла 19 к граням ограждения 29 и 30 - α=(30÷45)°, принятый равным α=45°, 35 - расстояние между соседними слоями стекла 19 - h=(1÷2)·l, принято равным h=30 мм, 27 - толщина ограждения ленты солнцезащитного полированного стекла 23 - l=(15÷30) мм, принята равной l=15 мм, 33 и 34 - зазоры между торцами 31 и 32 плоскопараллельных слоев стекла 19 и гранями 29 и 30 ограждения ленты солнцезащитного полированного стекла 23 - δ=(2÷4) мм, приняты равными δ=2,5 мм, 36 - направление солнечного излучения, S - поток солнечной энергии.
На фиг.6 изображено устройство солнцезащитного полированного листового стекла в плане.
В таблице 1 представлены физико-технические характеристики созданных авторами физических моделей фотохромного и цветного полированного стекла.
Угол наклона 28 - α плоскопараллельных слоев (фиг.4, 5) и расстояние h между слоями 35 определяются аналогично расчету угла наклона пластин жалюзи и расстояния между ними. Для участка территории земного шара между Россией и экватором защитный угол, определяющий расстояние между слоями 19, равняется α=(30÷45)° к граням ограждения 29 и 30, т.е. при интервале угла наклона слоев 19 расстояние между слоями равно h=(1÷2)·l.
Толщина "К" слоев 19 (фиг.4, 5) фотохромного или цветного стекла 26 должна обеспечивать эффективное отражение солнечных лучей с одной стороны, а исходя из эстетического вида светопрозрачного полированного листового стекла 23 слои 19 должны быть как можно тоньше. Величина "К" является компромиссным параметром, который также зависит от гидравлического сопротивления линии: трубопровод 15 - распределительные патрубки 16 - фильеры 18, зависит также от концентрации солей серебра в фотохромном слое или концентрации красителя в цветном стекле, толщины светопрозрачного полированного листового стекла 23.
Наибольшая толщина светопрозрачного полированного листового стекла 23 - lmax-27 определяется современными техническими возможностями флоат-способа получения полированного стекла и не превышает 30 мм, а наименьшая толщина lmin светопрозрачного полированного листового стекла 23 будет определяться техническими требованиями к широкоформатному остеклению здания на высоте. Поэтому применяемое стекло, как правило, имеет толщину не менее 15 мм.
Величина зазоров 33 и 34 - δ между гранями 29 и 30 светопрозрачного полированного листового стекла 23 и торцами 31 и 32 слоев 19 будет зависеть от физико-химических свойств прозрачного бесцветного стекла 20, конструкции фильер, толщины светопрозрачного полированного листового стекла 23, и минимальный зазор δmin не может быть менее 2 мм и не должен быть более δmах, равного 4 мм.
Принципиальным условием реализации предлагаемого способа является необходимость обеспечения одинаковых скоростей подачи жидкого фотохромного или цветного стекла 19 из фильер 18 и движения слоев прозрачного бесцветного стекла 20 в сечении А-А (фиг.1), т.е. V1=V2 и их температур t1=t2. Только при этих условиях не будет перемешивания слоев прозрачного бесцветного стекла 20 со слоями фотохромного или цветного стекла 19, и будет отсутствовать диффундирование этих слоев друг в друга, т.е. будет достигнута строгая геометрия жалюзийной решетки, образованной фотохромными или цветными слоями стекла 19 внутри слоев прозрачного бесцветного стекла 20 светопрозрачного полированного листового стекла 23. Этой же цели служит повышенная скорость охлаждения ленты стекла 23 на первом участке охлаждения 21.
Другим необходимым условием реализации предлагаемого способа является соответствие производительности выработанной части основной печи l - Vосн. и выработочной части вспомогательной печи Vвсп.(фиг.1). Примем, что ширина ленты 23 имеет стандартную ширину 3 м. Другие размеры возьмем с фиг.5: К=3 мм, α=45°, h=30 мм, l=15 мм, δ=2,5, длина слоев 19 равна 16 мм (фиг.5).
Количество фильер будет равно: 300 см: 3 см = 100 фильер.
Таким образом, при изготовлении солнцезащитного полированного листового стекла 23 (фиг.5,6) производительность выработочной части вспомогательной печи 17 (фиг.3) не должна быть ниже 9,7% от производительности выработочной части основной печи 1.
Пример 1. Светопрозрачное полированное листовое стекло 23 со слоями 19 из фотохромного стекла работает следующим образом. В утренние и вечерние часы, а также в пасмурные дни, когда интенсивность солнечного облучения S стекла невелика, стекло бесцветно и прозрачно, слоев не видно. При повышении интенсивности солнечного облучения слои становятся видимыми, темнеют, начинают отражать и частично поглощать солнечные лучи. Фотохромные слои 19 начинают работать как жалюзи. Чем выше плотность потока солнечного излучения, тем темнее становятся слои 19, их отражательная и поглощательная способности возрастают и, как следствие этого, они задерживают больше солнечной энергии.
