Иногда на оконном стекле появляется трещина, хотя его никто не ударял и видимых причин для повреждения нет. Это может произойти, как с обычным окном, так и с крупноформатным остеклением. Одна из возможных причин такого разрушения - термошок стекла. Термошок связан с неравномерным нагревом поверхности. Если одна часть стекла становится значительно горячее другой, материал испытывает внутренние напряжения. В определенных условиях они могут превысить прочность стекла, после чего возникает трещина. Причем причиной может стать обычное сочетание солнечного света, тени и особенностей расположения окна.

 

Разберемся, почему возникает термошок, какие факторы увеличивают его вероятность, и как этот риск учитывают при проектировании современного остекления.

 

 

Что такое термошок стекла

 

Стекло, как и большинство материалов, расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Пока вся поверхность нагревается или охлаждается относительно равномерно, это обычно не создает критических напряжений. Другая ситуация возникает, когда температура разных участков одного листа заметно отличается. Представим солнечный день: центральная часть стекла находится под прямыми лучами и постепенно нагревается, тогда как кромка скрыта в оконной конструкции и остается более холодной. Нагретая центральная часть стремится расшириться, но окружающие ее более холодные участки препятствуют этому. В результате в стекле возникают напряжения, причем растягивающие напряжения концентрируются в области кромки. Если они превысят ее фактическую прочность, от края начинает распространяться трещина.

 

Именно поэтому при оценке риска имеет значение не столько максимальная температура стекла, сколько разница температур между отдельными его участками. Стекло может выдерживать достаточно высокую температуру и при этом разрушиться при менее сильном, но неравномерном нагреве. В быту похожий принцип можно наблюдать, если сильно нагретую стеклянную посуду резко охладить. С оконным стеклом процесс обычно происходит не настолько быстро и очевидно, однако физическая причина остается схожей - различные участки материала изменяют свои размеры неодинаково.

 

 

Почему солнечный свет может стать причиной термошока

 

Сам по себе солнечный свет для оконного стекла совершенно нормален. Проблема возникает при определенном сочетании нагрева и затенения. Характерный пример - часть окна освещена солнцем, а другая находится в тени от козырька, балкона, выступа фасада или соседней конструкции. Освещенный участок нагревается быстрее, тогда как затененный остается холоднее.

 

Причем значение имеет даже форма тени. Устойчивое частичное затенение способно создавать более высокие температурные напряжения, чем равномерное освещение всей поверхности. Особенно неблагоприятными могут быть сложные границы тени, когда на стекле одновременно появляются сильно нагретые и относительно холодные зоны.

 

По этой причине риск зависит не только от самого стеклопакета, но и от архитектуры здания. На температурное распределение могут влиять:

 

- козырьки и навесы;
- глубокие наружные откосы;
- соседние части фасада;
- балконы;
- деревья и другие объекты, создающие устойчивую тень.

 

Расположение здания относительно сторон света также имеет значение. Условия нагрева южного фасада будут отличаться от северного, а утреннее и вечернее солнце воздействует на стекло иначе, чем дневное.

 

Сложные условия могут возникать весной и осенью. После холодной ночи края стекла остаются достаточно холодными, а солнечные лучи способны быстро нагреть открытую центральную часть. Поэтому наиболее жаркий летний день не обязательно является самым опасным с точки зрения температурных напряжений.

 

 

Частичное затенение может возникнуть и внутри помещения

 

Неравномерный нагрев стекла создают не только архитектурные элементы снаружи. Например, к окну вплотную поставили крупный предмет мебели. Солнечные лучи нагревают стекло, но отвод тепла с закрытого мебелью участка происходит иначе, чем с остальной поверхности. Похожая ситуация возможна с плотными шторами или жалюзи. Если между ними и стеклом остается небольшое пространство, нагретый воздух может задерживаться в этой зоне. В результате температура внутреннего стекла повышается неравномерно.

