История создания технологии «Теплового зеркала» относится к временам энергетического кризиса на Западе. В начале 70-х годов группа профессоров из Массачусетского Технологического Института (США) поставила перед собой задачу широкого использования достижений военно-космической отрасли для целей энергосбережения в быту. Взяв за основу передовые технологии магнетронного напыления низкоэмиссионных покрытий, применяемых для защиты от радиационного и других видов излучений прозрачных частей скафандров космонавтов, ученые предложили целый ряд изобретений с последующей доработкой и внедрением их в промышленность. Одним из таких изобретений является стеклопакет «Тепловое Зеркало». Как работает «Тепловое Зеркало»? Принцип действия «Теплового Зеркала» может быть выражен следующим образом: oно отражает тепло в сторону его источника: в летнее время, предотвращая проникновение тепла в помещение, — наружу, а зимой — внутрь помещения. Уникальная конструкция «Теплового Зеркала» объединяет положительные характеристики двухкамерного остекления и низкоэмиссионного покрытия стекла, позволяя достичь наиболее высоких показателей термического сопротивления окон, близкие по значениям к термическому сопротивлению стен. В основе предложенного решения лежит учет всех особенностей передачи тепловой энергии через светопрозрачные ограждающие конструкции, которая осуществляется тремя основными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Потери тепла через остекление путем теплопроводности и конвекции относительно невелики (примерно по 15%) в сравнении с третьей составляющей теплообмена — тепловым излучением — процессом передачи теплоты с помощью электромагнитных волн. Он состоит в превращении внутренней энергии тела в энергию излучения поверхности и лучистой энергии в тепловую на поглощающей лучистое тепло поверхности. Таким образом, светопрозрачная часть обычных окон, состоящая из любого числа стекол и воздушных (либо газонаполненных) зазоров, принципиально не может предотвратить радиационные теплопотери. Поэтому практически единственным путем существенного увеличения теплоизоляционных характеристик окон является дополнительное введение в их конструкцию светопрозрачного фильтра с низкоэмиссивным покрытием, отражающим тепловое излучение. Натяжение одной или двух прозрачных пленок с низкоэмиссивным покрытием в межстекольном пространстве стеклопакета решает проблему громоздких оконных конструкций с трех- и четырехкамерным остеклением, а в комбинации с аргоном или криптоном настолько повышает энергоэффективнось окон, что они могут выполнять уже не просто ограждающую, но и отопительную функцию. Разработанное американскими учеными покрытие имеет от шести до двенадцати слоев атомарной толщины различных материалов и практически невидимо для глаза. При этом оно селективно отражает, поглощает или пропускает электромагнитные излучения различных длин волн. Характеристики покрытия заданы таким образом, что оно пропускает через стекло видимую часть света, но отражает инфракрасные (тепловые) и полностью блокирует вредные ультрафиолетовые лучи. В качестве основного компонента стеклопакета «Тепловое Зеркало» используется суперпрочная оптическая полиэтилентерафталантная пленка толщиной 75 мкм с низкоэмиссионным напылением (с примерной структурой: диэлектрик (30 нм)/металл (10–20 нм)/ диэлектрик (30 нм)/металл и т.д.). Эти покрытия различаются по спектраль-но-селективным свойствам и используются в зависимости от их функционального назначения. Слои металлов (золото, серебро, титан и др.) обеспечивают селективное пропускание электромагнитных волн в спектре излучения, прозрачные же для излучения слои диэлектрических покрытий (например, оксид индия) защищают металлы от окисления. Спектр излучения солнца охватывает ближний УФ-диапазон (300–400 нм), где содержится примерно 1% солнечной энергии, видимый диапазон — 53% солнечной энергии и ближний ИК-диапазон (760–250 нм) — 46% солнечной энергии. Максимум теплового излучения, выходящего из помещения с температурой около 20°С, располагается в диапазоне 10 000 нм. Идеальный теплосберегающий фильтр должен пропускать всю энергию солнечного излучения и полностью отражать тепловую энергию помещения, т.е. граница пропускания фильтра должна располагаться в области 2500 нм. Идеальный солнцезащитный фильтр должен полностью пропускать видимое излучение солнца и иметь граничную длину волны около 760 нм и совершенно не пропускать тепловую энергию солнца. По сочетанию двух основных свойств — степени черноты менее 0,05 и прозрачности в видимом диапазоне более 80% — некоторым пленкам фирмы Southwall Technologies сегодня нет равных в мире. Вследствие установки и натяжения только одной такой пленки в межстекольном пространстве не только отсекаются огромные (70%) потери теплоты путем излучения, но и уменьшается конвекция, что в совокупности увеличивает сопротивление теплопередаче конструкции остекления на 50% и более. Небольшой вес, нормативная светопрозрачность и звукозащитные качества дополняют техническую характеристику этих изделий. Окна с «Тепловыми Зеркалами» называют «самоокупаемыми». Подсчитано, что в среднем 1 м2 «Теплового Зеркала» экономит 340 кВт•ч в