Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 10 oladka

       10/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG 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

 

 

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

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Oszczędność energii w strukturalnych przeszkleniach fasad
Data dodania: 29.01.09

Stosowane do przeszkleń okiennych szyby zespolone z wypełnieniem gazowym oraz osłonowe ściany kurtynowe budowane w tzw. systemie strukturalnym są znamionami najnowocześniejszej techniki we współczesnej architekturze. Stosowanie wypełnień gazowych w strukturalnych przeszkleniach fasad było - jak dotąd - w większym bądź mniejszym stopniu ograniczone do odznaczających się elastycznością tzw. ciepłych ramek wykonywanych w technologii termoplastycznych ramek dystansowych (TPS) [ang.: Thermo Plastic Spacer (TPS)].

Postęp w dziedzinie produkcji ciepłych ramek innych rodzajów oraz nowych zewnętrznych szczeliw silikonowych otworzył przed wytwórcami szkła termoizolacyjnego szerokie możliwości produkcji przeznaczonych do wykorzystania w strukturalnych przeszkleniach fasad szyb zespolonych z wypełnieniem gazowym, w których do uszczelnienia brzegów zastosowano szczeliwo odporne na działanie promieniowania ultrafioletowego (UV). Niski stopień strat gazu wypełniającego komorę wewnętrzną wynoszący 0,2% rocznie zapewnia trwałość użytkową takich oszkleń na poziomie ponad 20 lat. Przede wszystkim jednak przeszklenia strukturalne wymagają zastosowania nowoczesnych produktów najwyższej jakości oraz precyzyjnych obliczeń wysokości warstwy uszczelniającej, uwzględniających obciążenia wywołane zarówno siłą parcia wiatru, jak i zmiennością warunków atmosferycznych.

Budowa i funkcje szkła termoizolacyjnego
Szyba jest elementem, który musi nie tylko przepuszczać światło do wnętrza budynku, lecz również winien stanowić barierę termiczną. Najskuteczniejszą barierą termiczną są jedno - bądź wielokomorowe szyby zespolone. Na rys. 1 przedstawiono budowę standardowej jednokomorowej szyby zespolonej składającej się z formatek szkła (szyb), aluminiowej ramki dystansowej (wraz z wypełniającym ją sitem molekularnym) oraz uszczelnieniem wewnętrznym i zewnętrznym.

Rys. 1. Budowa standardowej szyby zespolonej

Wszystkie elementy składowe szyby zespolonej stanowią przedmiot ciągłego doskonalenia i innowacji, ukierunkowanych na redukcję strat ciepła - bez względu na to, czy w grę wchodzi redukcja energii potrzebnej do ogrzewania pomieszczeń w zimie, czy też redukcja energii potrzebnej do chłodzenia pomieszczeń w lecie. Z praw fizyki dotyczących entropii wynika, że energia potrzebna do chłodzenia budynku może być nawet czterokrotnie większa od energii potrzebnej do jego ogrzania.



Rys. 2. Trzy drogi wymiany ciepła poprzez przegrodę, jaką stanowi szyba zespolona: promieniowanie, konwekcja i przewodzenie

Na rys. 2 przedstawiono trzy możliwości wymiany ciepła poprzez przegrodę, jaką stanowi szyba zespolona:
Promieniowanie ciepła do i z tafli szkła po stronie otoczenia zewnętrznego i pomieszczenia wewnętrznego, a także promieniowanie do i z komory wewnętrznej szyby,
Przewodzenie ciepła przez tafle szyby zespolonej oraz przez ramkę dystansową,
Konwekcja ciepła zachodząca po stronie otoczenia zewnętrznego i wnętrza pomieszczenia oraz w wewnętrznej komorze szyby.

Wpływ promieniowania słonecznego redukuje się poprzez nanoszenie na powierzchni szkła powłok (tzn. - odpowiednio - powłoki refleksyjnej oraz niskoemisyjnej) albo też poprzez umieszczanie warstw refleksyjnych pomiędzy formatkami tworzącymi szybę zespoloną. Nie ma wprawdzie możliwości wpływania na wartość współczynnika przewodzenia ciepła formatek wykonanych z danego rodzaju szkła, jednakże przewodzenie ciepła przez ramki dystansowe w dużej mierze jest uzależnione od kształtu tych ramek i materiałów użytych do ich wykonania.