Пример 2. Светопрозрачное полированное листовое стекло 23 со слоями 19 из цветного стекла работают следующим образом. Слои 19 из цветного стекла внутри светопрозрачного полированного листового стекла 23 всегда видны и работают как обычные жалюзи, частично отражая солнечное излучение.
Оценка светозащитных и теплозащитных свойств (таблица 1) двух физических моделей светопрозрачного полированного листового стекла 23 со слоями 19 из фотохромного стекла (пример 1) и цветного стекла (пример 2) осуществлялась по коэффициентам светопропускания и теплопропускания.
Конструкция ограждения (фиг.5, 6) является солнцезащитным полированным стеклом 23, защищающим от перегрева солнечного излучения помещения здания. Светопрозрачное полированное листовое стекло 23 может быть использовано для широкоформатного фасадного остекления, выполняя функцию пассивного кондиционера, сокращая расход электроэнергии на работу системы централизованного кондиционирования помещений в зданиях повышенной этажности.
| Таблица 1 | ||
| Параметры и характеристика | Пример 1 - слои 19 выполнены из фотохромного стекла | Пример 2 - слои 19 выполнены из силикатного стекла желтого цвета |
| Толщина ограждения l, мм | 15 | 15 |
| Угол наклона солнцезащитных слоев, α, град. | 45 | 45 |
| Расстояние между слоями, h, мм | 30 | 30 |
| Коэффициент светопропускания при плотности солнечного излучения 500 Вт/м2 | 0,3 | 0,25 |
| Коэффициент теплопропускания при плотности солнечного излучения 500 Вт/м2 | 0,23 | 0,21 |
1. Флоат-способ получения листового полированного солнцезащитного стекла, включающий процессы вытекания жидкой прозрачной бесцветной стекломассы из выработочной части основной печи по каналу в лоток с регулируемым шибером, растекания жидкого стекла по горизонтальной поверхности расплавленного олова с достижением равномерной толщины, охлаждения сформированной ленты стекла до затвердевшего состояния в конце ванны, отделения ленты стекла от поверхности расплавленного олова, поступления затвердевшей ленты стекла в электрическую отжигательную печь, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную подачу через трубопровод с распределительными патрубками фотохромного или цветного жидкого стекла из ванны вспомогательной варочной печи через дополнительные с одинаковой формой выходных отверстий щелевые фильеры, соединенные с распределительными патрубками и установленные в сечении ленты стекла, перпендикулярном направлению движения ленты стекла в зоне, где проходит переход стекла из жидкого состояния в пластичное, с образованием плоскопараллельных слоев толщиной К=(0,1÷0,3)·l фотохромного или цветного стекла между слоями прозрачного бесцветного стекла под углом α=(30-45)° к горизонту на расстоянии h=(1÷2)·l друг от друга, где l - толщина стекла, равная l=(15÷30) мм, с образованием плоской поверхности торцов плоскопараллельных слоев, размещенных на расстоянии δ=(2÷4) мм от верхней и нижней плоских поверхностей, образованных прозрачным бесцветным стеклом, причем скорость подачи жидкого фотохромного или цветного стекла через выходные отверстия фильер и его температура равны скорости движения ленты стекла по поверхности расплавленного олова и ее температуре в зоне фильер, а объемная производительность по фотохромному или цветному стеклу вспомогательной варочной печи Vвсп. связана с объемной производительностью по прозрачному бесцветному стеклу основной варочной печи Vосн. в м3/ч соотношением
где n - количество фильер; Sф - площадь выходного отверстия фильеры, м2; Sсеч=l·A, где А - ширина ленты стекла, м;
при этом охлаждение сформованной ленты стекла до затвердевшего состояния в конце ванны осуществляют на двух участках, причем скорость охлаждения ленты стекла на первом участке выше скорости охлаждения ее на втором участке.
2. Солнцезащитное полированное листовое стекло, полученное способом по п.1, выполнено многослойным, причем плоскопараллельные слои из фотохромного или цветного стекла толщиной К=(0,1÷0,3)·l размещены между слоями из прозрачного бесцветного стекла под углом α=(30÷45)° к граням стекла на расстоянии h=(1÷2)·l друг от друга, где l - толщина ограждения, равная l=(15÷30) мм, а торцы плоскопараллельных слоев фотохромного или цветного стекла выполнены в форме плоских граней и расположены параллельно граням стекла с образованием зазора δ=(2÷4) мм между ними.
