Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okladka SS-12-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 budma750x200

  swiat szkla 750x100 2

 

lisec SS FastLAne

 

Ankieta

Czy montują Państwo lustra u klienta za pomocą kleju silikonowego?
 
Czy uważają Państwo, że klej do luster LAKMA jest lepszy od innych klejów dostępnych na rynku?
 
Czy stosują Państwo klej do luster firmy LAKMA?
 
* Spektrofotometryczne badania właściwości szkieł budowlanych
Data dodania: 18.11.10

Trudno sobie dzisiaj wyobrazić współczesny świat pozbawiony szkła. Ma ono zastosowanie w wielu dziedzinach życia i, w zależności od przeznaczenia, musi odpowiadać stosownym wymaganiom.

Szkło do produkcji oszkleń w budownictwie powinno spełniać wiele funkcji. Do najważniejszych zadań należy dostarczenie odpowiedniego oświetlenia i ochrona przed promieniowaniem słonecznym oraz zapewnienie odpowiedniej ochrony przed stratami ciepła.

 



Obecnie uwaga producentów szkła skierowana jest na wytwarzanie szkieł z powłokami wielowarstwowymi, zapewniającymi głównie w oszkleniach budowlanych ochronę cieplną i kontrolę słoneczną. „Oszklenia przyszłości” to oszklenia mające na celu poprawę komfortu użytkowników budynków.

Znajduje to odzwierciedlenie w dążeniu do nadawania oszkleniom dodatkowych, sterowanych funkcji umożliwiających poprawę ich efektywności przeciwsłonecznej i izolacyjności termicznej.

 


Wszelkie podejmowane prace badawcze w tym zakresie zmierzają w kierunku lepszej kontroli strat ciepła, dynamicznego sterowania przepuszczalnością i odbiciem światła oraz energią pochodzącą z promieniowania słonecznego. Przez długi czas, zimą, okna w budynkach były miejscem wzmożonej utraty ciepła, podczas gdy latem życie za szklaną przegrodą stawało się udręką. Dla zredukowania tej wady stosuje się obecnie w budownictwie szkła powlekane.

 

Zadaniem powłok jest takie kształtowanie własności transmisyjnych szkła, żeby lepiej spełnione były wymagania energetyczne. Różnorodność form architektonicznych budynków i budowli, począwszy od budynków mieszkalnych, poprzez kompleksy biurowe aż do ogrodów zimowych powoduje, że spektrum wymagań, jakim odpowiadać powinny nowoczesne szyby zespolone w zakresie przepuszczalności energii i światła, jest bardzo zróżnicowane.

 

Niestety, nie istnieje uniwersalna powłoka, nadająca się do każdego przypadku, lecz cały precyzyjnie dobrany zestaw powłok ciepłochronnych i przeciwsłonecznych dla każdego odmiennego zastosowania.

W zależności od zapotrzebowania i wymagań użytkowników produkowane są różnorodne asortymenty szkła, m.in.:
- szkło podstawowe typu float lub, obecnie bardzo rzadkie, szkło ciągnione,
- szkło przeciwsłoneczne (szkło podstawowe bezbarwne i barwione z powłokami z tlenków metali, powłokami na bazie dwutlenku krzemu i innych),
- szkło przeciwsłoneczne o zwiększonej izolacyjności termicznej (szkło podstawowe z kilkoma powłokami z metali szlachetnych),
- szkło dźwiękochłonne i bezpieczne składające się z dwóch lub więcej tafli szkła, połączonych ze sobą za pomocą jednej lub więcej folii PVB albo żywicy,
- szkło wzorzyste ornamentowe bezbarwne i barwne,
- szkło lakierowane,
- szkło hartowane i ognioodporne.

 

Znajdują one zastosowanie, między innymi, w bardzo popularnych obecnie szybach zespolonych.
Promieniowanie słoneczne padające na ziemię składa się z 3% promieniowania ultrafioletowego (UV), około 42% promieniowania widzialnego i 55% promieniowania podczerwonego (IR). Podane wartości obejmują zakres promieniowania ultrafioletowego rozciągający się od 280 do 380 nm, widzialnego od 380 do 780 nm i podczerwonego od 780 do 2500 nm.

 

W oszkleniu oddzielającym dwie przestrzenie, zachodzi wymiana różnego rodzaju energii, między innymi energii promieniowania świetlnego i słonecznego.

Kiedy promieniowanie słoneczne pada na szkło, to jego część zostaje odbita, część pochłonięta, natomiast trzecia część zostaje przepuszczona do wnętrza.

 

Badania spektrofotometryczne pozwalają określić, jaka część padającej energii słonecznej zostanie przepuszczona, zatrzymana i odbita oraz wyznaczyć odpowiednie charakterystyki, które mogą służyć jako podstawa obliczeń dotyczących oświetlenia, nagrzewania i ochładzania pomieszczeń. Tak więc, wyniki uzyskane z badań spektrofotometrycznych przedstawiają bardzo dokładnie właściwości oszkleń przeznaczonych dla budownictwa. Badania te wykonywane są w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych
z zastosowaniem spektrofotometru z kulą całkującą. Stanowisko badawcze pozwalające wykonywać pomiary spektrofotometryczne przedstawia fot. 1.

 

Fot. 1. Stanowisko badawcze do pomiarów spektrofotometrycznych w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie 

 

Charakterystyki spektrofotometryczne oszkleń budowlanych
Metody określania charakterystyk świetlnych i słonecznych oszkleń wykorzystywanych w budownictwie podane są w normach: PN-EN 410:2001 [1] i ISO 9050: 2003 [2].

 

Zgodnie z tymi normami do określenia świetlnych i słonecznych właściwości oszkleń budowlanych stosowane są następujące charakterystyki spektrofotometryczne:
- widmowe współczynniki przepuszczalności τ(λ) i widmowe współczynniki odbicia ρ(λ) w zakresie od 280 do 2500 nm,
- współczynniki przepuszczalności τv i odbicia światła ρv (dla znormalizowanego źródła światła D65),
- współczynniki przepuszczalności τe i odbicia ρe bezpośredniego promieniowania słonecznego,
- współczynnik przepuszczalności promieniowania ultrafioletowego τuv,
- współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g (współczynnik promieniowania słonecznego, współczynnik słoneczny solar factor),
- główny wskaźnik oddawania barw Ra,

 

Widmowe współczynniki przepuszczalności τ(λ) i odbicia ρ(λ) wyznaczane są bezpośrednio z pomiarów spektrofotometrycznych. Na ich podstawie wyznacza się współczynniki τv, τe i τuv, ρv, ρe. Głównymi i jednocześnie najważniejszymi parametrami określającymi właściwości świetlne i słoneczne oszkleń budowlanych są: współczynnik przepuszczalności τv i współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g.

 

Na szczególną uwagę zasługuje współczynnik g. Wielkość tego współczynnika określa, jaka część promieniowania słonecznego padającego na szkło jest całkowicie przez nie przepuszczana bezpośrednio, jak również pośrednio, w wyniku absorpcji z następnym wtórnym przekazaniem w postaci energii cieplnej w kierunku wnętrza [1]. Ilość energii cieplnej przekazywanej do wnętrza budynków za pośrednictwem oszkleń kształtuje warunki termiczne, a przez to wpływa na komfort przebywania wewnątrz pomieszczeń.

 

W związku z tym wielkość współczynnika g stanowi jeden z podstawowych parametrów charakteryzujących właściwości użytkowe oszkleń. W cieplejszych klimatach preferowane będą szkła o niskich współczynnikach g, tj. o obniżonej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego. W warunkach klimatycznych charakteryzujących się niższymi temperaturami i/lub dużymi różnicami temperatur bardziej przydatne będą natomiast oszklenia cechujące się raczej wyższymi wartościami współczynnika g.

 

Jak podaje norma PN-EN 410 współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g jest obliczany jako suma współczynnika przepuszczalności bezpośredniej promieniowania słonecznego τe i współczynnika wtórnego przekazywania ciepła qi oszklenia w kierunku wnętrza, wynikającego z przekazywania ciepła przez konwekcję i promieniowanie IR tej części padającego promieniowania słonecznego, które było zaabsorbowane przez oszklenie:

 

g = τe+ qi

 

Do obliczenia współczynnika wtórnego przekazywania ciepła qi oszklenia w kierunku wnętrza konieczna jest znajomość współczynników przekazywania ciepła na zewnątrz he i do wewnątrz hi.

Wartości te zależą głównie od położenia oszklenia, prędkości wiatru, od wewnętrznej i zewnętrznej temperatury dwóch zewnętrznych powierzchni oszklenia. Dla uproszczenia w normach przyjęto, że przy pionowym położeniu oszklenia prędkość wiatru wynosi w przybliżeniu 4 m/s przy zewnętrznej jego powierzchni o skorygowanej emisyjności εi= 0,83, a przy powierzchni wewnętrznej (o dowolnej emisyjności) występuje normalna konwekcja.

 

Dla tych warunków przyjęto wzorcowe wartości;
he = 23 W/m2K
hi = 3,6 + 4,4εi / 0,83   W/ m2K



Dla zwykłego szkła sodowowapniowego i borokrzemowego
εi= 0,83 i hi = 8 W/ m2K.