Pojęcia „technologii ciepłej krawędzi” lub „technologii ciepłej ramki” są neologizmami w terminologii technicznej – podkreślają jednak dążenie do ograniczenia przewodzenia ciepła przez ramkę dystansową.

Wymianę ciepła drogą konwekcji w komorze wewnętrznej szyby zespolonej można ograniczyć poprzez zastosowanie zamiast powietrza gazów obojętnych – jak np. argon lub krypton. Wszystkie te trzy czynniki – powłoki, wypełnienie gazem obojętnym oraz „technologia ciepłej krawędzi” – mają wpływ na dobór szczeliw stosowanych do uszczelnienia szyby zespolonej. Jednakże czynnikiem decydującym o doborze szczeliwa zewnętrznego jest użycie gazu obojętnego do wypełnienia komory wewnętrznej oraz technologia ograniczenia strat ciepła na krawędzi szyby zespolonej.

Szczeliwa stosowane w uszczelnianiu szybzespolonych
W zdecydowanej większości szyb zespolonych wykorzystywanych współcześnie w przeszkleniach strukturalnych stosuje się system podwójnego uszczelnienia (rys. 1). Zgodnie z najnowszymi osiągnięciami techniki podstawowym szczeliwem stosowanym do wykonywania uszczelnień wewnętrznych szyb zespolonych jest poliizobutylen (PIB), zwany również butylem. Nanoszony na ramkę sznur butylowy stanowi najlepszą barierę zapobiegającą dyfundowaniu wilgoci do wewnętrznej komory szyby oraz – w wypadku szyb z wypełnieniem gazowym – stratom gazu wypełniającego tę komorę do otoczenia. Butyl jest związkiem wykazującym wysoką odporność na wpływ czynników chemicznych oraz promieniowanie ultrafioletowe.

Jednakże wykazuje on silne własności plastyczne i jest materiałem niesprężystym. Tak więc uszczelnienie krawędzi szyby zespolonej przy użyciu tylko butylu wymaga stabilizacji przed wpływami czynników mechanicznych poprzez zastosowanie odznaczającego się odpowiednią sprężystością szczeliwa zewnętrznego.

Istnieje kilka możliwości doboru szczeliwa zewnętrznego – na rynku występują bowiem szczeliwa zewnętrzne wykonywane z następujących materiałów:
 polisiarczek (tiokol),
 poliuretan,
 hotmelt,
 silikon.

90% szyb zespolonych stosowanych do wykonania konwencjonalnych przeszkleń fasad posiada uszczelnienia zewnętrzne wykonane na bazie tiokolu i poliuretanu oraz – w nieco mniejszym stopniu – na bazie hotmeltu. Głównym czynnikiem decydującym o tak wysokim udziale rynkowym owych szczeliw organicznych jest ich cena. Jednakże jeżeli chodzi o fasady z przeszkleniami strukturalnymi – jedynie szczeliwa na bazie silikonu są na całym świecie zalecane do wykonywania zarówno zewnętrznych uszczelnień szyb zespolonych, jak i złączy strukturalnych.

Przyczyny tego stanu rzeczy stają się oczywiste wówczas, gdy weźmiemy pod uwagę zarówno środowiskowe czynniki wpływu atmosfery otoczenia zewnętrznego, jak i wytrzymałość poszczególnych szczeliw na takie czynniki, jak [1]:
 światło słoneczne,
 tlen i ozon,
 woda i para wodna,
 cykliczne odkształcenia mechaniczne (wywołane ściskaniem/rozszerzalnością),
 zakres zmian temperatur powietrza otoczenia,
 korozyjne zanieczyszczenia atmosferyczne (np. kwaśny deszcz),
 mikro- i makrobiologiczne czynniki niszczące (np. grzyby, niektóre owady).

Zatwierdzone do wykorzystania w oszkleniach strukturalnych szczeliwo musi posiadać odpowiednią wytrzymałość na wszystkie wymienione wyżej czynniki. Jednakże jeśli się weźmie nawet pod uwagę tylko trzy pierwsze z nich, staje się rzeczą oczywistą, że tiokol i poliuretan nie są szczeliwami odpowiednimi do zastosowania w przeszkleniach strukturalnych.

Światło słoneczne
Udział wysokoenergetycznego promieniowania UV w pełnym widmie promieniowania słonecznego wynosi jedynie około 6%. Jednakże nawet taka ilość jest wystarczająca do tego, by zmienić własności szczeliwa lub nawet doprowadzić do jego uszkodzenia na skutek zainicjowania reakcji fotochemicznych, takich jak np. rozszczepienie łańcucha (np. polimeru), sieciowanie, tworzenie związków o niskiej masie cząsteczkowej oraz modyfikacja istniejących, względnie tworzenie się nowych grup funkcyjnych.

Jak dotąd szczeliwa silikonowe należą do szczeliw wykazujących największą odporność na działanie promieniowania UV, a to dzięki nieorganicznej strukturze wiązań atomów krzemu i tlenu (Si-O-Si). Do rozerwania takiego wiązania Si-O-Si potrzeba o 30% więcej energii w porównaniu do ilości energii, jaka jest potrzebna do rozerwania organicznego wiązania C-C występującego w kicie poliuretanowym oraz tiokolowym.

Tiokol wykazuje nawet mniejszą wytrzymałość na promieniowanie UV od poliuretanu, a to z powodu występujących w nim słabych wiązań atomów węgla i siarki (C-S). W ostatnich latach, dzięki zastosowaniu stabilizatorów, odporność poliuretanu na promieniowanie UV uległa poprawie – nie na tyle jednakże, by szczeliwo to przeszło z pozytywnym wynikiem testy wymagane do uznania go za szczeliwo odpowiednie do wykorzystania w przeszkleniach strukturalnych.

Tlen i ozon
Tlen i ozon powodują depolimeryzację szczeliw organicznych. Zwłaszcza poliuretan wykazuje wysoką wrażliwość na działanie substancji utleniających, których obecność wywołuje jego powierzchniową kruchość (powierzchnia tego szczeliwa przypomina wyglądem powierzchnię mułu spękanego na słońcu, rys. 3b) oraz spadek jego odporności nawet na erozję eoliczną, zwłaszcza na terenach piaszczystych. Jednakże również polisiarczek jest szczeliwem silnie atakowanym przez substancje utleniające.

Działanie utleniaczy, zwłaszcza w połączeniu z wpływem promieniowania ultrafioletowego powoduje powstawanie na powierzchni tego szczeliwa fałd i pęknięć, wywołując w konsekwencji wizualny efekt „skóry słonia” lub „skórki pomarańczy”.

 Rys. 3a. Polisiarczek PS (tiokol)

Rys. 3b. Poliuretan PU

Rys. 3c. Silikon

Woda i para wodna
Woda powoduje hydrolizę nie tylko wiązań chemicznych stanowiących podstawę łańcuchowej struktury każdego z polimerów tworzących poszczególne rodzaje szczeliw, lecz również wiązań powstających na powierzchni styku szczeliwa i podłoża. Zjawisko to może przebiegać nawet w temperaturze pokojowej i powodować rozwarstwienia o charakterze zarówno kohezyjnym, jak i adhezyjnym. Poliuretan przy tym jest szczeliwem odznaczającym się wysoką podatnością na wpływ czynników środowiskowych. Matryca polimerowa silikonu i tiokolu odznacza się stabilnością w zakresie temperatur do 90oC.

Jednakże szczegółowe badania wykazały, że nawet silikony ulegają osłabieniu pod wpływem ciągłego kontaktu z wodą. Dlatego też we wszystkich konstrukcjach przeszkleniowych bardzo istotną rolę odgrywa dobre odwodnienie złączy.

Na rys. 3a-3c przedstawiono wpływ czynników atmosferycznych na PS (polisiarczek), PU (poliuretan) oraz silikon; badania miały charakter trwającej 10 tygodni symulacji wpływu czynników atmosferycznych w warunkach sztucznie wytworzonej atmosfery. Na powierzchni PS oraz PU widać wiele pęknięć. Na skutek przemieszczeń elementów złącznych występujące początkowo na powierzchni pęknięcia łatwo rozprzestrzeniają się do coraz głębszych warstw złącza, co w konsekwencji powoduje spadek jego wytrzymałości mechanicznej.

Próbka silikonu natomiast w ogóle nie wykazuje obecności pęknięć i to nawet po zanurzeniu jej w wodzie lub poddaniu wpływowi działania promieniowania ultrafioletowego przez okres 1 roku. To w przekonujący sposób wskazuje na przyczyny przesądzające o tym, że szczeliwa wykonane z wysokiej jakości silikonu są jedynymi masami uszczelniającymi uznawanymi za materiał właściwy w wykonawstwie złączy elementów oszkleń strukturalnych, a także za szczeliwa odpowiednie do wykonywania uszczelnień zewnętrznych szyb zespolonych stosowanych w strukturalnych przeszkleniach fasad.

Wspomnianą wyżej długotrwałą próbę wymuszonej symulacji wpływu czynników atmosferycznych zastosowano w stosunku do uderzającego oryginalnością rozwiązania projektu fasady budowli wykonanej w Auroville w Indiach [2]. Pomnik Matrimandir (rys. 4a) skonstruowano w postaci betonowej kuli o średnicy 30 m. Kulę tę zbudowano z trójkątnych kształtek betonowych wyposażonych w koncentrycznie rozmieszczone okrągłe okna wykonane ze szkła.

Rys. 4a. Pomnik Matrimandir, Auroville, Indie

Rys. 4b. Płytki o strukturze przekładkowej szkło-złoto-szkło

Szkło połączono z ramką wykonaną z nierdzewnej stali przy użyciu dwuskładnikowego szczeliwa silikonowego stosowanego w przeszkleniach strukturalnych.

W celu wykonania zewnętrznej złotej „skóry” opracowano całkowicie nową technikę umożliwiającą budowę trwałej złotej powłoki stanowiącej poszycie zewnętrzne. Stanowiącą przekładkę wewnętrzną złotą folię zabezpieczono przed wpływem czynników atmosferycznych poprzez umieszczenie jej pomiędzy dwoma wykonanymi ze szkła warstwami zewnętrznymi połączonymi ze sobą poprzez ich stopienie. Ponad dwa miliony takich niewielkich szklanych płytek przekładkowych (o wymiarach 40×40 mm) połączono z wykonanymi z nierdzewnej stali tarczami ekranującymi (o średnicy ok. 2 m) przy pomocy dwuskładnikowego szczeliwa silikonowego wykorzystywanego w przeszkleniach strukturalnych (ogółem zużyto 20 ton masy silikonowej). Owe tarcze ekranujące przymocowano do kuli wykonanej z betonu mechanicznie; w ten sposób powstał największy na świecie budynek pokryty złotem o powierzchni złotego poszycia wynoszącej 4500 m2. Gwoli uzyskania odpowiednich efektów świetlnych do wykonania poszycia wewnętrznego użyte zostaną trójkątne kształtki ze szkła pomarańczowego przymocowane do metalowej konstrukcji szkieletowej również przy użyciu wspomnianego dwuskładnikowego szczeliwa silikonowego stosowanego w przeszkleniach strukturalnych. Wszechstronne badania szczeliw wykazały w sposób nie budzący żadnych wątpliwości przydatność szczeliwa silikonowego do łączenia ze sobą poszczególnych elementów elewacji.

Szczeliwa silikonowe można stosować w różnych dziedzinach wykonawstwa – nie tylko zaś w wykonawstwie standardowych przeszkleń fasad – i materiały te stanowią zarazem źródło nowych pomysłów w dalszym rozwoju nowoczesnych technik wykonawstwa fasad.

Poza łączeniem ze sobą i utrzymywaniem we właściwym położeniu formatek tworzących szybę zespoloną, szczeliwa stosowane do uszczelnienia jej krawędzi muszą również zapobiegać przedostawaniu się wilgoci do wewnętrznej komory szyby (w wypadku wypełnienia tej komory powietrzem) oraz zapobiegać ucieczce argonu z tej komory (w wypadku szyb z wypełnieniem gazowym). Jednakże dane przedstawione w tablicy 1 wskazują na bardzo silne zróżnicowanie własności poszczególnych szczeliw.

Wartości współczynnika przepuszczalności pary wodnej oraz wartości określające dyfuzję argonu przez sznur butylowy (PIB) wskazują na fakt, że w systemie podwójnego uszczelnienia szyby zespolonej szczeliwo zewnętrzne jest rzeczywistą barierą zapobiegającą dyfuzji wilgoci do wnętrza szyby oraz przesądza o penetracji argonu z komory wewnętrznej szyby do otoczenia.

Jednakże duże wartości współczynnika dyfuzji argonu, stwierdzone po przebadaniu próbki szyby zespolonej uszczelnionej wyłącznie przy użyciu sznura butylowego (PIB), wykazały konieczność zastosowania w takiej szybie szczeliwa zewnętrznego odznaczającego się wysoką odpornością na dyfuzję gazu wypełniającego.

Szyba zespolona uszczelniona jedynie sznurem butylowym nigdy nie spełniłaby żadnego z określonych normami wymogów odnoszących się do szyb narażonych na wpływ naprężeń będących konsekwencją zmian klimatycznych (rys. 5).

Rys. 5. Odkształcenia szyby zespolonej pod wpływem zmian temperatury

Wartości współczynnika przepuszczalności pary wodnej szczeliw używanych do uszczelnień zewnętrznych nie różnią się zbytnio. Wszystkie te szczeliwa – pod warunkiem ich prawidłowego nałożenia – można stosować do uszczelniania krawędzi szyb zespolonych wykonanych we wszystkich znanych na rynku systemach/technologiach i będą one spełniać wymagania europejskiej normy EN1279 (część 2) odnoszącej się do szyb zespolonych z wypełnieniem powietrznym.

Osiągnięcia w dziedzinie oszczędności energii w przeszkleniach fasad Wypełnienie gazem obojętnym Oprócz powlekania szkła wypełnianie wewnętrznej komory szyby zespolonej gazem obojętnym jest jednym ze środków redukcji strat ciepła. Poprzez zastosowanie wypełnienia argonem wartość współczynnika przenikania ciepła U szyby zespolonej można zredukować o 0,3 W/m2K. Taka redukcja strat ciepła oznacza w praktyce roczne oszczędności oleju opałowego na poziomie 3 litrów na metr kwadratowy powierzchni przeszklonej fasady.

Jeśli natomiast chodzi o równoważnik energii elektrycznej zużytej do chłodzenia pomieszczeń w klimacie gorącym – oszczędności te są nawet czterokrotnie większe. W wypadku przeszkleń fasad o dużych powierzchniach oznacza to nie tylko wysoki potencjał oszczędności energetycznych, lecz również redukcję emisji dwutlenku węgla na niespotykaną dotąd skalę – a w konsekwencji redukcję efektu cieplarnianego w tymże samym stopniu.


Jednakże wykazywany przez szczeliwa silikonowe wysoki wskaźnik dyfuzji argonu stanowi przeszkodę w wykorzystaniu ich do uszczelniania szyb zespolonych wypełnionych argonem.

Z uwagi na znaczne ugięcia formatek szkła, wywołane zmianami temperatury oraz ciśnieniem atmosferycznym (rys. 5), a także niesprężystymi (plastycznymi) właściwościami PIB, w szybach zespolonych z uszczelnieniem silikonowym uszkodzenie uszczelnienia wewnętrznego ze sznura butylowego stanowi najczęściej spotykaną przyczynę nadmiernych strat gazu wypełniającego komorę szyby.

Tablica 1. Porównanie własności szczeliw stosowanych do uszczelniania krawędzi szyb zespolonych




Jednakże dzięki rozwojowi produkcji szczeliw silikonowych o bardzo wysokim module sprężystości, przeznaczonych do uszczelniania szyb zespolonych, możliwa stała się produkcja wypełnionych argonem szyb zespolonych spełniających wymagania normy europejskiej EN1279, część 3, odnoszącej się do szyb zespolonych wypełnionych argonem. Niemniej jednak, ponieważ w istocie rzeczy barierę dla dyfuzji argonu stanowi warstwa utworzona przez sznur butylowy, podstawowe znaczenie w procesie produkcji szyb zespolonych ma wszechstronne wykorzystanie posiadanej wiedzy oraz kontrola jakości. Tego rodzaju szyby zespolone można wytwarzać przy wykorzystaniu zarówno sztywnych ramek dystansowych, składających się z cienkościennych profili metalowych (rys. 7), jak i z ramek termoplastycznych wykonanych w technologii Thermo Plastic Spacers (TPS, rys. 12), a także z „superramek” wykonanych w technologii Super Spacer (rys. 13). Oznacza to przełom w dziedzinie zastosowania szyb zespolonych z wypełnieniem argonowym w wykonawstwie strukturalnych przeszkleń fasad, co wykazano w 2004 r. w projekcie wybudowanych w Monachium dwóch wieżowców. Wieżowce te „ochrzczone” nazwą Munich Business Towers posiadają przeszklone elewacje, do których wykonania zużyto prawie 20 000 m2 szyb zespolonych, zaś do produkcji tych szyb użyto ramek termoplastycznych wykonanych w technologii TPS, uszczelnionych przy użyciu szczeliwa silikonowego (rys. 6).

Rys. 6. Wieżowce Munich Business Towers

Systemy ramek dystansowych
W dyskusji na temat strat ciepła kwestia ramek dystansowych i ich doskonalenia odgrywa istotną rolę.

Sztywne ramki dystansowe Przez szereg lat ramki dystansowe składane z odpowiednio przyciętych prętów wykonanych z aluminiowych profili cienkościennych stanowiły podstawowy rodzaj ramek, spotykanych na rynku (rys. 7). Proces produkcji szyb zespolonych został w wysokim stopniu zautomatyzowany, przy czym sumaryczna wydajność produkcyjna całkowicie zautomatyzowanych linii do produkcji szkła termoizolacyjnego wynosi 400 000 m2 rocznie. Z upływem czasu na rynku pojawiły się ramki dystansowe wykonane ze stali nierdzewnej lub stali pokrytej tworzywem. Pojawiły się nawet ramki metalowe z dylatacją termiczną wypełnioną poliuretanem (rys. 8).

 Rys. 7. Ramka dystansowa z profilu cienkościennego

Rys. 8. Ramka dystansowa z profilu cienkościennego z dylatacją termiczną

Niższy współczynnik przewodzenia ciepła takich ramek (spadek wartości współczynnika przenikania ciepła U z 0,5 W/m2K w wypadku ramki aluminiowej do 0,4 W/m2K w wypadku ramki z dylatacją termiczną) można ograniczyć zjawisko przewodzenia ciepła poprzez brzegi szyby zespolonej, a w konsekwencji zredukować straty ciepła. Jednakże rynkowy sukces niektórych rozwiązań technicznych może być ograniczony ich wysokimi cenami, tak więc dokładna kalkulacja kosztów oraz pomiary strat energii cieplnej w budynkach muszą stanowić uzasadnienie kosztowniejszych rozwiązań.

Ramki z tworzyw
Ponieważ współczynnik przewodzenia ciepła metali jest znacznie większy od współczynnika przewodzenia ciepła tworzyw sztucznych, niektóre technologie poszły w kierunku zastąpienia ramek wykonywanych z kształtowników metalowych przez ramki wykonane z materiałów organicznych zawierających środek higroskopijny (sito molekularne). Tworzywa te nakłada się na formatkę szkła bezpośrednio ze szpul na których są nawinięte i mają one postać albo ramki wykonanej z pianki pokrytej folią kompozytową składającą się z aluminium i warstwy tworzywa (rys. 9), albo też mają postać ramki wykonanej z metalowej taśmy falistej pokrytej warstwą butylu (rys. 10). Proces produkcji szyb zespolonych przy użyciu tych ramek został zautomatyzowany i w handlu dostępne są urządzenia służące do nakładania na szkło ramek obydwóch wymienionych rodzajów. Jednakże, zgodnie z danymi zawartymi w literaturze dotyczącej takich wyrobów, zastosowanie tych ramek w strukturalnych przeszkleniach fasad ogranicza się do ramek drugiego rodzaju.

 

 Rys. 9. Ramka dystansowa w postaci taśmy wykonanej z pianki

 Rys. 10. Butylowa ramka dystansowa z falistą taśmą metalową



Całkowicie inne podejście do kwestii nakładania ramek zaprezentowano przystępując do opracowania technologii ramek termoplastycznych wykonywanych w technologii Thermo Plastic Spacer (TPS, rys. 11). Warstwa specjalnego butylu wyciskana jest bezpośrednio z pojemnika na formatkę szkła. Butyl będący substancją o konsystencji miękkiego kitu nadal stanowi swego rodzaju wyzwanie w rozwoju tej technologii, toteż szerokości ramek dystansowych tego typu ograniczono do 20 mm. Kompatybilność szczeliw obydwóch rodzajów – tzn. szczeliwa wewnętrznego i zewnętrznego – ma fundamentalne znaczenie dla tej technologii wytwarzania podatnych ramek (patrz następny rozdział). Proces produkcji szyb zespolonych oparty na wykorzystaniu ramek termoplastycznych TPS został także całkowicie zautomatyzowany, zoptymalizowano również wydajność produkcyjną linii służących do wytwarzania tego rodzaju szyb zespolonych. Magazynowanie kształtowników o różnych wymiarach, przeznaczonych na ramki dystansowe i innych materiałów potrzebnych do ich wykonania, a także posiadanie giętarek do ramek przechodzi już do historii i staje się znamieniem przestarzałej techniki. Zarazem wypełnienie gazowe stało się standardową technologią produkcji szyb zespolonych opartych o wykorzystanie ramek termoplastycznych TPS. Niespotykane dotąd możliwości w procesie produkcji szkła giętego oraz możliwość wytwarzania szyb zespolonych mocowanych wielopunktowo są największymi zaletami technologii TPS.

Rys. 11. Ramka termoplastyczna wykonana w technologii Thermo Plastic Spacer (TPS)

Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie produkcji ramek dystansowych pozwoliły na pokonanie wielu ograniczeń związanych z dotąd stosowanymi i opisanymi wyżej metodami ich wytwarzania.

Tzw. superramki wytwarzane technologią Super Spacer (rys. 9) oparto na zastosowaniu taśmy wykonanej z pianki silikonowej i powleczonej folią stanowiącą barierę dla pary wodnej. Takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie ramki odznaczającej się dużą podatnością i nadającej się do wykorzystania w produkcji giętych szyb zespolonych, które ostatnio znalazły szerokie zastosowanie w nowoczesnej architekturze. Wielką zaletą superramki SS w porównaniu do ramki termoutwardzalnej TSS jest możliwość nałożenia sznura butylowego (rys. 12). Mający kształt litery T przekrój poprzeczny tej ramki pozwala na nałożenie po obydwóch stronach środnika przekroju warstw butylu działających w charakterze bariery dla dyfuzji zarówno pary wodnej, jak i argonu.

Dzięki temu ramki wykonywane w tym systemie spełniają wymagania dotyczące dopuszczalnych wskaźników strat gazu i określone normą EN 1279-3. Ponieważ szczeliwo stosowane do zewnętrznego uszczelnienia szyby zespolonej odznacza się bardzo dobrą przyczepnością do folii pokrywającej ramkę, ramki tego rodzaju są znacznie bardziej wytrzymałe od wykonywanych w technologii TPS ramek termoplastycznych. Pomimo swojej podatności, ramki wykonywane  w tym systemie odznaczają się sztywnością wystarczającą do tego, by można było je stosować w strukturalnych przeszkleniach fasad. Niemniej jednak z uwagi na długi okres eksploatacji szyb zespolonych stosowanych w przeszkleniach strukturalnych, wysokość warstwy szczeliwa wymaga precyzyjnych obliczeń uwzględniających obciążenia wynikające zarówno z parcia wiatru, jak i zmian warunków atmosferycznych.

Rys. 12. Superramka wykonana w technologii Super Spacer

Kompatybilność szczeliw Wymagana jest kompatybilność materiałów stosowanych zarówno w różnych systemach oszkleń strukturalnych, jak i materiałów używanych do uszczelniania krawędzi szyb zespolonych, przy czym wszystkie materiały muszą odznaczać się kompatybilnością przez cały okres swej eksploatacji. W systemach przeszkleń strukturalnych dochodzi do bezpośredniego wzajemnego kontaktu między wieloma różnymi materiałami (patrz rys. 13).

Rys. 13. Przekrój poprzeczny oszklenia strukturalnego

Dokładne i szeroko zakrojone badania mogą zminimalizować ewentualne zagrożenia. Najnowsze doświadczenia wykazały jednak, że niektóre plastyfikatory oraz związki lotne wchodzące w skład mas uszczelniających oraz uszczelek kauczukowych mogą migrować na przestrzeni rzędu cali i wywierać różnorodny wpływ na zabarwienie szczeliw, a także ich własności mechaniczne i zdolność przylegania.

Kwestia ta wymaga dokładniejszego prześledzenia aktualnie stosowanych procedur badawczych (np. określonych normą ASTM C1087), zgodnie z którymi badanie kompatybilności ogranicza się jedynie do badań obejmujących bezpośredni kontakt (rys. 14a). Jednak również na powierzchniach styku z blokami mocującymi, ewentualnie wzdłuż linii styku z warstwą szczeliwa, wykonaną z silikonu niskiej jakości (rys. 14b), może dojść do tzw. „kalafiorowatego” rozwarstwienia folii.

 Rys. 14a. Zmiana zabarwienia

Rys. 14b. Rozwarstwienie (delaminacja) folii PVB

W wypadku uszczelnień krawędzi szyb zespolonych z ramką wykonaną z kształtownika metalowego, z pewnością istotną rolę odgrywa kompatybilność butylu zarówno ze szczeliwem użytym do uszczelnienia zewnętrznego szyby, jak i ze szczeliwem chroniącym przed czynnikami atmosferycznymi.

Jednakże sztywna metalowa ramka dystansowa utrzymuje warstwę butylu ciągle w tym samym położeniu, wskutek czego może dojść do pęknięcia tej warstwy, powstania w niej szczelin – a w konsekwencji – do zaparowania szyby. Jednakże w wypadku miękkiej, termoplastycznej ramki TPS wszelkie braki kompatybilności ujawniają się dość szybko. Ramka taka może się punktowo odrywać od szczeliwa zewnętrznego i przemieszczać do wnętrza komory wewnętrznej szyby (patrz rys. 15). W wypadku ramek podatnych na tego rodzaju wady zachodzi potrzeba przeprowadzenia badań zapewniających wszechstronną i długotrwałą kompatybilność, zaś produkcja tych ramek wymaga ścisłej współpracy wszystkich dostawców oraz wytwórców.

Niezbędne jest więc zapewnienie w procesie produkcji szyb zespolonych odpowiedniej kontroli jakości.

Rys. 15. Termoplastyczna ramka TPS – efekt „girlandy”



Podsumowanie
Oszczędzanie energii jest obowiązkiem każdego z nas. Szczególnie w wypadku fasad przeszklonych szkłem przezroczystym możliwości strat energetycznych mogą być ogromne i różnorodne. Dlatego też niezbędne jest wykorzystywanie wszelkich możliwości oszczędności energii, takich jak powlekanie szkła, stosowanie wypełnień gazowych oraz dobór odpowiedniej technologii wykonania ramek dystansowych.

Z pewnością największe oszczędności energetyczne uzyskuje się poprzez rozwój technologii powlekania szkła i wprowadzanie nowatorskich rozwiązań w tej dziedzinie.

Jednakże wykorzystanie technologii ciepłej ramki oraz wytwarzanie nowych szczeliw umożliwiają zastosowanie szyb zespolonych wypełnionych gazem obojętnym nawet w strukturalnych przeszkleniach fasad, co w konsekwencji powoduje redukcję strat ciepła wskutek konwekcji, których udział w całkowitych stratach ciepła przez szybę zespoloną sięga do 20%. Jednakże, im bardziej złożona i wyszukana jest dana technologia, tym większa może być jej wrażliwość na czynniki zewnętrzne.

Dlatego wszechstronne badania stanowią podstawowy warunek podejmowania jakichkolwiek działań produkcyjnych, a wiedza płynąca z nowych doświadczeń musi mieć odpowiedni wpływ nie tylko na metody badawcze, lecz nawet na normy. Dzięki ścisłej współpracy wszystkich stron zaangażowanych w proces produkcji szyb zespolonych – tzn. dostawców szkła, producentów maszyn i urządzeń, wytwórców oraz dostawców ramek i szczeliw – można opracować bardzo obiecujące nowe rozwiązania tych szyb – takie, jak np. szyby zespolone z wypełnieniem argonem wytwarzane na bazie ramek Super Spacer, które dają architektom dużą swobodę w projektowaniu fasad w formie ścian kurtynowych, wytwórcom szyb zespolonych pozwalają na osiągnięcie niezbędnej wydajności produkcyjnej, zaś inwestorom budowlanym umożliwiają osiągnięcie oszczędności finansowych oraz ochronę środowiska będącą konsekwencją oszczędności energetycznych, uzyskiwanych zarówno w dziedzinie ogrzewania, jak i chłodzenia budynków.

Dr Werner Wagner
SIKA Services AG
Artykuł pochodzi z materiałów konferencji Glass Processing Days 2005

Bibliografia
[1] Wolf, A. T.: Odporność na starzenie się budynków oraz szczeliw stosowanych w budownictwie w Beech (str. 63-89), Wolf (wyd.): Trwałość szczeliw stosowanych w budownictwie. Materiały z konferencji RILEM (1996)
[2] Wagner, W.: Zastosowanie szczeliw silikonowych w charakterze szczeliw przeznaczonych do oszkleń strukturalnych. Materiały z konferencji Glass Processing Days (1997)

Następne spotkania
 GLASS PROCESSING DAYS 2006, Chiny, Pekin, 23-24 kwiecień 2006
 GLASS PROCESSING DAYS 2007, Finlania, Tampere, 15-18 czerwiec 2007

więcej informacji: Świat Szkła 4/2006

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik