ガラス（窓）

グレージングは​​、中英語の「ガラス」に由来し、ガラスでできた壁や窓の一部です。^{[1] [2]}グレージングは​​、プロの「ガラス工」が行う作業も表します。グレージングは​​、眼鏡のフレームに眼科用レンズを挿入することを指すためにもあまり一般的ではありません。^[3]

建築用途でよく使われるガラスの種類には、透明および着色フロートガラス、強化ガラス、合わせガラス、各種コーティングガラスなどがあり、これらはすべて、単層ガラス、二重ガラス、さらには三重ガラスとしてガラス張りにすることができます。通常の透明ガラスはわずかに緑がかっていますが^[4]、いくつかのメーカーが特別な無色のガラスを提供しています。^[5]

グレージングは​​、通常、木材、アルミニウム、またはPVCで作られた窓 枠またはドア 枠の表面に取り付けることができます。ガラスは、三角形のグレージングポイント、パテなど、さまざまな方法でフレームの溝 (リベット)に固定されます。強化ガラスとラミネートガラスは、ドリルで開けた穴にボルトを通して金属フレームに直接窓ガラスをボルトで固定することでグレージングできます。

集めた熱を保持するのに役立つため、低温太陽熱集熱器ではガラスがよく使用されます。

窓にガラスが使われた最初の記録は、紀元後 1 世紀のローマ人によるものです。このガラスは原始的で、基本的には吹きガラスを平らにした円筒で、透明度はそれほど高くありませんでした。11 世紀には、ガラスを円盤状に回転させて薄い円形の窓を作る技術が開発されました。また、円筒を再び形成して、今度は端から端まで切り取って広げ、長方形の窓を作る技術も開発されました。新しい円筒法は 19 世紀まで主流の手法であり、個々のガラス板のサイズは円筒の寸法に制限されていました。

連続プレート生産は、ローラーを通してガラスのリボンを引っ張るヘンリー・ベッセマーによって 1848 年に発明されました。これによりガラスの厚さが標準化されましたが、製造後にガラスの両面を研磨する必要があり、時間と費用がかかることから、大量生産での使用には限界がありました。このプロセスは次の世紀を通じて徐々に改良され、コストを下げるために自動グラインダーと研磨機が追加されました。

1950年代にフロートガラス製造プロセスが開発され、大規模な大量生産の連続ガラス生産が飛躍的に進歩しました。溶融ガラスを溶融スズの表面に注ぎ、平らに伸ばしてリボン状に引き出すことができます。このプロセスの利点は、任意のサイズに拡張でき、研磨や研削を必要とせずに高品質のガラスを製造できることです。フロートガラスは、今日に至るまで最も多く使用されているタイプのガラスです。^[6]

グレージングに使用される最も一般的なガラスはソーダ石灰ガラスで、他の種類のガラスに比べて多くの利点があります。シリカ（SiO ₂）は、この材料の重量の70〜75％を占め、その組成の大部分を占めています。純粋なシリカの融点は、大規模製造で達成するには法外な費用がかかるため、酸化ナトリウム（ソーダ、Na ₂ O）が添加され、融点が下がります。しかし、ナトリウムイオンは水溶性であり、これは望ましい特性ではありません。そのため、溶解度を下げるために酸化カルシウム（石灰、CaO）が添加されます。その結果、高品質で透明で、比較的安価に製造でき、リサイクルが容易な製品が完成します。^[7]

HVAC エネルギーコストの約 25% ～ 30% は、窓のガラスを通した熱の増減によって生じます。^[8]そのため、ガラスを通した熱伝達を最小限に抑えるためのさまざまな方法が開発されてきました。ガラス自体は対流による伝達の障壁となるため、熱伝達を減らすための 2 つの戦略は、伝導と放射を最小限に抑えることに重点を置いています。

伝導を減らす戦略は、2枚以上のガラスを直列に使用し、それぞれを空間で分離する断熱ガラスの使用です。二重ガラスの窓は、単板ガラスに比べて大幅なエネルギー節約を提供するため、新しい住宅設備では標準です。個々のガラス板は断熱性が低く、 R値（断熱性）、つまり物体の熱伝導に対する抵抗の尺度は0.9です。しかし、2枚のガラスを間に隙間を設けて直列に配置し、スペーサーで固定して密閉すると、隙間の静止ガスが絶縁体として機能します。理想的な隙間のサイズは場所によって異なりますが、平均して15〜18 mmの厚さで、一般的なガラスの厚さを4 mmと仮定すると、最終的な組み立てサイズは23〜26 mmになります。^[9]隙間に空気がある二重ガラスの窓のR値は2.1で、単板ガラスのR値0.9よりもはるかに優れています。それほど一般的ではないが、極端な温度環境で時々使用される三重ガラスの窓の R 値は 3.2 です。これらの値は、R 値が 12 ～ 15 から始まる壁の値よりもはるかに低いですが、それでも熱伝達の減少は相当なものです。アルゴン (またはあまり一般的ではありませんが、クリプトンやキセノン) などの伝導率の低いガスで隙間を埋めることで、さらに高い R 値を得ることができます。^[10]伝導を減らすための最後の代替方法は、ガラス板の間に真空を作り、それを維持することです。これにより、非常に高い R 値 10 を達成しながら、必要なガラス板間の隙間を 2 mm に大幅に縮小し、アセンブリ サイズを 10 mm まで小さくすることができます。この技術は 1996 年に初めて商業的に発売され、その後数十年間で数百万個が生産されましたが、ほとんどの用途ではまだ高価すぎて、広く採用されていません。^[11]

放射を減らす戦略としては、ガラスに低放射率（Low-E）コーティングを施し、当たる赤外線の多くを反射させるというものがあります。Low-Eコーティングには2種類あります。^[12] 1つ目はSolar Control Low-Eで、入射する太陽放射を遮断して建物内の熱の吸収を減らし、その熱を除去するための冷房コストを削減することを目的としています。二重ガラスの窓に取り付ける場合、コーティングは外側のガラスの内側の面に施され、オプションで内側のガラスの内側の面にも施されて断熱性能も向上します。このタイプのコーティングは、冷房が支配的な気候や内部負荷の大きい建物に最も適しており、主な目的は建物の過熱を防ぐことです。

暖房が支配的な気候では、2 番目のタイプの低放射コーティングがより適しています。これはパッシブ低放射コーティングで、建物内の熱を保持することを目的としています。これらのコーティングは、太陽からの短波赤外線をそれほど遮断しませんが、内部から来る長波赤外線は遮断し、温室のような役割を果たします。これらのコーティングは、ガラスの内側の窓ガラスに塗布します。太陽熱の吸収を抑えたい場合は外側に塗布し、太陽熱の吸収を増やしたい場合は内側に塗布します。特に、二重または三重ガラスの窓と組み合わせると、低放射コーティングで達成される R 値は非常に高くなり、アルゴンで満たされた 3 枚のガラス窓に 1 つの低放射コーティングを施した場合の R 値は 5.4 になります。^[10]低放射コーティングの 1 つのトレードオフは、主に窓を通過する赤外線の量を減らすことを目的としていますが、通過する可視光の量もいくらか減らすため、結果として建物の照明需要が高まる可能性があることです。

ガラスにLow-Eコーティングを施す方法は、ハードコートとソフトコートの2つがあります。ハードコートは、フロートガラスの製造工程でスズ浴中またはスズ浴直後に塗布されます。この方法では、既存の製造工程で塗布されるため、非常に耐久性があり安価なコーティングができます。ただし、エネルギー効率はソフトコート法ほど高くなく、赤外線の透過率も高くなります。一方、ソフトコートは、ガラスが製造され、カットされた後塗布されるため、透明度が高く、断熱性も高くなります。ただし、製造工程が増えるため、製造コストが高くなります。また、コーティングは風雨にさらされると劣化するため、二重窓の内側にしか塗布できません。一般に、ソーラーコントロールLow-E窓はソフトコートで、パッシブLow-E窓はソフトコートの放射率が低いため、ハードコートです。^{[13] [14]}

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