 

На температурный режим способны влиять и различные материалы, нанесенные непосредственно на поверхность стекла. Это могут быть пленки, плакаты, декоративные покрытия и другие элементы, изменяющие поглощение солнечной энергии отдельным участком.

 

Это не означает, что рядом с окном нельзя ставить мебель или использовать жалюзи. В большинстве обычных ситуаций проблем не возникает. Но при больших площадях остекления, интенсивном солнечном воздействии и определенных типах стекла такие факторы следует учитывать.

 

 

Отопительные приборы и локальный нагрев

 

Еще один источник температурной разницы находится уже внутри помещения - отопление. Радиаторы традиционно располагают под окнами, и само по себе такое размещение нормально. Поток теплого воздуха вдоль холодной поверхности окна помогает поддерживать комфорт возле остекления. Риск возникает при слишком интенсивном локальном воздействии, например, если мощный источник тепла находится очень близко к стеклу или нагревает только небольшую его часть.

 

В технических рекомендациях производителей стекла можно встретить требования к минимальному расстоянию между радиатором и остеклением. Конкретные значения зависят от типа стекла, конструкции стеклопакета и отопительной системы. Особенно осторожно следует относиться к направленным источникам тепла. Если горячий поток постоянно попадает на ограниченный участок холодного стекла, температурная разница может оказаться намного выше, чем при равномерном прогреве помещения.

 

 

Почему состояние кромки имеет большое значение

 

Трещина при термическом разрушении обычно начинается не где-нибудь в центре стекла, а от его края. Это связано с распределением напряжений и с тем, что именно кромка является одним из наиболее чувствительных участков листового стекла. На ней могут присутствовать микроскопические дефекты, возникшие при резке, обработке, транспортировке или монтаже. Глазом они иногда практически не различимы, но локально снижают прочность.

 

Получается, что два одинаковых стекла могут находиться практически в одинаковых температурных условиях, но одно выдержит возникшее напряжение, а другое треснет из-за повреждения кромки. Поэтому качество ее обработки важно не только с эстетической точки зрения. Поврежденная кромка способна выдерживать меньшие температурные напряжения, чем качественно обработанная.

 

Состояние кромки имеет значение и после изготовления стекла. Повредить ее можно во время транспортировки, сборки стеклопакета или установки. Именно поэтому стекло требует аккуратного обращения на всех этапах производства и монтажа.

 

 

Все ли стекла одинаково подвержены термошоку

 

Нет. Способность переносить температурные напряжения зависит от типа стекла, способа его обработки и характеристик поверхности. Обычное отожженное стекло обладает меньшей устойчивостью к температурным перепадам, чем стекло, прошедшее специальную термическую обработку.

 

Термически закаленное стекло значительно лучше переносит подобные нагрузки. Во время производства его нагревают до высокой температуры, а затем быстро и контролируемо охлаждают. В результате в поверхностных слоях формируются остаточные напряжения сжатия, которые повышают механическую прочность и устойчивость к температурным воздействиям. Поэтому при наличии значительного расчетного риска термического разрушения одним из решений может стать применение термически обработанного стекла.

 

Имеет значение и то, как стекло взаимодействует с солнечной энергией. В современных стеклопакетах используются не только обычные прозрачные стекла, но и низкоэмиссионные, солнцезащитные, окрашенные в массе и другие разновидности. Часть солнечного излучения проходит через стекло, часть отражается, а часть поглощается самим материалом. Чем больше энергии поглощается, тем сильнее при определенных условиях может нагреваться стекло.

 

Поэтому при оценке термического риска учитывают толщину и тип стекла, наличие покрытий и его положение в составе стеклопакета. Нельзя судить об устойчивости к термошоку только по количеству камер или общей толщине стеклопакета - значение имеет вся его формула.

 

 

Можно ли определить термошок по характеру трещины

 

У термического разрушения есть характерные признаки. Один из наиболее важных - начало трещины от края стекла. Для классического термического разрушения начальный участок трещины обычно идет примерно перпендикулярно к кромке. Затем направление может меняться, а сама трещина - разветвляться и распространяться дальше по поверхности.

 

Однако определять причину только по внешнему виду трещины не стоит. Стекло может разрушиться по множеству других причин:

 

- механическое воздействие;
- повреждение кромки;
- ошибки при монтаже;
- чрезмерное давление на стекло;
- деформация оконной конструкции;
- внутренние дефекты самого стекла.

 

У закаленного стекла существуют и свои специфические причины разрушения. Поэтому похожий внешний вид повреждения еще не доказывает, что причиной был именно термошок.

 

Для точного определения причины специалисту важно найти место, откуда началось разрушение, и исследовать характер трещины в этой области. Проблема заключается в том, что кромка стекла обычно скрыта внутри рамы, поэтому визуального осмотра установленного окна может оказаться недостаточно. Если стекло внезапно треснуло, правильнее сохранить фрагменты и обратиться к специалистам, а не сразу делать вывод о термошоке.

 

 

Как риск термошока учитывают при проектировании

 

В профессиональном остеклении термический риск можно оценивать заранее. Производители стекла используют специальные методики и расчетные инструменты, позволяющие определить вероятные температурные напряжения для конкретной конфигурации. При расчете могут учитываться тип и толщина стекла, его способность поглощать солнечную энергию, ориентация остекления, климатические условия, затенение, внутренние солнцезащитные системы, отопительные приборы и другие факторы.

 

Особое внимание этому вопросу уделяется при крупноформатном и панорамном остеклении. Дело не в том, что большое стекло само по себе обязательно сильнее подвержено термошоку. На крупной поверхности просто возрастает вероятность того, что разные ее участки окажутся в разных условиях: одна часть будет освещена солнцем, другая попадет в тень, а условия нагрева верхней и нижней зон могут заметно отличаться.

 

Если расчет показывает повышенный риск, конструкцию можно изменить. В зависимости от ситуации выбирают другое стекло, применяют термическую обработку, меняют состав стеклопакета или устраняют факторы, создающие слишком большую разницу температур.

 

 

Как снизить вероятность термического разрушения в эксплуатации

 

Большинство современных окон при правильном проектировании спокойно работает при обычных температурных воздействиях. Владельцу не требуется постоянно следить за температурой стекла. Тем не менее стоит избегать ситуаций, при которых один небольшой участок стекла подвергается сильному нагреву или охлаждению относительно остальной поверхности.

 

Не следует без учета характеристик остекления наклеивать на значительную часть стекла темные пленки и другие материалы, способные сильно изменить поглощение солнечной энергии. Плотные предметы интерьера и солнцезащитные системы желательно располагать так, чтобы между ними и стеклом сохранялась возможность нормального движения воздуха. Особого внимания требуют мощные отопительные приборы и другие источники направленного тепла возле остекления.

 

При проектировании крупных окон, фасадов или стеклопакетов со специальными стеклами вопрос температурных нагрузок лучше решать еще до изготовления конструкции.

 

 

Заключение

 

Трещина на оконном стекле не всегда означает, что по нему ударили или что само стекло было изначально некачественным. Одной из возможных причин является термошок - разрушение под действием напряжений, возникающих из-за разницы температур между отдельными участками стекла.

 

На вероятность такого разрушения влияют характер солнечного освещения, затенение, свойства самого стекла, состояние его кромки, расположение отопительных приборов и особенности эксплуатации помещения. Причем несколько факторов могут действовать одновременно.

 

В большинстве обычных окон температурные нагрузки не приводят к проблемам. Но чем сложнее остекление и условия его эксплуатации, тем важнее учитывать термические напряжения еще на этапе проектирования. Это позволяет подобрать подходящий состав стеклопакета и тип стекла с учетом реальных условий, в которых будет работать окно.