MATERIAŁY SZKLANE W LEKKIEJ OBUDOWIE. CZĘŚĆ 3. CECHY TECHNICZNE I UŻYTKOWE SZYB Kwalski Dariusz Plitechnika Gdańska, Gdańsk, Plska Builder, vl. 236, nr 3, 2017, p. 88-91 Abstrakt: Budwlane szkł płaskie stswane jak przegrdy zewnętrze mże spełniać różne funkcje techniczne i użytkwe, które trzeba wykrzystywać dpwiedni d ptrzeb każdej inwestycji, jak również d mżliwści technlgicznych przemysłu. W artykule przedstawin stswane w lekkich budwach materiały szklane i kształtwane z nich wyrby. Omówin charakterystyczne parametry i różnice technlgiczne występujące w prdukcji wyrbów szklanych przeziernych. Przedstawin parametry definiujące właściwści przegród wyknanych ze szkła. Abstract: Glass materials and prducts used in lightweight claddings are presented in the paper. The characteristic parameters and technlgical differences that ccur in manufacturing are presented. The parameters defining the prperties f walls made f glass are discussed. Oprócz zagadnień wytrzymałściwych i związanych z bezpieczeństwem użytkwania szkła w biektach, przedstawinych w pprzednich częściach tej serii [1], [2] isttną grupę cech użytkwych stanwią takie zagadnienia, jak m.in. termizlacyjnść, chrna przed przegrzewaniem pmieszczeń, dźwiękchłnnść i gnidprnść przegród szybwych, i wiele innych. Termizlacyjnść Parametr ten jest jednym z pdstawwych czynników branych pd uwagę pdczas dbru rdzaju szklenia z uwagi na kszty eksplatacji biektu, zarówn w kresie zimwym jaki letnim jak również kmfrtu termiczneg użytkwania pmieszczeń. Na izlacyjnść termiczną szkła wpływ mają takie czynniki jak: liczba i grubść zastswanych tafli szkła, liczba gazwych kmór międzyszybwych (1, 2 lub 3), rdzaj zastswaneg w nich gazu (pwietrze, argn, kryptn), rdzaj zastswanych przeziernych pwłk niskemisyjnych raz rdzaj bwdwej ramki dystanswej, która jest liniwym mstkiem termicznym. Ciepł przez szybę zesplną tracne jest na trzy spsby: knwekcję (ruch) gazów zawartych pmiędzy szybami przylegającymi d dwóch różnych śrdków temperaturwych, przewdnictw cieplne zestawu szybweg i warstwy gazwej usytuwanej pmiędzy dwma śrdkami temperaturwymi, prmieniwanie cieplne (radiację w pstaci fali elektrmagnetycznej), które przemieszcza się w śrdku szybwym i jest wyprmieniwywana na zewnątrz. Aż 2/3 energii cieplnej tracne jest przez statni z wyżej wymieninych czynników. Zastswanie przeziernych pwłk niskemisyjnych (Lw-E) na pwierzchni wewnętrznej jednej z szyb pzwala dbić aż 99% długfalweg prmieniwania cieplneg, a tym samym prawie graniczyć straty z teg tytułu. Pwłki te nie mają żadneg wpływu na dwa pzstałe czynniki pwdujące straty. W celu graniczenia strat w wymieninych zakresach, stsuje się gazy szlachetne, które będąc cięższymi d pwietrza spwalniają ruch knwekcyjny raz mają lepszy współczynnik przewdnści cieplnej (tab.1). Ddatkw ptymalizuje się rzstaw szyb, pprzez dbór szerkści ramki dystanswej, c ma wpływ na knwekcję. Optymalne wartści szerkści ramek t: 16 mm dla pwietrza, 15-18 mm dla argnu i 10-12 mm dla kryptnu. 1
Tabela 1. Wartści współczynnika przewdzenia ciepła dla gazów wg PN-EN 12524 [3] Współczynnik przewdzenia Rdzaj Gęstść gazu [kg/m 3 ciepła ] [W/(m K)] Pwietrze 1,23 0,025 Argn 1,70 0,017 Kryptn 3,56 0,009 Elementem ddatkwym wpływającym na glbalne straty ciepła przez zestaw szybwy są ramki dystanswe, które wyknywane są craz częściej z bardziej zaawanswanych materiałów. Odpwiadają ne za bwdwe mstki termiczne, ale również za przypadki rszenia szyb w kresach zimwych, w przypadku dużej wilgtnści pwietrza w pmieszczeniach. Należy zwrócić uwagę na fakt, iż wartści przewdnści cieplnej szyb pdawane są najczęściej dla przegród pinwych. W przypadku występwania szklanych pwierzchni pchyłych lub wręcz pzimych, współczynniki przenikania ciepła dla tych samych elementów ulegają znacznemu pgrszeniu, c jest związane ze zmianą warunków cyrkulacji gazów w przestrzeni międzyszybwej (rys. 1). a) b) c) - U=1,1 W/m 2 K - U=1,5 W/m 2 K - U=1,7 W/m 2 K Rys. 1. Zmian spsbu cyrkulacji gazów w strefie międzyszybwej a współczynnik U (DK na pstawie [4]) Ochrna przed przegrzewaniem pmieszczeń Rzwiązaniem teg prblemu jest zastswanie szkła przeciwsłneczneg, które minimalizuje efekt nagrzewania się pmieszczeń w kresie letnim graniczając zarówn efekt cieplarniany, a także znacznie redukując zaptrzebwanie na energię d chładzania/klimatyzwania pmieszczeń. Jest t szczególnie ważne w przypadku wielkfrmatwych fasad szklanych wystawinych na kierunki działania intensywnej peracji słnecznej. Szyby termizlacyjne przepuszczają niemal bez graniczeń krótkfalwe zakresy prmieniwania słneczneg, jednak większa część długfalweg prmieniwania cieplneg jest dbijana. Ten efekt umżliwia pzyskiwanie z zewnątrz darmwej energii d grzewania w chłdnych prach rku, jednakże w lecie prwadzi d przegrzewania pmieszczeń. Pierwtnym rzwiązaniem na graniczenie ilści energii dstającej się d pmieszczeń był zastswanie szkieł barwinych w masie (dcienie zielne, brązwe, szare), lecz wraz ze wzrstem grubści graniczana była isttnie przepuszczalnść światła przez przegrdy. Pzim redukcji parametru L t wynsi wówczas 50-60%. Sam barwienie pwdwał zmiany w dbirze klrów przy patrzeniu przez szybę. Współczesnym rzwiązaniem teg prblemy są pwłki napylane na szkła, pdbnie jak wcześniej pisane pwłki niskemisyjne (część druga nr 2 Builder 2017 [2]). Pwłki przeciwsłneczne stsuje się na wewnętrznej pwierzchni szyby zewnętrznej, która zazwyczaj ddatkw jest szybą grubszą. W zależnści d ptrzeb architektnicznych mgą być stswane pwłki niskim dbiciu na zewnątrz, pwłki zwierciadlane lub z barwnym refleksem. Mżliwe jest też zastswanie technlgii druku cyfrweg lub sitdruku czy też szkła laminwaneg bezpieczneg. Dźwiękchłnnść przegród szklanych ważny wskaźnik izlacyjnści Rw Przegrdy szklane jak elementy stykające się bezpśredni z taczającym budynek śrdwiskiem muszą zapewnić użytkwnikm pmieszczeń dpwiednią chrnę przed hałasem zewnętrznym. Czynnikami wpływającymi na izlacyjnść akustyczną są: grubść zastswanej szyby w przegrdzie, która jest w stanie izlwać akustycznie w zakresie 30 36 db przy zmianie grubści szkła w zakresie 2 12 mm, zwiększenie dstępu szyb w zestawach szyb zesplnych (kł 2,5 db przy każdym skkwym pwiększeniu rzmiaru ramki dystanswej wg zasady 12-16-24 mm), zastswanie asymetrycznej budwy układu szyb zesplnych (grubsza szyba zewnętrzna, c daje inną charakterystykę dynamiczną przekazywania drgań pmiędzy taflami szkła), 2
zastswanie szyb laminwanych, które już z sameg załżenia są cięższe i grubsze, a łącząca pszczególne tafle szkła flia PVB jest ddatkwym elementem tłumiącym drgania (flia ta mże jeszcze pdlegać ddatkwej mdyfikacji w tym zakresie). Współczesne przegrdy szklane pzwalają siągnąć wartść wskaźnika izlacyjnści akustyczne R w w zakresie 36 52 db zależnści d knstrukcji przegrdy. Ognidprnść przegród szybwych Pwszechnie stswane w budwnictwie szkł płaskie typu flat jest całkwicie niedprne w zakresie chrny przed gniem - pęka przy różnicy temperatury na pwierzchni szkła wynszącej > 40 C. Dla pżaru nie stanwią też żadnej bariery tzw. szyby bezpieczne. Szyba laminwana pęka równie szybk jak szkł flat i rzsypuje się przy temperaturze kł 250 C, kiedy t flia PVB p stpieniu przestaje utrzymywać szklane kawałki na miejscu. Szyby hartwane są bardziej dprne na wyskie temperatury, jednak nie wyższe niż 300 350 C. Niejednkrtnie zarówn zewnętrzne jak i wewnętrzne przegrdy budwlane wymagają spełnienia warunków związanych z zapewnieniem wymaganej dprnści gniwej. Rzwiązaniem w tym zakresie jest stswanie szyb gnichrnnych. Szyby gnichrnne pwstają przez płączenie c najmniej dwóch tafli szkła pmiędzy którymi umieszna jest przezrczysta warstwa żelwa - szkł typy Pyrbel (rys. 2a). W przypadku ddziaływania gnia, pcząwszy d temperatury 120 C, w warstwie żelwej zachdzą reakcje, które pwdują zwiększenie bjętści materiału i jeg stwardnienie. Skutkuje t wzrstem izlacyjnści termicznej przegrdy przy jednczesnej pewnści, że przegrda nie utarci swjej statecznści. W trakcie reakcji żelu na temperaturę szyba traci całkwicie swą przeziernść. Obecnie mżna trzymać szyby dprnści gniwej d EI30 d nawet EI120 cenianej zgdnie z wymaganiami nrmy PN-EN 13501-2 [5]. Teg typu szkł jest w stanie spełnić również wymagania nśnści gniwej R. Wraz z czekiwanym wzrstem wymagań izlacyjnych wzrasta grubść całeg zestawu szklaneg (liczba zastswanych tafli szkła raz liczba i grubść warstw żelwych). Innym, granicznym c d skutecznści rzwiązaniem jest szkł typy Pyrbelit, które jest szkłem laminwanym z wewnętrzną flią właściwściach gnidprnych. Uzyskuje n jedynie najniższe klasy dprnści gniwej E na pzimie 30 min (rys.2b). Szkła gnidprne mają mniejszy współczynnik przewdnści światła, raz duże wartści współczynnika przenikania ciepła, stąd też w zestawach d zastswań zewnętrznych stanwią element składwy szyb zesplnych. Przy rzwiązaniach zewnętrznych należy również zwrócić uwagę na zachwanie się materiałów pęczniejących pd działaniem temperatur raz prmieniwania UV. a) b) Rys. 2. Szkł gnidprne, a) szkł z warstą żelwą gnichrnną b) szkł z flią gnichnną Wskaźnik ddawania barw Ra Parametr ten, znaczany wg nrmy PN-EN 410 [6], isttny jest dla warunków użytkwania pmieszczeń przez ludzi. Opisuje n czy i jak zmienia się barwa daneg biektu pdczas glądania g przez kreślny zespół szybwy. Wartść teg wskaźnika mieści się w przedziale 0-100, przy czym wartść 100 znacza, że barwa biektu glądaneg przez szyby jest identyczna z jeg barwą bez przegrdy. Szkła budwlane typu flat psiadają najczęściej wartść R a >90, c uznawane jest za wynik bardz dbry. Dla szkła barwineg w masie mieści się n w granicach R a =60 90. Współczynnik całkwitej przepuszczalnści energii g Współczynnik pdaje jaka część energii prmieniwania słneczneg padająceg na szybę przenika d pmieszczenia. Wartść teg parametru mżna regulwać pprzez zastswanie szkieł przeciwsłnecznych, c realizwane jest przez dpwiedni dbór szkła i pwłk. Parametr ten ma wpływ na bilans energetyczny pmieszczeń w kresach zimwych, czyli tzw. zysków slarnych. Wskaźnik selektywnści S Parametr ten stswany jest w przypadku przeszkleń przeciwsłnecznych, których zadaniem jest graniczenie ilści energii słnecznej dcierającej d pmieszczenia, ale jedncześnie wymagany jest duży udział 3
przechdząceg d pmieszczenia światła, który isttny jest dla funkcjnwania biektu. Wskaźnik ten jest ilrazem przepuszczalnści światła v d całkwitej przepuszczalnści energii g daneg przeszklenia. Im większa wartść S, tym więcej światła dchdzi d pmieszczenia nie pwdując jeg nagrzania. Stpień przepuszczalnść światła Lt Parametr ten brazuje, jaka część światła widzialneg, padająceg pd kątem bliskim 90, jest przepuszczana przez szkł lub zestawy szklane. Odbicie światła LR Odbicie światła t parametr pkazujący, jaka część światła widzialneg, padająceg pd kątem bliskim 90, jest dbijana przez szkł. Stpień przepuszczalnści prmieniwania UV Parametr isttny zarówn dla ludzi (parzenia słneczne) jak również dpwiadający za zmianę klrów elementów wypsażenia raz starzenia się niektórych materiałów. Współczynnik zacienienia b Współczynnik zacienienia używany jest d bliczenia zaptrzebwani na energię d chłdzenia budynku. Współczynnik ten kreślany jest jak ilraz współczynnika przepuszczalnści energii g daneg przeszklenia d wartści teg współczynnika dla bezbarwneg szkła flat grubści 3-4 mm bez żadnych pwłk funkcyjnych, a któreg wartść wynsi 0,87. Współczynnik dbicia energii słnecznej ER Parametr ten pisuje jaka część prmieniwania słneczneg, padająceg pd kątem bliskim 90, jest dbijana przez szkł z pwrtem d atmsfery. Współczynnik absrpcji energii słnecznej EA Parametr ten pkazuje jaka część prmieniwania słneczneg, padająceg pd kątem bliskim 90, jest pchłaniana przez szkł. Bezpśrednia przepuszczalnść energii słnecznej ET Bezpśrednia przepuszczalnść energii słnecznej t parametr pkazujący, jaka część prmieniwania słneczneg, padająceg pd kątem bliskim 90, jest bezpśredni przepuszczana przez szkł. Pdsumwanie Jak przedstawin budwlane szkł płaskie stswane jak przegrdy zewnętrze mże spełnić różne funkcje techniczne i użytkwe, które trzeba wykrzystywać dpwiedni d ptrzeb każdej inwestycji jak również d mżliwści technlgicznych przemysłu. Wiele rdzajów szkieł i rzwiązań knstrukcyjnych na nim partych występuje na rynku pd nazwami własnymi pszczególnych prducentów c utrudnia ich prównanie, stąd też w razie ptrzeb należy analizwać pszczególne parametry techniczne i użytkwe szkła i pwstających z nich przegrdy. Wiele ddatkwych parametrów, jakie muszą spełnić szyby stswane w systemach elewacyjnych, zstał przedstawinych w pprzednich publikacjach zamieszcznych na łamach teg czaspisma [7] [10]. Inne rdzaje szkła w fasadach budynków Szkł nie pełni jedynie rli płaskiej przegrdy z jej najważniejszą cecha jaką jest przeziernść. Szkł występuje również w pstaci znanych d dawna kształtek szklanych typu luksfery, pustaki szklane, panele i płyty szklane Vitrlit [11]. Stswane jest jak materiał ściśle izlacyjny, np. w frmie wełny szklanej, która prdukwana jest w pstaci mat lub płyt, mgących mieć zastswanie w izlacji ścian wentylwanych. 4
BIBLIOGRAPHY [1] D. Kwalski, Materiały szklane w lekkiej budwie. Cz. 1, Builder, vl. 234, n. 1, 2017, pp. 62 65. [2] D. Kwalski, Materiały szklane w lekkiej budwie. Cz. 2, Builder, vl. 235, n. 2, 2017, pp. 62 64,. [3] PN-EN 12524:2003 Materiały i wyrby budwlane -- Właściwści ciepln-wilgtnściwe -- Tabelaryczne wartści bliczeniwe. [4] GlassTime Pdręcznik szkle. Częstchwa: Guardian Industries Crp. [5] PN-EN 13501-1+A1:2010 Klasyfikacja gniwa wyrbów budwlanych i elementów budynków -- Część 1: Klasyfikacja na pdstawie wyników badań reakcji na gień.. [6] PN-EN 410:2011 Szkł w budwnictwie -- Określanie świetlnych i słnecznych właściwści szklenia.. [7] E. Urbańska-Galewska, D. Kwalski, Lekka budwa. Cz. 1. Klasyfikacje i wymagania, Builder, vl. 227, n. 6, 2016, pp. 86 89. [8] E. Urbańska-Galewska, D. Kwalski, Lekka budwa. Cz. 2. Bezpieczeństw pżarwe, Builder, vl. 228, n. 7, 2016, pp. 114 116. [9] E. Urbańska-Galewska, D. Kwalski, Lekka budwa. Cz. 3. Wymagania funkcjnaln-użytkwe, Builder, vl. 229, n. 8, 2016, pp. 80 84. [10] E. Urbańska-Galewska, D. Kwalski, Lekka budwa. Cz. 4. Układy knstrukcyjne, Builder, vl. 233, n. 12, 2016, pp. 106 110,. [11] E. Urbańska-Galewska, D. Kwalski, Systemy i rzwiązania elementów lekkiej budwy, in XXXI Ogólnplskie Warsztaty Pracy Prjektanta Knstrukcji. Naprawy i wzmcnienia knstrukcji budwlanych. Knstrukcje Metalwe, psadzki przemysłwe, lekka budwa, rusztwania. Szczyrk 24-27 luteg 2016, Katwice-Szczyrk: PZITB /Katwice, 2016, pp. 213 306. Pst-print: 236, nr 3, pp. 88-91, 2017. ISSN 1896-0642 http://buildercrp.pl/wp-cntent/uplads/2015/12/materialy-szklane.pdf 5