 

Dla szkieł z powłokami należy zmierzyć emisyjność zgodnie z normą PN-EN 12898 [3] i wyliczyć wartość hi.

 

Do obliczenia współczynnika wtórnego przekazywania ciepła qi oszklenia w kierunku wnętrza pojedynczego oszklenia konieczna jest znajomość współczynnika absorpcji (pochłaniania) bezpośredniego promieniowania słonecznego αe oraz współczynnika przekazywania ciepła na zewnątrz hi i do wewnątrz he .

 

W przypadku oszkleń podwójnych i wielokrotnych, niezbędne jest uwzględnianie w obliczeniach także przewodności cieplnej i przepływu ciepła przez poszczególne szyby oszklenia. Powoduje to znaczne rozwinięcie wzorów obliczeniowych.

 

Współczynnik wtórnego przekazywania ciepła qi podwójnego oszklenia może być wyznaczony, jeżeli znane są współczynniki pochłaniania promieniowania słonecznego zewnętrznej αe1 i wewnętrznej szyby αe2 oraz przewodność cieplna Λ pomiędzy szybami podwójnego oszklenia.

 

Przewodność cieplna oszkleń budowlanych określana jest metodą obliczeniową [4] lub metodą pomiarową [5]. W przypadku metody obliczeniowej konieczna jest znajomość procentowej zawartości gazu w przestrzeni międzyszybowej.

 

Oznaczenia takie w Zakładzie Technologii Szkła Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych wykonuje się metodą chromatograficzną. W przypadku braku gotowych wyrobów i możliwości określenia w nich procentowej zawartości gazu przyjmuje się podany przez Zleceniodawcę stopień wypełnienia gazem szlachetnym. Właściwości przekazywania barw przy przechodzeniu światła przez oszklenie wyrażane są przez ogólny wskaźnik wyrażania barwy Ra . Wskaźnik ten umożliwia przedstawienie oceny ilościowej różnic w kolorze między ośmioma wzorcami barwnymi, oświetlonymi bezpośrednio przez zalecane źródło światła D65 i przy tym samym źródle po przejściu przez oszklenie. [1]

 

Przykładowe wyniki charakterystyk spektrofotometrycznych wybranych szkieł stosowanych do produkcji szyb zespolonych przedstawiono w tabeli 1.

 

W tabeli 1 wartości charakterystyk spektrofotometrycznych podano bez jednostek, jak wymaga norma PN–EN 410 [1]. Należy rozumieć, że wartości te stanowią odpowiednią część całości. W literaturze czy folderach firm zajmujących się produkcją szkła lub jedynie handlem szkłem budowlanym często charakterystyki spektrofotometryczne podawane są w procentach.

Na rysunku 1 przedstawiono krzywe przepuszczalności promieniowania słonecznego tych szkieł.

W tabeli 2 przedstawiono charakterystyki spektrofotometryczne przykładowych szyb zespolonych jednokomorowych wypełnionych argonem.

 

 

Porównanie norm PN-EN 410 i ISO 9050
Zarówno norma PN-EN 410 [1] jak i ISO 9050 [2] stosują wzory obliczeniowe o tym samym kształcie i dla długości fal promieniowania słonecznego mieszczącego się w zakresie 300-2500 nm oraz przyjmują to samo źródło promieniowania D65 dla pomiarów spektrofotometrycznych.

 

Pewną różnicę pomiędzy normą PN-EN 410 i ISO 9050 stanowi natomiast przyjęcie różnych parametrów mas powietrza branych pod uwagę przy sporządzaniu stabelaryzowanych danych odnośnie znormalizowanego względnego rozkładu widmowego całkowitego (bezpośredniego i rozproszonego) promieniowania słonecznego.

 

W normie PN-EN 410 wzięto pod uwagę dane dla masy powietrza =1 (Air Mass: AM =1), natomiast w normie ISO 9050 AM = 1,5. Wartość masy powietrza jest wyliczona w oparciu o przyjęte zawartości w atmosferze wody opadowej lub wyroszonej, zawartości ozonu, widmowej grubości optycznej ekstynkcji (wygaszania) promieniowania itd. Wartości te służą do wyznaczania rozkładu natężenia promieniowania słonecznego. Widmo energii słonecznej dla masy powietrza AM=1,0 przestawia uśrednione warunki, dobrze odpowiadające klimatowi większości państw europejskich i dlatego względny rozkład promieniowania dla tej masy powietrza został uwzględniony w normie PN-EN 410.

 

Natomiast rozkład promieniowania w widmie słonecznym przy AM=1,5 dobrze odpowiada średnim warunkom ziemskim, uwzględnia uśrednione warunki dla stanów w USA dlatego też został zastosowany w normie ISO 9050 i wielu normach amerykańskich ASTM.

 

Ponadto dla potrzeb m.in. medycznych, kosmetycznych, wystawienniczych norma ISO 9050 wprowadziła dodatkowe charakterystyki spektrofotometryczne:
τdf – wskaźnik uszkodzenia CIE (określający przepuszczalność promieniowania słonecznego w zakresie od 300 do 600 nm, które przyczynia się do niszczenia materiałów);
Fsd – wskaźnik uszkodzenia skóry (określający przepuszczalność promieniowania słonecznego w zakresie od 300 do 400 nm, które przyczynia się do niszczenia skóry).

 

Wskaźniki te uwzględniają więc niekorzystny wpływ promieniowania krótkofalowego na skórę i materiały.

 

Pod względem formalnym i merytorycznym norma europejska PN-EN 410 i norma międzynarodowa ISO 9050 są równoważne. Do wyznaczania widmowych rozkładów natężenia promieniowania słonecznego stosują one wprawdzie różne masy powietrza lecz na ogół różnice wyników oznaczeń z tego powodu są niewielkie. Nie można jednak porównywać pomiędzy sobą wyników tych samych parametrów otrzymanych w trakcie badań przeprowadzanych zgodnie z tymi dwoma jednak różnymi normami.

 

Tabela 1. Charakterystyki spektrofotometryczne przykładowych szkieł stosowanych do produkcji szyb zespolonych

 

 

  

Rys.1. Krzywe spektrofotometryczne szkieł składowych przykładowej szyby zespolonej:
a. szkło float bezbarwne 4 mm ; ____ krzywa przepuszczalności, ____ krzywa odbicia
b. szkło float bezbarwne 4 mm z powłoką o emisyjności normalnej εn=0.038:
____ krzywa przepuszczalności, ____ krzywa odbicia od powierzchni z powłoką,
____ krzywa odbicia od powierzchni bez powłoki

 

 

Tabela 2. Charakterystyki świetlne i słoneczne szyby zespolonej o budowie:
Szyba zewnętrzna: szkło float clear 4 mm
Przestrzeń międzyszybowa o szerokości 16 mm wypełniona argonem o stężeniu 90%
Szyba wewnętrzna : szkło float z powłoką o emisyjności normalnej εn=0,038

 

   * kierunek padania promieniowania z zewnątrz
** kierunek padania promieniowania z wewnątrz

 

 

Podsumowanie
Znajomość wartości charakterystyk świetlnych i słonecznych jest bardzo ważna a nawet niezbędna na etapie projektowania oszkleń stosowanych w budownictwie.

 

Producenci i dystrybutorzy szkła dysponujący charakterystykami spektrofotometrycznymi produkowanych szkieł mogą na ich podstawie obliczyć za pomocą specjalnych programów komputerowych charakterystyki dowolnie skomponowanych oszkleń budowlanych. Pozwala to w trakcie projektowania budowli dobrać oszklenie odpowiadające wymaganiom inwestora w zakresie przepuszczalności światła, ochrony cieplnej czy ochrony przed szkodliwym promieniowaniem UV.

 

Agnieszka Marczewska
ICiMB
Kraków

 

Przytoczone normy:
[1] PN-EN 410:2001 Szkło w budownictwie. Określenie świetlnych i słonecznych właściwości oszklenia.
[2] ISO 9050:2003 Glass in building-Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar energy transmittance, ultraviolet transmittance, and related glazing factors.
[3] PN-EN 673: 1999 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda obliczeniowa.
[4] PN-EN 674: 1997 Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła U. Metoda osłoniętej płyty grzejnej.
[5] PN-EN 12898: 2004 Szkło w budownictwie. Określenie emisyjności.

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

 

inne artykuły tego autora

- Spektrofotometryczne badania właściwości szkieł samochodowych , Agnieszka Marczewska, Świat Szkła 3/2011  

- Spektrofotometryczne badania właściwości szkieł budowlanych , Agnieszka Marczewska, Świat Szkła 11/2010 

Hot Melt a inne masy uszczelniające w badaniach adhezji wg PN-EN 1279-4 , Agnieszka Marczewska, Świat Szkła 11/2009 

- Badania mas uszczelniających w ZKP szyb zespolonych wg PN-EN 1279-6 , Agnieszka Marczewska , Świat Szkła 12/2007

- Badania mas uszczelniających wg normy PN-EN 1279-4:2004 , Agnieszka Marczewska , Świat Szkła 7-8/2007

 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

 

więcej informacj: Świat Szkła 11/2010

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik