Самоочищающиеся окна: покрытия и технологии

Панорамное остекление, высокие окна, стеклянные крыши, зимние сады и фасады выглядят эффектно ровно до того момента, пока поверхность не покрывается пылью, следами дождя и органическими загрязнениями. Чем больше площадь стекла и сложнее доступ к наружной стороне, тем заметнее становится вопрос ухода.

Именно для таких задач появились самоочищающиеся стекла. Название звучит почти фантастически: будто достаточно установить окно и больше никогда не брать в руки средство для мытья стекол. На практике технология работает гораздо интереснее и одновременно прозаичнее.

Самоочищающееся окно не моет себя самостоятельно. В стеклопакете нет скрытых форсунок, щеток или миниатюрных роботов. Основную работу выполняет очень тонкое функциональное покрытие, а помогают ему обычные природные факторы: дневной свет и вода.

Покрытие изменяет свойства наружной поверхности стекла. Загрязнения хуже удерживаются на ней, органические соединения постепенно разрушаются под действием света, а вода распределяется иначе, чем на обычном стекле. В результате поверхность дольше сохраняет аккуратный вид и значительно легче очищается.

Но что именно происходит на уровне стекла?

Что называют самоочищающимся стеклом

В строительном остеклении под самоочищающимся обычно понимают стекло со специальным прозрачным функциональным слоем на внешней поверхности.

Одна из наиболее известных технологий основана на диоксиде титана TiO₂. Покрытие обладает двумя принципиально важными свойствами: фотокаталитической активностью и гидрофильностью. Именно сочетание этих механизмов обеспечивает эффект самоочистки.

Стекло внешне практически не отличается от обычного. Покрытие настолько тонкое, что не превращает окно в заметно матовую или непрозрачную поверхность.

Сам принцип можно представить как систему из двух последовательных этапов.

Сначала солнечный свет помогает ослабить и разрушить органические загрязнения.

Затем вода распределяется по стеклу пленкой и уносит часть загрязнений с поверхности.

Получается своеобразная команда из солнца и дождя: первое подготавливает грязь к удалению, второй завершает работу.

Это принципиально отличает настоящие фотокаталитические самоочищающиеся стекла от обычных составов, которые просто заставляют воду скатываться каплями.

Первый этап: фотокатализ

Основой многих самоочищающихся покрытий служит диоксид титана. Под воздействием ультрафиолетовой составляющей дневного света покрытие проявляет фотокаталитические свойства.

Если не углубляться в сложную химию, процесс можно описать достаточно просто. Свет запускает реакции на поверхности покрытия, благодаря которым органические загрязнения постепенно разрушаются и слабее удерживаются на стекле.

Это особенно важно для загрязнений, содержащих органические компоненты:

• следов насекомых;
• некоторых атмосферных загрязнений;
• органической пыли;
• остатков растительного происхождения;
• пленки, образующейся на стекле под воздействием окружающей среды.

Причем прямые солнечные лучи не являются абсолютным обязательным условием. Для активации фотокаталитического покрытия используется ультрафиолетовая составляющая естественного дневного света.

Однако ждать мгновенного исчезновения пятна не стоит. Это химический процесс, а не механическая мойка.

Если на стекло попало большое количество грязи, строительного раствора или другого плотного загрязнения, поверхность не станет прозрачной через несколько минут только благодаря солнечному свету.

Самоочистка работает постепенно.

Второй этап: вода распределяется по-другому

На обычном стекле дождь собирается в отдельные капли. Они движутся вниз неравномерно, частично испаряются и могут оставлять характерные следы.

На гидрофильной поверхности картина меняется.

Вода стремится распределиться по стеклу более равномерным тонким слоем. Такой эффект помогает захватывать ослабленные загрязнения и смывать их с поверхности. После этого вода может высыхать более равномерно, поэтому вероятность появления выраженных следов отдельных капель уменьшается.

Это одна из особенностей технологии, которая на первый взгляд кажется парадоксальной.

Обычная логика подсказывает, что хорошее защитное покрытие должно отталкивать воду. Здесь происходит почти противоположное: поверхность становится гидрофильной, то есть вода хорошо ее смачивает.

Вместо десятков капель получается практически сплошная водяная пленка.

Именно этот эффект и помогает дождю выступать в роли естественного ополаскивателя.

Гидрофильное и гидрофобное покрытие: в чем разница

Эти технологии иногда объединяют под общим названием самоочищающиеся, хотя работают они по-разному.

Гидрофильная поверхность

Она способствует растеканию воды.

Такой принцип характерен для фотокаталитических стекол на основе диоксида титана. Сначала покрытие помогает разрушать органические загрязнения, затем вода распределяется по поверхности и смывает их.

Гидрофобная поверхность

Здесь задача противоположная: уменьшить сцепление воды со стеклом.

Влага собирается в капли, которые легче скатываются по поверхности, забирая часть загрязнений. Похожий эффект можно заметить на некоторых защитных покрытиях для автомобильных стекол.

Гидрофобные составы действительно способны облегчать уход, но сам по себе водоотталкивающий эффект еще не означает наличие фотокаталитического механизма.

Поэтому перед выбором стекла стоит смотреть не только на красивое название технологии, но и на принцип ее работы, способ нанесения покрытия, рекомендации производителя и предполагаемый срок его службы.

Где находится самоочищающийся слой

Функциональное покрытие должно взаимодействовать с окружающей средой, поэтому его располагают на наружной поверхности стеклопакета.

Это логично: именно сюда попадают солнечный свет, дождь и внешние загрязнения.

Производственные технологии нанесения отличаются. Например, для некоторых промышленных самоочищающихся стекол покрытие формируют непосредственно во время производства стекла методом химического осаждения из газовой фазы на горячую поверхность. В результате получается очень тонкий прочно связанный со стеклом функциональный слой.

Это важное отличие заводского покрытия от средства, которое наносят вручную на уже установленное окно.

Нельзя автоматически считать такие решения взаимозаменяемыми.

Заводское функциональное стекло проектируется как единый материал с заданными характеристиками поверхности, тогда как нанесенные впоследствии составы могут иметь другой механизм работы и иной срок службы.

Правда ли такие окна вообще не нужно мыть

Нет. Термин самоочищающееся не стоит воспринимать буквально.

Технология прежде всего уменьшает скорость накопления некоторых загрязнений и облегчает их удаление.

Даже производители подобных стекол отмечают, что при сильном загрязнении или длительном отсутствии дождя поверхность может потребовать промывания чистой водой либо обычной аккуратной очистки.

Стекло не способно самостоятельно удалить абсолютно все.

Например, проблемы могут создавать:

• толстый слой пыли;
• песок;
• строительные смеси;
• цементные брызги;
• краска;
• клей;
• некоторые минеральные отложения;
• сильные локальные загрязнения.

Есть и еще один нюанс. Основное преимущество фотокаталитического механизма связано именно с органическими загрязнениями. Минеральная пыль не может просто разложиться под действием света.

Зато правильно работающая поверхность может снижать ее сцепление и помогать воде удалять загрязнения при последующем ополаскивании.

Поэтому более точным названием технологии было бы стекло с облегченной естественной очисткой. Оно звучит не так эффектно, зато гораздо лучше описывает результат.

Нужен ли дождь

Для полноценной работы классической двухступенчатой системы вода действительно играет важную роль.

Солнце подготавливает поверхность, но загрязнения необходимо физически удалить. Эту функцию выполняет дождь, а при его отсутствии стекло можно периодически промывать водой.

Отсюда вытекает важное правило проектирования.

Лучше всего технология проявляет себя там, где наружная сторона стекла получает достаточно дневного света и контактирует с водой.

Если окно полностью скрыто глубоким архитектурным козырьком и дождь практически никогда не попадает на поверхность, эффект естественного смывания будет слабее.

Это не означает, что покрытие перестанет работать полностью. Просто один из двух механизмов окажется ограничен.

Что происходит зимой

Зимой условия становятся сложнее.

Снег, лед, перепады температуры и недостаток жидкой воды не позволяют рассчитывать на такой же режим очистки, как во время теплого дождя. Самоочищающееся покрытие не является системой обогрева и не растапливает лед.

С наступлением теплой погоды поверхность снова может участвовать в обычном цикле фотокатализа и водного смывания.

Поэтому технология не отменяет сезонные особенности эксплуатации окон.

Для каких окон технология особенно интересна

Главное преимущество самоочищающегося стекла становится заметным не там, где створку можно открыть и за несколько минут протереть с обеих сторон.

Гораздо интереснее оно для труднодоступного остекления.

Например, для высоких окон второго света. Такие конструкции дают много естественного освещения и визуально увеличивают пространство, но добраться до верхних стекол без специального оборудования непросто.

Похожая ситуация возникает с зимними садами, стеклянными кровлями, верхними фрамугами и большими глухими элементами.

В архитектуре частных домов технология может быть полезна для:

• панорамного остекления;
• окон второго света;
• остекления лестничных пространств;
• высоких глухих окон;
• зимних садов;
• наклонного остекления;
• стеклянных элементов кровли.

Чем сложнее доступ к наружной поверхности, тем заметнее практический смысл покрытия.

Но проектировать конструкцию нужно комплексно. Самоочистка не исправит неудачную геометрию фасада или отсутствие нормального водоотведения.

Наклон стекла тоже имеет значение

Особенно хорошо это видно на стеклянных крышах.

Для смывания загрязнений вода должна нормально уходить с поверхности. Если стекло расположено почти горизонтально, влага способна задерживаться, а вместе с ней останутся частицы загрязнений.

Например, для одного из известных промышленных самоочищающихся стекол производитель рекомендует при кровельном применении обеспечивать наклон не менее 10 градусов от горизонтали, чтобы вода могла эффективно стекать.

Это хороший пример того, почему недостаточно просто заказать стекло с нужным покрытием.

Результат зависит еще и от того, как оно установлено.

Можно ли повредить покрытие

С самоочищающейся поверхностью нужно обращаться в соответствии с рекомендациями производителя конкретного стекла.

Несмотря на то, что некоторые заводские покрытия прочно связаны с поверхностью, это не означает, что их можно чистить любым абразивом.

Жесткие скребки, металлические предметы, абразивные порошки и случайные агрессивные составы вообще плохо сочетаются с современными функциональными стеклами.

Кроме механического повреждения существует проблема загрязнения самого покрытия веществами, изменяющими его поверхностные свойства.

Например, производитель указывает, что загрязнение определенных самоочищающихся стекол силиконовыми маслами способно нарушить гидрофильный эффект. Поэтому при монтаже необходимо применять совместимые материалы и соблюдать технологические рекомендации.

Это особенно важно на строительном объекте.

Стекло можно заказать правильное, но неаккуратный монтаж способен значительно ухудшить результат.

Самоочищающиеся покрытия и энергосбережение — одно и то же?

Нет.

Эти свойства решают разные задачи.

Самоочищающийся слой работает прежде всего с состоянием наружной поверхности стекла.

Энергосберегающие покрытия предназначены для управления тепловым излучением и помогают улучшать теплотехнические характеристики стеклопакета.

Солнцезащитные стекла уменьшают поступление части солнечной энергии в помещение.

На одном стеклопакете разные функции могут сочетаться, если конкретная система допускает такую конфигурацию. На рынке существуют решения, объединяющие самоочищающиеся свойства с солнцезащитой и теплоизоляционными характеристиками.

То есть современное стекло давно перестало быть просто прозрачной перегородкой между улицей и комнатой.

Один стеклопакет может решать сразу несколько задач, но для этого необходимо правильно определить, какие покрытия нужны, на каких поверхностях они должны находиться и совместимы ли они друг с другом.

Есть ли у самоочищающегося стекла минусы

Есть, и их полезно учитывать еще до заказа.

Первый — технология не устраняет необходимость ухода полностью.

Второй — эффективность зависит от условий эксплуатации. Свет, вода, угол расположения стекла и характер загрязнений непосредственно влияют на результат.

Третий — самоочищающееся стекло имеет смысл далеко не в каждой конструкции. Для небольшого окна на первом этаже, к которому легко подойти с обеих сторон, дополнительные затраты могут быть менее оправданными, чем для огромного стеклянного фасада.

Четвертый — необходим грамотный монтаж. Функциональная сторона стекла должна находиться в правильном положении, а контактирующие с ней монтажные материалы должны соответствовать требованиям производителя.

Пятый — чудес ждать не следует. Засохшие строительные смеси или толстый слой грязи никакое фотокаталитическое покрытие не превратит за несколько часов в идеально прозрачное стекло.

Именно реалистичные ожидания позволяют оценить технологию правильно.

Самоочищающееся стекло или обычное: что выбрать

Смотреть стоит прежде всего на архитектуру объекта.

Для стандартных открывающихся окон самоочищающееся покрытие скорее повышает удобство эксплуатации, чем решает критически важную проблему.

Для больших труднодоступных конструкций ситуация меняется.

Представьте панорамное окно высотой в два этажа. Обычное стекло и стекло с облегченным уходом выглядят после установки практически одинаково. Но через несколько лет разница проявляется не столько во внешнем виде самого материала, сколько в процессе обслуживания.

Если для каждой полноценной мойки приходится организовывать доступ на высоте, даже частичное сокращение объема работ становится заметным преимуществом.

Поэтому технология особенно логична там, где очистка сложна, дорога или требует специального оборудования.

Как выбирать самоочищающееся остекление

Ориентироваться только на слово «самоочищающееся» в описании недостаточно.

Перед заказом полезно выяснить:

• какой именно механизм используется;
• является ли покрытие заводским;
• на какой поверхности стеклопакета оно располагается;
• какие загрязнения оно помогает удалять;
• нужен ли прямой контакт с дождевой водой;
• какие требования предъявляются к монтажу;
• какими средствами разрешена последующая очистка;
• можно ли сочетать выбранное стекло с энергосберегающим или солнцезащитным решением.

Особенно важно рассматривать не отдельное стекло, а стеклопакет и окно целиком.

Толщина и тип стекол, дистанционные рамки, профильная система, герметизация, фурнитура, ориентация фасада, площадь конструкции и способ монтажа влияют на итоговые характеристики не меньше красивого названия покрытия.

Куда движутся технологии самоочищающихся окон

Развитие функционального остекления идет в сторону многофункциональных поверхностей.

Инженерам уже недостаточно сделать стекло просто прозрачным. От него ожидают контроля солнечной энергии, снижения теплопотерь, уменьшения загрязнения, защиты от перегрева и сохранения естественного освещения.

Самоочищающиеся фотокаталитические покрытия хорошо вписываются в этот подход.

Исследования материалов на основе TiO₂ продолжаются, а сочетание фотокатализа и высокой смачиваемости поверхности остается одним из ключевых направлений разработки самоочищающихся строительных материалов.

Особенно перспективны такие решения для архитектуры с большой площадью остекления. Чем больше стекла появляется на фасадах, тем серьезнее становится вопрос не только его теплотехнических характеристик, но и дальнейшего обслуживания.

И здесь технология постепенно меняет сам подход: вместо постоянной борьбы с загрязнениями поверхность проектируют так, чтобы она меньше способствовала их накоплению.

Что важно запомнить

Самоочищающиеся окна существуют, однако работают они не так, как может показаться из названия.

Наиболее распространенный принцип основан на сочетании фотокаталитического и гидрофильного эффектов. Дневной свет способствует разрушению органических загрязнений, а вода растекается по поверхности и помогает смывать их.

Такая технология не отменяет мойку окон навсегда и не справляется одинаково со всеми типами загрязнений. Зато она способна заметно упростить эксплуатацию большого и труднодоступного остекления, где регулярная ручная очистка превращается в отдельную задачу.

При выборе важен комплексный подход. Нужно учитывать назначение помещения, расположение окон, площадь остекления, доступ дождевой воды, ориентацию фасада и совместимость функциональных покрытий.

Компания «Окна Роста» занимается производством светопрозрачных конструкций из пластиковых, алюминиевых и деревянных профильных систем. Собственное автоматизированное производство позволяет контролировать изготовление конструкции на всех основных этапах. Если для проекта рассматривается большое, панорамное или технически сложное остекление, можно обратиться к специалистам компании и подобрать конфигурацию стеклопакета с учетом условий эксплуатации и требуемых функций.