год. Повышенные затраты на установку «Тепловых Зеркал» быстро окупаются за счет экономии на системах отопления и кондиционирования. Установка «Тепловых Зеркал» при реставрации старых зданий окупается в течение 3–5 лет, в то время как замена старых окон на окна с обычными однокамерными стеклопакетами — только в течение 15–20 лет. «Тепловое Зеркало» обеспечивает практически 100%-ю защиту от УФ-излучения. Обычные стекла пропускают до 70% вредных УФ-лучей, которые вызывают выцветание ковров, занавесок, картин и мебели. Это особенно важно для витрин магазинов с одеждой, мебелью, а также для остекления библиотек, художественных галерей и музеев. Популярное заблуждение о бактерицидных свойствах, приписываемых УФ-лучам, не имеет никакого научного обоснования. Фактически только высокие дозы УФ-облучения, которые достигаются при длительном облучении кварцевыми лампами, могут очистить помещение от некоторых видов бактерий. Подводя итог вышесказанному, упомянем коротко основные достоинства стеклопакетов «Тепловое Зеркало»: o обеспечивают отсутствие потоков холодного воздуха и ощущения холода вблизи окон в зимнее время; o позволяют сократить тепловые потери зимой на 60%; o исключают солнечный перегрев летом без использования штор или затемненных стекол; o позволяют снизить затраты на кондиционирование летом на 30%; o поддерживают равномерную температуру в помещении в течении всего года; o на 18% эффективнее противодействие внутреннему запотеванию; o обладают улучшеными показателями звукоизоляции; o предотвращают выцветание обоев, картин, обивки мебели и ковров. Типы покрытий стеклопакетов «Тепловое Зеркало» В настоящее время изготавливаются и применяются примерно 12 видов пленки — от прозрачной до бронзовой и золотистой. Пленки маркируются в зависимости от светопропускающей способности — HPR 38, HPR 28, HPR 18, а также HM 88, ТС 88, SC 75, HM 77… HM 22, где цифрой обозначен максимум пропускания видимого света в процентах. Пленки марки HM 88 и пленка с двухсторонним покрытием марки ТС 88 — практически прозрачны и рассчитаны на применение в стеклопакетах в северных климатических зонах, где важны дополнительные теплопоступления от солнца для обогрева помещений. Такие окна могут выполнять роль пассивных гелиосистем. Для климатических условий в странах со значительной солнечной нагрузкой интенсивность солнечных энергопоступлений на вертикальные поверхности конструкций зданий в отопительный период сопоставима с июльскими. Расчет теплового баланса месячных (январских) теплопотерь и теплопритоков через несколько типов окон при различной их ориентации для января показал, что для исследованного стеклопакета «Тепловое Зеркало» марки ТС 88 (4/12/12/4) при его ориентации на юг поступления тепла в отопительный период через 1 м2 вертикально расположенной светопрозрачной конструкции превышают теплопотери. Поэтому применение таких стеклопакетов возможно в любых строительных сооружениях. Они обеспечивают не только высокие теплозащитные характеристики окон, но и дополнительный обогрев помещений, высокий уровень УФ-защиты. Стеклопакеты с пленками марок HM 77, HM 66 и НМ 55 обладают более высокой теплоотражающей способностью и рекомендуются к применению в окнах на западных и южных фасадах с большой площадью остекления и в любых зданиях, где требуется хорошая светопроницаемость и одновременно высокая солнцезащита. Это могут быть школы, больницы, музеи, библиотеки. Целесообразно устанавливать такие стеклопакеты на вертикальных плоскостях теплиц, соляриев, зимних садов и оранжерей. Внешне стеклопакеты с пленками указанных марок похожи на HM 88, но обладают большим солнцезащитным действием, чем матовые или затемненные, часто используемые в банках и торговых центрах. Еще большую степень солнцезащиты обеспечивают стеклопакеты с пленками марок SC 75 и HM 44. Они применяются при наклонном остеклении зданий, где требуется более сильная солнцезащита и высокая светопроницаемость — оранжереи, помещения с вертикальным остеклением, обращенным преимущественно на юг. Максимальной солнцезащитой и высокой степенью отражения обладают стеклопакеты с пленками марок HM 33 и HM 22. Именно поэтому они широко используются в крупных нежилых зданиях с естественным освещением, поступающим сквозь остекленные крыши, а также при наклонном остеклении соляриев для защиты от вредных излучений. Особняком стоит класс пленок HPR, прозрачных с одной стороны и зеркальных с другой. Они защищают от посторонних глаз банк, офис, любое помещение на первом этаже, оставляя его прозрачным изнутри. Небольшой вес, высокая теплоотражающая способность в диапазоне инфракрасного коротковолнового и длинноволнового излучений, возможность выбора типов пленки с различными показателями светопропускания и солнцезащиты в зависимости от климатических условий, уровня теплоизоляции, этажности и ориентации здания по сторонам света позволяют говорить о комплексе оптимального размещения и проектирования светопрозрачных конструкций со стеклопакетом «Тепловое Зеркало» в различных точках планеты. Поэтому «Тепловое Зеркало» завоевало заслуженную популярность как в холодных странах: Финляндии, Норвегии, Аляске, так и в жарких: Саудовской Аравии и Кувейте.