Wydanie 7-8/2010
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
Daszki i często występujące z nimi ścianki boczne przeznaczone są do wykonywania osłon zewnętrznych drzwi wejściowych do budynków przed działaniem opadów atmosferycznych i wiatru.
Mogą być również stosowane jako osłony balkonów, tarasów, witryn sklepowych, bankomatów itp. Stanowią także element wykończeniowo-dekoracyjny, podnoszący estetykę i walory architektoniczne obiektu, w którym są zastosowane.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
Okno (wg [1]) definiuje się jako element wbudowany w otwór usytuowany w ścianie między dwoma stropami, złożony z ram okiennych względnie otwieranych skrzydeł z wypełnieniem ze szkła albo innych materiałów.
Okno rozdziela klimat wewnętrzny od zewnętrznego. Służy ono głównie oświetleniu i wietrzeniu pomieszczeń.
Rys. 1. Czynniki oddziaływujące na okno [1]
Co to jest okno?
Okno wbudowane w ścianę zewnętrzną budynku spełnia następujące funkcje:
oddziela wnętrze budynku od zmiennych warunków klimatycznych panujących na zewnątrz,
zapewnia izolację termiczną i akustyczną oraz szczelność otworu okiennego,
przenosi działające na okna obciążenia na ściany budynku.
Funkcje okna w ścianie charakteryzuje rys.1
Obok ww. cech okno musi spełniać podstawowe cechy użytkowe, takie jak: trwałość, bezpieczeństwo i ergonomia użytkowania oraz wymagania przepisów krajowych.
Bardzo często zadawane jest pytanie, najczęściej na etapie zgodności, czym różni się okno od drzwi balkonowych? Otóż jeszcze do niedawna pojawiały się różne interpretacje terminologiczne w zakresie stolarki okiennej, m.in. identyfikujące drzwi balkonowe jako duże okno, niewidzące różnicy pomiędzy tymi wyrobami. Obecnie nazewnictwo, ze wskazaniem na pełnienie funkcji stolarki, reguluje norma terminologiczna PN-EN 12519:2007 [2].
Norma ta szczegółowo podaje definicję w zakresie okien, drzwi balkonowych, okien dachowych oraz drzwi zewnętrznych z uwzględnieniem elementów składowych. Wg niej okno to element budowlany (ruchoma lub stała część) do zamykania otworu w ścianie lub pochyłym dachu, który umożliwia dopływ światła i może zapewnić wentylację; składa się z ościeżnicy i z jednego lub więcej oszklonych skrzydeł (stałych lub ruchomych) lub z samej oszklonej ościeżnicy.
Natomiast (wg [2]) drzwi balkonowe to ruchoma część ściany mająca cechy konstrukcyjne okna, spełniająca jednocześnie funkcję okna i drzwi; okno o wysokości drzwi, które umożliwia dostęp lub przejście.
Dokumenty odniesienia i przepisy Przystępując w obecnych czasach do realizacji małej lub dużej inwestycji inwestorzy, w tym również indywidualni, powinni zwracać szczególną uwagę na właściwości techniczne nabywanych i montowanych wyrobów budowlanych. Właściwości te powinny określać jakość wyrobu, jego trwałość i zdolności eksploatacyjne. Nowoczesna architektura, warunki materiałowe, ochrona środowiska oraz czynniki ekonomiczne zmuszają obecnie producentów stolarki, w tym okien i drzwi balkonowych, do poszukiwania nowych rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych, co nie zawsze łączy się z odpowiednimi ich parametrami technicznymi.
Działający jeszcze do niedawna w Polsce system wydawania aprobat technicznych na okna i drzwi balkonowe wykonane z różnych materiałów zmuszał do globalnej oceny tych wyrobów przez jednostkę niezależną. Potwierdzenie właściwości technicznych dotyczyło zarówno wszystkich materiałów składowych stosowanych do ich produkcji, jak również dotyczyło badania gotowego wyrobu prowadzonego w szerokim zakresie.
Wówczas finalny odbiorca był pewien, że dany system okienny posiadający Aprobatę Techniczną spełnia minimalne wymagania techniczno-użytkowe co oznaczało, że może być stosowany w budownictwie ze ściśle określonym w niej zakresem stosowania.
Właściciele aprobat technicznych (głównie systemodawcy) projektując swoje systemy okienne zwracali szczególną uwagę na zakres aprobaty pod kątem asortymentu, jaki był nią objęty – wyraźnie zdefiniowane wymiary maksymalne oraz sposób podziału powierzchni. Nierozerwalnie związane to było z parametrami technicznymi, jakimi miała charakteryzować się ich stolarka oraz z trwałością i niezawodnością ich wyrobu w czasie eksploatacji.
Obecnie obserwujemy nieco inne podejście do osiągów technicznych okien czy drzwi balkonowych. Wejście Polski do UE i ogólne dążenie do globalizacji ma na celu ułatwienie producentom zbytu swoich towarów na wszystkich jej rynkach. To związane jest również z jednolitym sposobem deklarowania zgodności np. wyrobów budowlanych przy wprowadzaniu ich do obrotu. Od 1 lutego 2007 r. dokumentem odniesienia dla deklarowania zgodności okien jest zharmonizowana norma wyrobu PN-EN 14351-1:2006 Okna i drzwi. Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne. Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących odporności ogniowej i/lub dymoszczelności [3].
Norma ta umożliwia producentom stolarki zewnętrznej (bez odporności ogniowej i/lub dymoszczelności) znakowanie ich znakiem CE lub B po spełnieniu wszystkich jej wymagań. Należy pamiętać, że tutaj producent i tylko producent, na własną odpowiedzialność, znakuje odpowiednio swój wyrób i wprowadza go na rynek budowlany. Znakowanie to wymagane jest przepisem krajowym – Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych [4], który m.in. mówi:
Wyrób budowlany może być wprowadzony do obrotu, jeżeli nadaje się do stosowania przy wykonywaniu robót budowlanych, w zakresie odpowiadającym jego właściwościom użytkowym i przeznaczeniu, to jest ma właściwości użytkowe umożliwiające prawidłowo zaprojektowanym i wykonanym obiektom budowlanym, w których ma być zastosowany w sposób trwały, spełnienie wymagań podstawowych.
Wyrób budowany nadaje się do stosowania przy wykonywaniu robót budowlanych, jeżeli jest:
oznakowany CE – dokonano oceny jego zgodności z normą zharmonizowaną albo EU aprobatą techniczną,
oznakowany znakiem budowlanym B, jeżeli producent dokonał oceny zgodności i wydał, na swoją odpowiedzialność, krajową deklarację zgodności z Polską normą albo krajową aprobatą techniczną.
W przypadku okien i drzwi balkonowych należy pamiętać, że producent zobligowany jest dodatkowo przepisami krajowymi do właściwego oznakowania swojego wyrobu wraz z podaniem jego parametrów technicznych w odniesieniu do podstawowych właściwości objętych Wstępnym Badaniem Typu wg PN-EN 14351-1:2006 [3]. Wówczas nabywający ten wyrób może określić jednoznacznie czy podane parametry techniczne w podstawowym zakresie odpowiadają jego wymaganiom i oczekiwaniom.
Deklarowanie przez producenta zgodności okien i drzwi balkonowych w odniesieniu do normy wyrobu [3], związanej jest z:
wstępnym badaniem typu (ITT),
zakładową kontrolą produkcji,
przepisami krajowymi i/lub wymaganiami obiektowymi.
Właściwości użytkowe okien i drzwi balkonowych
W normie wyrobu [3] w tablicy ZA.3b wyszczególniono właściwości biorące udział w ocenie zgodności okien i drzwi balkonowych – system 3. W tablicy tej określono również zadania dla jednostek notyfikowanych (np. ITB) – Wstępne Badanie Typu ITT – oraz zadania producenta: wstępne badanie Typu ITT (do wykonania przez producenta) oraz badania w ramach zakładowej kontroli produkcji.
Tablica 1. Właściwości ujęte w ITT
Właściwości podstawowe ujęte w ITT wraz z klasami technicznymi, określane przy deklarowaniu zgodności podano w tablicy 1.
W tabeli 1 przedstawiono właściwości ujęte Wstępnym Badaniem Typu wraz z minimalnymi, maksymalnymi oraz pośrednimi klasami technicznymi, jakie okna mogą osiągnąć w zakresie sprawdzanej cechy. Ponadto wg PN-EN 14351-1:2006 [3] wszystkie wyszczególnione cechy mogą być nieokreślone, tj.: mogą być zdefiniowane jako npd – osiągi nieokreślone.
Ani norma wyrobu, ani też normy klasyfikacyjne nie podają zakresu stosowania tych konstrukcji w zależności od uzyskanej klasy (określonego minimum).
Zakres stosowania wynika z przepisów i warunków krajowych.
Osiągnięcie przez wyrób minimalnych klas w zakresie sprawdzanych właściwości, a następnie deklarowanych przez producenta powinno być ściśle związane z projektem konkretnego obiektu, w którym wyroby te mają być zastosowane. Ważne jest, przede wszystkim, usytuowanie obiektu w terenie, jego przeznaczenie, wysokość i miejsce wbudowania okien i drzwi balkonowych.
Kolorem żółtym zaznaczono minimalne wartości klas, które przyjęte były w Polsce dla okien i drzwi balkonowych na etapie wydawania Aprobat Technicznych, a które powołane były w dokumencie ITB – Zalecenia Udzielania Aprobat Technicznych ZUAT-15/III.11/2005 [6].
Sprawdzenie jednej z podstawowych właściwości wyszczególnionych w tablicy 1, jaką jest odporność na obciążenie wiatrem, związane jest bezpośrednio z zakresem stosowania wynikającym z obliczeniowego obciążenia wiatrem, tj.: miejsce wbudowania okna (teren, na jakim znajduje się budynek) i wysokość jego wbudowania.
Badanie odporności na obciążenie wiatrem to sprawdzenie zastosowanego rozwiązania konstrukcyjno-materiałowego oraz wykazanie warunku spełnienia w zakresie statyki.
Zadeklarowanie zbyt wysokiej klasy technicznej przez producenta, co poszerzy zakres stosowania takiego wyrobu, może wpłynąć w sposób istotny na pogorszenie właściwości funkcjonalno-użytkowych okna, np.: zwiększenie przepuszczalności powietrza i pogorszenie wodoszczelności spowodowane nadmiernymi odkształceniami, uszkodzeniem konstrukcji okna, czy okuć.
Ponadto norma wyrobu [3] podaje szereg innych cech mających istotny wpływ na właściwości użytkowe okien, a których potwierdzenie badawcze nie jest wymagane dla oceny zgodności, będącej z kolei podstawą dla producenta do wprowadzenia wyrobu do obrotu i stosowania.
Fot. 1. Widok dużych drzwi tarasowych podnoszono-przesuwnych. Czy wyrób jest ergonomiczny? Jakich wymaga sił operacyjnych?
Należy zwrócić uwagę na dużą obecnie na rynku dowolność w zakresie konieczności potwierdzania przez producentów jakości i przydatności produkowanych przez nich wyrobów. Inwestor (kupujący) powinien na etapie zamawiania zwracać uwagę na deklarowane przez producenta właściwości techniczno-użytkowe.
Deklarowanie klas technicznych nie tylko podstawowych właściwości ale również właściwości dodatkowych (wg [3]) wytrzymałościowo-funkcjonalnych, takich jak:
siły operacyjne,
odporność na skręcanie statyczne,
odporność na obciążenie w płaszczyźnie skrzydła
odporność na wielokrotne otwieranie i zamykanie,
zachowanie się między różnymi klimatami,
odporność na włamanie (w przypadku okien o zwiększonej odporności na włamanie), świadczą o trwałości, funkcjonalności i niezawodności działania nabywanej stolarki.
O tyle ma to istotne znaczenie, gdyż np. w przypadku wyrobów wielkogabarytowych (duże przesuwne drzwi balkonowe) osiągane są wielokrotnie wysokie parametry szczelnościowe, co może przekładać się jednocześnie na utrudnioną ich obsługę (otwieranie i zamykanie). Pomiar sił operacyjnych na klamkę daje wysokie wartości, co uniemożliwia ich klasyfikację wg PN-EN 13115:2002 [7].
Producent nie ma obowiązku określania wówczas klasy technicznej dla tej właściwości, gdyż nie należy ona do badań ITT. Łatwość obsługi okien poprzez określanie sił działających na klamkę i ruch skrzydła standardowo weryfikowana była w procesach aprobacyjnych, co potwierdzało funkcjonalność działania otwieranych skrzydeł okiennych.
A co mamy dzisiaj?
Drzwi balkonowe/tarasowe powinny służyć m.in. do łatwego wychodzenia na zewnątrz (taras). W opisanym przypadku obsługa przez użytkownika takiego wyrobu wymaga przykładania przez niego dużej siły na klamkę celem zamknięcia czy otwarcia drzwi.
Wielokrotnie wartości te przekraczają 100 N, gdzie jest to wartość graniczna (w aprobatach technicznych wartość nominalna 80 N). Powyżej niej wyrobów nie klasyfikuje się, co oznacza brak funkcjonalności działania dla tego wyrobu.
Innym, bardzo istotnym badaniem potwierdzającym właściwości użytkowe okien (a nie ujętym w ITT) jest badanie zachowania się okna między różnymi klimatami wg [8]. Badanie to przeprowadzane jest w specjalistycznych komorach klimatycznych, w których wywojuje się zmienne, skrajne warunki temperaturowo-wilgotnościowe (zakres temperatur od -20°C do +85°C, wilgotność do 100%).
Ma ono o tyle istotne znaczenie, iż weryfikuje poprawność zastosowanego rozwiązania konstrukcyjno-materiałowego okna, np.: w przypadku wyrobów wykonanych z drewna egzotycznego, z kształtowników kolorowych z PVC-U, czy przy zastosowaniu połączenia dwóch materiałów m.in. drewno-aluminium.
W przypadku okien drewnianych ocenie podlega nie tylko materiał ale również poprawność zastosowania i wykonania systemu powłokowego. Zwiększone warunki wilgotnościowe mogą spowodować degradację materiału okna wskutek akumulacji w nim wilgoci, pochodzącej z pary wodnej i jej kondensacji w przekroju okna i na jego powierzchni (fot. 2 i 3).
Fot. 2. Degradacja uszczelnienia wewnętrznego (źródło: archiwum ITB)
Fot. 3. Przykład oddziaływania wilgoci – degradacja połączenia (źródło: archiwum ITB)
Niewłaściwa konstrukcja, niewłaściwy materiał, złe wykonanie i użytkowanie w ekstremalnych warunkach klimatycznych (Polska zima-lato, warunki nowo wybudowanych wykańczanych pomieszczeń) mogą zdecydowanie pogarszać właściwości funkcjonalno-użytkowe okien, np.: sprawność działania, przepuszczalność powietrza, spowodowane nadmiernymi odkształceniami – na co odpowiedź mogą dać badania klimatyczne.
Ponadto wprowadzanie zmian konstrukcyjnych czy materiałowych w wyrobie poddanym badaniu ITT, dla którego ustalono klasy techniczne podstawowych właściwości, może wymagać ponownego ustalenia jego osiągów.
Należy zwracać uwagę przy deklarowaniu zgodności na komponenty używane do produkcji okien czy drzwi balkonowych i na ile ich zmiana może zmienić właściwości użytkowe tych wyrobów w odniesieniu do pierwszego ITT.
W tablicy 2 podano zależność pomiędzy zmianami komponentów, a zmianą właściwości użytkowych okien czy drzwi balkonowych.
Należy pamiętać, że deklarowanie zgodności okien i drzwi balkonowych z normą wyrobu PN-EN 14351-1:2006 [3] związane jest dodatkowo z przepisami kraju na terenie którego te wyroby są wbudowywane.
Tablica 2. Zmiana komponentu a zmiana właściwości użytkowych okien
W Polsce przepisami takimi jest Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 16 kwietnia 2004 r. z późniejszymi zmianami z dnia 15 marca 2009 r., zmieniające Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z dnia 13 listopada 2008 r.) [5].
W rozporządzeniu z dnia 13 listopada 2008 r. wprowadzono m.in. zmianę dotyczącą współczynnika infiltracji powietrza dla okien i drzwi balkonowych.
W myśl nowych zapisów, w przypadku okien i drzwi balkonowych nie wyposażonych w elementy nawiewne, a stosowanych w pomieszczeniach z wentylacją nawiewno-wywiewną lub klimatyzacją, współczynnik infiltracji powietrza „a” jest mniejszy i równy 0,3 m3/(h m daP2/3).
Natomiast w przypadku zastosowania w pomieszczeniach innego rodzaju wentylacji niż wentylacja mechaniczna nawiewna lub nawiewno-wywiewna, dopływ powietrza zewnętrznego, w ilości niezbędnej dla potrzeb wentylacyjnych należy zapewnić przez urządzenia nawiewne umieszczane w oknach, drzwiach balkonowych lub w innych częściach przegród zewnętrznych.
Przed wprowadzeniem tej zmiany dla okien i drzwi balkonowych określona była dodatkowo wartość współczynnika infiltracji powietrza „a” zawierająca się w przedziale 0,5÷1,0 m3/(h m daP2/3), którymi charakteryzowały się okna i drzwi balkonowe stosowane w pomieszczeniach, w których zastosowano wentylację grawitacyjną.
Dodatkowo w znowelizowanym rozporządzeniu [5] złącza między przegrodami i częściami przegród oraz połączenia okien z ościeżami należy projektować i wykonywać pod kątem ich całkowitej szczelności na przenikanie powietrza. To z kolei łączy się z poprawnym montażem stolarki otworowej. Właściwości użytkowe okien czy drzwi balkonowych to nie tylko odpowiednie klasy techniczne podstawowych i dodatkowych właściwości gotowego wyrobu to również, a może w znacznej mierze odpowiedni montaż.
W Polsce brak jest normy czy innego dokumentu odniesienia dotyczącego podstawowych zasad montażowych. Na potrzeby rynku w Instytucie Techniki Budowlanej w Warszawie opracowano Instrukcję nr 421/2010 Warunki Techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych, Część B: Roboty wykończeniowe, Zeszyt 6: Montaż okien i drzwi balkonowych.
Podano tam szczegółowe zagadnienia związane z montażem okien i drzwi balkonowych wykonanych z różnych materiałów, w różnych rodzajach murów, rzy zastosowaniu odpowiednich technologii kotwienia i izolacji.
Należy pamiętać, że montaż zewnętrznej stolarki otworowej ma spełniać rozporządzenie [5] w zakresie szczelnego połączenia okien i drzwi balkonowych z ościeżami, a nie być fantazją montujących te wyroby (fot. 4).
Fot. 4. Przykład nieprawidłowego montażu (źródło: archiwum ITB)
mgr inż. Marzena Jakimowicz
Instytut Techniki Budowlanej
Zakład Konstrukcji i Elementów Budowlanych
Bibliografia:
[1] Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych, część B: Roboty wykończeniowe. Zeszyt 6. Montaż okien i drzwi balkonowych.
[2] PN-EN 12519:2007 Okna i drzwi. Terminologia.
[3] PN-EN 14351-1:2006 Okna i drzwi. Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne-Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących odporności ogniowej i/lub dymoszczelności.
[4] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowalnych (Dz.U. z 2004 r., nr 92, poz. 881),
[5] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z dnia 13 listopada 2008 r.).
[6] ZUAT-15/III.11/2005 Okna i drzwi balkonowe z kształtowników z nieplastyfikowanego polichlorku winylu
(PVC-U) z kształtowników aluminiowych lub z drewna klejonego warstwowo.
[7] PN-EN 13115:2002 Okna. Klasyfikacja właściwości mechanicznych. Obciążenia pionowe, zwichrowanie i siły operacyjne.
[8] PN-ENV 13420:2006 Okna. Zachowanie się pomiędzy dwoma różnymi klimatami. Metoda badania.
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły tego autora:
- Okna i drzwi balkonowe w świetle obowiązującego prawa, Marzena Jakimowicz, Świat Szkła 7-8/2010
- Wymagania techniczne okien a wybrane właściwości wg PN-EN 14531-1:2006, Marzena Jakimowicz, Świat Szkła 7-8/2008
więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
Ustanowienie zharmonizowanej normy PN-EN 14351-1:2006 Okna i drzwi. Norma wyrobu, właściwości eksploatacyjne. Część 1: Okna i drzwi zewnętrzne bez właściwości dotyczących odporności ogniowej i/lub dymoszczelności [1] wywołało wśród producentów niemałe poruszenie.
Oznaczało to bowiem, że począwszy od 1 lutego 2007 r. (daty zastosowania) można używać dla tych wyrobów znaku CE, pozwalającego na wprowadzenie ich do obrotu na całym rynku EAA, tzn. krajów UE oraz Norwegii, Islandii i Lichtensteinu.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
otwartą w górnej części, co umożliwia mycie szkła o większych wymiarach.
Wysokość użyteczna pracy wynosi 1600 mm. Początkowym elementem procesu
mycia jest stelaż wejściowy.
Następnie odbywa się mycie wstępne, którego strefa jest oddzielona od strefy mycia zasadniczego. W strefie tej pracująszczotki walcowe, każda omywana w sposób ciągły przez dysze natryskowe.
Dalej zamontowany jest centralny zbiornik z trzema pompami. Mycie odbywa się poprzez 2 pary szczotek zamontowane w osobnych przegrodach. Dodatkowo maszyna wyposażona jest w strefę płukania w niezależnej przegrodzie.
Strefa suszenia wyposażona jest w dmuchawy, zasilane przez wydajny wentylator, odpowiednio wyprofilowane i ukierunkowane w stosunku do płaszczyzny maszyny, w sposób pozwalający na osiąganięcie optymalnej jakości suszenia. Końcowym etapem jest napędzany stelaż wyjściowy o długości 3,2 m. wyposażony w podświetlaną tablicę umożliwiającą skontrolowanie jakości mycia.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
W renesansowej Europie, u zarania ery nowożytnej, szklarze rodem z Wenecji pełnili podobną funkcję, jaką dziś w świecie komputerów pełnią Amerykanie: byli pionierami postępu, zaczynem twórczo fermentującym.
Docierali do Niderlandów i do królestwa Francji.
Puchar potasowo-ołowiowy
Z ziemi włoskiej do Brytanii
Szkło produkowane w Niderlandach było bardziej zbliżone swym wyglądem do wyrobów pochodzących z Murano, aniżeli weneckie szkło wytwarzane nad Sekwaną. Przyczyna tego była prosta.
Italczycy szybciej aklimatyzowali się we Francji niż na terenach obecnego Beneluksu. Wielu ludzi znanych z historii Francji (przykład pierwszy z brzegu: kardynał Mazarini, rządzący tym państwem za czasów Ludwika XIV, Króla-Słońce) z pochodzenia było właśnie Włochami.
Szklarze weneccy dotarli także – w XVI w. – na Wyspy Brytyjskie. Źródła mówią o roku 1549. Włosi przybywali do Anglii z Niderlandów, z którymi przez porty w Antwerpii i Brukseli Anglia była zawsze związana.
Czysto italska huta szkła zaczęła pracować w Londynie począwszy od 1571 r. Kierownikiem huty był Giacomo Verzelini. Zatrudniał 9 przybyszy z Wenecji. Pięćdziesięcioletni wtenczas Verzelini urodził się w Wenecji. W 1575 r. uzyskał przywilej wyłączności na wytwarzanie szklanych wyrobów fasonem przypominających szkło weneckie. Król udzielił mu tego monopolu na 21 lat. Huta jego zlokalizowana była w Crutched Fiars; drugą miał przy Broad Street.
W 1580 r., na przedmieściach stolicy Anglii, Sebastian Orlandini (Włoch) oraz John Smith (Anglik) założyli nową hutę. Verzelini oczywiście interweniował u władz, okazując stosowny papier. Interwencja przyniosła owoce. Lord-mayor Londynu kazał rozebrać piec szklarski tudzież zagroził parze konkurentów aresztem, jeśli nadal będą lekceważyć
decyzje królewskie.
Wytwory rąk hutników wenecjanina Verzeliniego były albo pozłacane albo zdobione grawerunkiem przy pomocy diamentowego rylca. Niemało ich się zachowało do tej pory. Imponują pięknem. Napływ Włochów na wyspy trwał aż do połowy XVII w. Niektórzy przybyli sami zachęceni otwierającymi się tu możliwościami (N. Ballarin, L. Moro, V. Servino), innych do przyjazdu nakłonił James Howell, człowiek, który pracował na rzecz rodzącego się w Anglii przemysłu szklarskiego.
Howell przypłynął do Murano i zabrał stamtąd wielu pracowników tamtejszych hut. Anglicy od dawien dawna potrafili wyczuć okazję do dobrego zarobku. Nie na darmo uważani byli zawsze za naród „sklepikarzy, kupców i przedsiębiorców”. Podczas gdy myśmy walczyli o „złotą wolność” i nie dopuszczali mieszczan do współudziału w rządach, a Francuzi dumni byli z tego, że są poddanymi najpotężniejszego w Europie monarchy, wyspiarze myśleli głównie o zysku, łupiąc wyładowane srebrem i zlotem hiszpańskie floty płynące z Ameryki do portu w Kadyksie, oraz kładąc podwaliny pod rozwój nowoczesnej gospodarki.
Wykwintne angielskie szkło wzorowane na szkle weneckim miało szalone powodzenie wśród wzbogaconej na grabieży kościelnych majątków (w wyniku Reformacji) angielskiej szlachty oraz brytyjskiego stanu kupieckiego.
Dominium Roberta Mansella
Zapoczątkowana przez królową Elżbietę I polityka monopoli (spopularyzowana przez filmy fabularne oraz doskonały serial telewizyjny BBC), polityka państwowej kontroli nad rodzącą się w Anglii przedsiębiorczością, trafiła na zdecydowany opór kapitalistów. Wiek monopoli skończył się wojną domową, ścięciem króla Karola I oraz rządami parlamentu. Nowa, rodząca się klasa społeczna pokazała swoją siłę.
Zanim jednak to nastąpiło, sędziowie Królewskiego Sądu Najwyższego sprecyzowali zasady przyznawania listów patentowych: „Każdy, kto dzięki swemu rozumowi… wniesie do królestwa nowe rzemiosło lub maszynę wspomagającą nowy przemysł… ” Wytwarzanie szkła nie było w 1603 r. (data orzeczenia sądu) niczym nowym, ale… w 1612 wybudowano pierwszy pracujący na węglu piec szklarski.
I było to nowością rewolucyjną. S. Sturtevant, autor arcyzajmującego traktatu pt. „Metallica”, doniósł czytelnikom, że w Winchester House w Soutwark w podmuchowym piecu szklarskim opalanym węglem kamiennym otrzymano równie dobre szkło, jak w „miejscach, gdzie marnuje się mnóstwo drewna”.
W 1615 r. nowy szklarski obyczaj zalegalizowano w sposób nader zdecydowany. Anglicy potrafili być inteligentni i stanowczy – zwłaszcza, jeśli wzięli do kieszeni mały prezencik. Doprawdy, nie był to jeszcze czas wolnej konkurencji – na ten pomysł Brytyjczycy wpadną dopiero 200 lat później.
Stosowania drewna zabroniono – importu szkła zakazano – dziewięciu ludziom nadano przywilej wyłączności za gigantyczne na owe czasy kwoty tysiąca funtów szterlingów płaconych rocznie. Czyli była to dzierżawa. W tej dziewiątce znalazł się jeden – później podniesiony do godności szlacheckiej – który wykupił prawa od reszty i stał się wyłącznym posiadaczem monopolu.
Robert Mansell podjął ryzyko – i wygrał. Musiał mieć talent do przedsiębiorczości. Nowe huty z piecami opalanymi węglem powstawały nawet w starych rejonach szklarskich, np. w Stourbridge. Leśne huty Mansell próbował zlikwidować. Prawie mu się to udało. Zniszczył wszystkich konkurentów poza jednym – Paulem Tyzackiem.
Dominacja Mansella trwała do 1640 r. Potem wybuchła wojna domowa. Jednak Robertowi Mansellowi powiodło się przekształcenie zacofanej szklarskiej wytwórczości w przodujący w Europie dział przemysłu.
Osiemnastowieczny puchar
Piece opalane węglem
W lat ach 60. XVII w. sytuacja polityczna uległa stabilizacji. W 1661 r. M. Clifford oraz T. Powlden uzyskali prawa do nowego wynalazku – produkcji szkła kryształowego. Rok później Th. Tilson otrzymał podobny patent – obejmował on także szkło lustrzane. W tymże roku Ch. Menet wydrukował swój znakomity traktat o produkcji szkła. Stało się ono niezwykle modne. Wybornej jakości szkło użytkowe, szkło stołowe, awansowało do rangi jednego z bardziej poszukiwanych towarów na Wyspach.
Nowy rozmach handlowi produktami szklarskimi nadała kompania sprzedawców szkła (w 1664 r. uzyskała status korporacji). Ale nie tylko handlowi. Także produkcji. Z jej inicjatywy powstały nowe wynalazki. Anglikom udało się stworzyć szkło kryształowe nowego rodzaju, jakościowo równorzędne weneckiemu. Wielką rolę odegrał tu George Ravenscroft.
W 1673 r. ten były pracownik Murano założył hutę w samym Londynie, a potem szklarska korporacja pomogła mu zbudować drugą. W obu Ravenscroft zatrudniał przybyszy z Italii. W 1676 r. został przez korporację upoważniony do używania pieczęci z łbem kruka. Styl jego wyrobów był niby zbliżony do weneckiego, ale wykonanie końcowe – bardziej majestatyczne.
Ravenscroft uzyskał szkło podobne do górskiego kryształu. Dlaczego mu się to udało? Pierwszym powodem było to, że do zestawu szklarskiego dodawał ołów w większej proporcji niż Włosi, stosował też ołowianą masę szklarską. Drugim – węgiel. Węgiel jako paliwo pozwalał na osiąganie wyższej temperatury. Poziom jej był stabilny.
Stabilność temperatury ułatwiała osiąganie wysokiej jakości. Szkło produkowane przez Ravenscrofta wzbudziło powszechny zachwyt. Jest historycznym punktem odniesienia dla następców. Należy mu się cześć i uznanie.
Nieco wcześniej wspomniany Ch. Menet zasłużył się nie tylko dla produkcji szkła. Został członkiem Królewskiej Akademii Medycznej oraz jej pierwszym bibliotekarzem. Założył Royal Society. Publikował prace naukowe z medycyny i botaniki. Trzeba go uznać za człowieka renesansu. Jego książki przetłumaczono na język niemiecki. Zrobił to J. Kunckel, zarówno praktyk, jak i teoretyk, jeśli chodzi o szklarską wytwórczość. Kunckel był synem hutmistrza, także alchemikiem oraz farmaceutą.
W 1696 r. na Wyspach Brytyjskich pracowało 88 hut szkła. Największymi ich skupiskami były Londyn, Bristol, Stourbridge. Produkowano butelki, szkło płaskie oraz naczynia stołowe.
Rząd nie interweniował bezpośrednio, nie wtrącał się do produkcji, lecz czuwał, a nawet czyhał – na „kasę”. Opłata akcyzowa na szkło stała się przekleństwem angielskich hutników. Wprowadzono ją w 1696 r. – dzięki temu wiemy, ile pracowało szklarskich zakładów – po 3 latach na skutek protestu opłatę zniesiono, lecz w 1745 r. akcyzę na szkło wprowadzono znowu – tym razem na 100 lat.
Akcyza nie tylko biła po kieszeni. Była także uciążliwa w praktyce codziennej. Przy każdej hucie był „zainstalowany” urzędnik. Mierzył on każdą donicę i sprawdzał wymiary produktu. Opłatę kalkulowano w zależności od masy zużytego surowca. Podczas studzenia szkła (a tego nie da się uniknąć) pomieszczenie z odprężarką było zamknięte: szło o to, aby nikt niczego nie dodał, ani nie usunął.
Mimo to angielski przemysł szklarski rozkwitał. Najlepszy to dowód na wysoką jakość produkcji. W 1783 r. przemysł ten zarobił 800 tysięcy funtów, więcej, niż wyniósł budżet Zjednoczonych Królestw podczas pokoju.
Szkło ołowiowe
Począwszy od 1706 r. w ośrodku stołecznym rozwinęła się produkcja szkła ołowiowego o bardzo wysokiej jakości. Sztandarowym wyrobem był kielich do wina na nóżce o kształcie kolumny. W rejonie Newcastle powstał inny typ analogicznego kielicha: miał on zgrabną i wysoką nóżkę, złożoną z różnych części, bogato zdobioną spiralami. Z ołowiowego szkła wyrabiano też wazy, lichtarze, buteleczki na oliwę itd.
Piękno ich brało się z elegancji i doskonałych proporcji. Często nie bywały zdobione, ale mimo to warstwy wyższe, np. arystokracja, chętnie brytyjskie szkło kupowały. Niektóre napisy na szklanych naczyniach i kielichach posiadały wyraźną adnotację polityczną. Przykładowo, napis „zdrowie wszystkich naszych wiernych przyjaciół” odnosił się do zwolenników Stuartów, którzy przegrali walkę o władzę najpierw ze zwolennikami republiki (Cromwell, Monk), a potem z Wilhelmem Orańskim (z Holandii); mimo zaś porażki, pozostali wierni – wywodzącemu się ze Szkocji – domowi Stuartów. Wierność ta była jednocześnie symbolem przegranej sprawy.
Kieliszek do likieru
Od lat 40. XVIII w. szkło w Anglii zdobiono pięknymi szlifami o brzegach muszlowatych. Nie były one podobne do żadnych innych. Szlify uwydatniały połysk kryształowego szkła. Bardzo często cała powierzchnia wazy, patery bądź kielicha pokryta była szlifami. U schyłku tego stulecia zaczęto wytwarzać grube szkło, więc i szlif mógł być głębszy, co dodawało uroku wyrobom.
Angielskie szkło ołowiowe przypominające kryształ bardzo ciekawiło szklarzy trudzących się na Starym Kontynencie. Chcieli je naśladować, aby również wytwarzać tak piękne przedmioty. W tym celu wysyłali do Anglii wywiadowców – szpiegostwo przemysłowe nie jest wymysłem współczesności. Anglicy tych szpiegów często wyłapywali, bez pardonu wtrącając do lochów. I tak byli bardziej miłosierni aniżeli starożytni Chińczycy, którzy ludzi próbujących wykraść im sekret produkcji jedwabiu karali po prostu skróceniem o głowę.
W połowie XVIII w. szkło ołowiowe było już wytwarzane w Norwegii i Belgii, a 20 lat później jego produkcję podjęli Francuzi oraz Holendrzy. Nie udało się zachować sekretu. Co więcej, angielski styl, został powszechnie zaakceptowany. Szkło z Newcastle było eksportowane do zachodniej Europy, a największy na nie apetyt zdradzały Zjednoczone Prowincje (obecnie Holandia i Belgia). Najmniejszy wpływ Anglicy wywarli na Czechów i Niemców; tam szkło poszło własną drogą. Czesi na przykład opracowali własną technologię bezbarwnego szkła podobnego do górskiego kryształu.
Żyrandole
Żyrandole z ramionami-gałęziami ze szkła to pomysł Francuzów. Po epoce burzliwych wojen prowadzonych przez Króla-Słońce, który dążył – bezskutecznie – do hegemonii w Europie, nastał czas pokoju sprzyjający dobremu życiu. Szklane żyrandole niewątpliwie je upiększały (przedtem wykonywano je z brązu). Posiadały metalowy trzon całkowicie przykryty elementami ze szkła szlifowanego tak, że tego trzonu absolutnie nie było widać. Trzon posiadał konsole znajdujące się na różnych wysokościach. „Gałęzie” żyrandola – zakończone lichtarzami – wygięte były w literę S. Co najciekawsze, szklane żyrandole były nie tylko tańsze od wcześniejszych brązowych, ale także posiadały swoisty wdzięk, odpowiadający gustowi antycznemu dominującemu w epoce Rokoka, które wyparło majestatyczny, przeładowany ozdobami styl barokowy w sztuce i architekturze.
W drugiej połowie wieku świateł szklarze brytyjscy osiągnęli mistrzostwo zarówno w polerowaniu, jak i w szlifowaniu szkła, dzięki czemu mógł powstać nowy typ wieloramiennego żyrandola, bardziej finezyjnie wykonany aniżeli żyrandole wcześniejsze. Wszystkie elementy posiadały bogaty szlif, zdobiony wisiorkami oraz ornamentowany. Ramiona żyrandola miały kształt inny niż litera „S”, co dawało bardziej równomierne oświetlenie. Między nimi zwisały łańcuchy ze szlifowanych kropli szkła. Mrugające światło świec padało na polerowane powierzchnie, rozbłyskując wszystkimi barwami tęczy.
Wielka to zasługa szlifierzy. W historii pozostały nazwiska Johna Akermana (właściciel firmy szlifierskiej działającej w latach 1719-1785), Jerome Johnsona, Thomasa Bettsa i Jonathana Colleta (przejął sklep po Bettsie). Maydwell i Windle drukowali reklamy ukazujące ich szlifierzy przy pracy. Po nich biznes przejęli bracia Heady. Koniecznie trzeba przypomnieć – powstałą w 1762 r. – firmę szlifierską Parkera. Dlaczego koniecznie? Ponieważ – zmieniając jednakowoż właścicieli – przedsiębiorstwo owo przetrwało do tej pory.
Około roku 1780 moda na wieloramienne żyrandole zaczęła zanikać. Zastąpiły je kandelabry i żyrandole koronowe.
Słynna angielska "czarna butelka"
Sensacyjny wynalazek: „czarna” butelka
„Czarna” butelka w istocie nie była czarna lecz bardzo ciemnozielona. Produkowano ją od drugiej połowy XVII w., dzięki doborowi specjalnego, twardego piasku. Takie butelki nie dość, że chroniły płyn przed światłem, to jeszcze były supertrwałe, co przy ówczesnych warunkach podróżowania – trzęsący się na wybojach dyliżans – było czynnikiem rozstrzygającym o ich przydatności oraz popularności.
U schyłku tego stulecia Anglia miała już 42 huty specjalizujące się w ich wytwarzaniu (Londyn, Stourbridge, Bristol, Newcastle). Przechowywano w nich wodę mineralną, piwo i jabłecznik. Zamykano je szczelnym korkiem.
Angielska „czarna butelka” szybko zawojowała kontynent, zwłaszcza Francję. Naturalnie naród zjadaczy żab trzymał w niej swój sprawdzony trunek: wino. Już wtedy produkcja wina miała blisko dwudziestowiekową tradycję, datującą się jeszcze z czasów opanowania Galii przez legiony Cezara. Opinie konsumentów były zgodne: wino przechowywane w butelkach – przedtem do tego celu służyły beczki i beczułki – staje się lżejsze i lepsze.
Zwyczaj butelkowania wina trafił nawet do mniejszych chat. Osiemnastowieczny autor pisał: „w rejonie Bordeaux nie ma rolnika, który by nie zabierał na pole ciemnej butelki z winem bądź innym napojem”.
Jerzy Grundkowski
Rys. Agnieszka Bitowt
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły tego autora:
- Szkło angielskie, Jerzy Grundkowski, Świat Szkła 7-6/2010
- Europejskie cechy i rody szklarskie, Jerzy Grundkowski, Świat Szkła 6/2010
- Szkło w Europie średniowiecznej, Jerzy Grundkowski, Świat Szkła 3/2010
- Szkło antyczne, Jerzy Grundkowski, Świat Szkła 11/2009
więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
W poniższym artykule zostanie przedstawione stosowanie termowizji do lokalizacji źródeł promieniowania podczerwonego o dużym natężeniu i oceny narażenia pracowników na szkodliwe jego działanie w procesach produkcyjnych w przemyśle szklarskim oraz wpływu promieniowania cieplnego na organizm ludzki.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
wtapianie, spajanie lub „zdobienie szkła na gorąco”.
Obok znajomości technologii do wykonania przedmiotu metodą fusingu są niezbędne takie podstawowe materiały, jak: różne szkła i materiały zdobnicze wzajemnie kompatybilne, separatory, farby szklarskie oraz piec, w którym to wszystko się spieka i wygina w odpowiedniej
temperaturze.
„Kompatybilne” to znaczy posiadające identyczną rozszerzalność
i kurczliwość. Cechę tą określa się za pomocą współczynnika „COE”.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
Nowoczesna technika pracy ze szkłem w temperaturze oscylującej między ok. 500 a 900°C, polegająca na łączeniu, krojeniu, wyginaniu, a następnie stapianiu szkieł typu float lub antisol o rozmaitych kolorach i kształtach, daje imponujące i unikalne, częstokroć osobliwe efekty wizualne widoczne na tak powstałych, niezliczonych formach przestrzennych.
Nic więc dziwnego, że fusing w ostatnim czasie podbija serca producentów szkła, architektów, projektantów i artystów, którzy dzięki możliwościom tej oryginalnej, wciąż nowatorskiej techniki, w pracy są ograniczeni już niemal jedynie wyobraźnią.
Diabeł tkwi w szczegółach
Wprawdzie zespajać szkło na gorąco potrafili już starożytni Egipcjanie, jednak dawno miejsce ich prymitywnego warsztatu stapiania i modelowania pudrów szklanych wyparła metoda łączenia tafli za pomocą sterowanych komputerowo pieców termicznych, które umożliwiają ich gięcie, kształtowanie i zdobienie poprzez wtapianie rozmaitych elementów.
Oferta producentów maszyn do obróbki termicznej jest obszerna. Proponowane piece różnią się m.in. rodzajem elementów grzejnych – jedne są wyposażone w tradycyjne spirale na rurach ceramicznych, inne jak np. IZO-3, w nowe moduły grzejne, mające dostosowywać kształtkę do geometrii maszyny i rozłożyć temperaturę równomiernie, tj. podobnie w każdym obszarze grzania. Obecnie niektórzy producenci prócz gotowej oferty proponują klientowi możliwość wykonania pieca na zamówienie.
Wówczas to sam zainteresowany decyduje o jego parametrach, np. rozmiarze komory i maksymalnej temperaturze grzania nabywanej maszyny. Dlatego ceny tych pieców z reguły nie są ustalane z góry, ale definiowane indywidualnie, zależnie od potrzeb klienta.
Jednak bez względu na to, czy urządzenie do fusingu jest wolnostojące czy przesuwne (na kółkach), z pokrywą podnoszoną ręcznie czy automatycznie (siłownikiem pneumatycznym), musi posiadać specjalną technologię ogrzewania, a następnie chłodzenia szkła, która pozwoli wyeliminować szkodliwe dla tafli naprężenia, tym samym zabezpieczając je przed pęknięciem. Unowocześnioną wersję tej funkcji posiadają piece z cyklem wygrzewania wnętrza sterowanym (po uprzednim zaprogramowaniu przez użytkownika) mikroprocesorowym regulatorem temperatury.
Gwarantem ochrony przed pęknięciem elementów poddanych fusingowi i jednocześnie warunkiem trwałego stopienia tafli o odmiennych kolorach i kształtach jest tzw. szkło kompatybilne. Łączenie surowców o różnych właściwościach fizycznych sprawia, że podczas intensywnego schładzania, kurczą się one niejednakowo, tj. w różnym stopniu, co powoduje wspomniane wyżej, niekorzystne naprężenia, a te z kolei – pęknięcia.
Szkło kompatybilne to chemicznie zharmonizowane tafle, dopasowane pod kątem współczynnika rozszerzalności (COE), czyli procentowego przyrostu długości przy wzroście temperatury o 1°C. Przykładowo, COE dla szkła typu Bullseye i Fusible Uroboros to 90, Spectrum – 96, Pyrex (żaroodpornego) – 32, szyby okiennej – od 85 do 87, a szkła butelkowego od 89 do 92.
Jednak, żeby upewnić się, że dane szkła są kompatybilne, zaleca się wykonanie odpowiedniej próby, np. z użyciem stressometra. Wówczas na wycięty ze szkła bazowego, ok. 20 centymetrowy pasek (szer. ok. 2 cm.) aplikuje się przeznaczone do zespojenia, próbki kolorowych szkieł. Jeżeli do wypaleniu tych elementów w temp. 820°C, a następnie 15 minutowym odprężeniu w 510°C, na tak otrzymanym szkle nie uwidoczni się tęczowa otoczka, oznacza to, że między stopionymi tworzywami nie wystąpiły naprężenia i można uznać je za kompatybilne.
Zaletą innej próby – paskowej jest możliwość sprawdzenia, które z testowanych materiałów rozszerzają się w większym, a które w mniejszym stopniu. Przy tym badaniu, 30 centymetrowe barwne paski szkła (szer. 2,5 cm.) nakłada się na siebie, wypala i schładza. Jeżeli po tym procesie, wygięcie któregokolwiek z użytych materiałów przekroczy 3,2 mm, oznacza to, że nie jest on kompatybilny z resztą. Mimo że producenci szkieł o podobnych właściwościach fizycznych, przed sprzedażą testują warunki tafli, zachęcają, by na wszelki wypadek przed przystąpieniem do zespajania takich surowców, ponownie wykonać próbę na kompatybilność.
Bezbarwne szkło float (fot. 2) jest typem szkła najczęściej stosowanym w technice fusingu (wynika to głównie z szerokiej dostępności tego szkła). Ta płaska tafla okienna powstaje w wyniku wlewania mieszanki roztopionych w piecu, w temp. 1000°C składników (piasku, sody, wapienia, dolomitu i tlenku glinu) do wanny z ciekłą cyną. Przy czym prędkość przemieszczania się gorącej kompozycji po substracie wpływa na jej objętość, umożliwiając tym samym produkcję szkła o grubości od 0,3 do 25 mm.
O przezierności floatu prócz gabarytów decyduje również zawartość tlenku żelaza. W procesie wylewania masy szklanej na powierzchnie cyny otrzymuje się gładką taflę o równej powierzchni, dostępną w kolorach: grafitowym, niebieskim, brązowym i różowym. Surowiec typu float można poddawać dodatkowej obróbce, a więc hartować, laminować i wyginać.
Drugim typem materiału stosowanego w fusingu jest antisol – tafla również płaska, z tym, że barwiona w masie za pomocą tlenków metali. Ten typ szkła charakteryzuje się zwiększoną absorpcją promieniowania podczerwonego, a co za tym idzie - chroni przed przegrzaniem oraz szkodliwym działaniem słońca pomieszczenia, w których się znajduje. Tafle antisol można kleić i hartować. Dostępne są również tafle ze szkła kolorowego (łącznie z materiałami uzupełniającymi), produkowane w szerokiej palecie barwnej i ze ściśle wymaganą kompatybilnością termiczną – specjalnie produkowane do spajania metodą fusingu.
Forma
Przed przystąpieniem do obróbki szkła, sporządza się (we współpracy z architektem i grafikiem) szczegółowy projekt, a następnie komputerową wizualizację zamówionego przedmiotu. Po zaakceptowaniu przez klienta zaproponowanej opcji, przygotowuje się wszelkie dodatki typu: igiełki, pudry, granulaty, folie, pręty, czarki oraz przycięte do dowolnych rozmiarów i kształtów części kompatybilnego szkła, przeznaczonego do spajania na gorąco.
Nim trafią do pieca, umieszcza się je na specjalnej, ceramicznej formie lub na rozdrobnionym gruzie. W drugim przypadku, w celu uniknięcia zabrudzeń, należy dodatkowo odizolować szkło od podkładu. W ofercie producentów form znajdują się kształtki metalowe, ze stali nierdzewnej (do gięcia szkła) lub gliniane (wypalane w temp. 1200°C).
Nowością na rynku są materiały umożliwiające samodzielne wykonanie formy do gięcia szkła. Są to np. plastry o przykładowych wymiarach 16x14 cm, 25x25 cm i 30x30 cm (możliwe są też niestandardowe wielkości), które przyciska się do wcześniej ulepionego z plasteliny lub gotowego przedmiotu – modelu, następnie odbity szablon utrwala się w temp. 820°C i użytkuje do ok. 3 miesięcy (fot. 3-9).
Plastry do fusingu są plastyczne, a umieszczona na ich powierzchni folia stabilizacyjna, pełniąca rolę separatora, powoduje, że podczas wytopu forma nie przykleja się do modelu. Do wyrobu mniejszych elementów (dekorów, biżuterii) pojawiły się bloczki, na których rylcem wydrapuje się dowolne zdobienia, jak inicjały, dedykacje, wzory (fot. 10-12).
Np. jednym z ostatnich osiągnięć firmy WITRAŻE s.c. jest opracowanie nowego składu mieszanki ceramicznej, z której wykonuje się kopyta do gięcia szkła, umożliwiające tworzenie tafli szklanych o promieniu zgięcia do 20 cm., podczas gdy dotąd promień załamania mógł sięgać maksymalnie 80 cm.
Innowacje umożliwiły również modyfikację łuku tafli, który do tej pory występował wyłącznie w postaci półokrągłej, a obecnie przedstawia nieco bardziej nieregularne formy, które można jednocześnie giąć i fazować (fot. 13). Technika gięcia znajduje szerokie zastosowanie w meblarstwie, umożliwia wykonanie takich elementów, jak: lady wystawiennicze, blaty i drzwiczki
do szaf. Jednakże, ponieważ szkła fusingowego nie można hartować – proces ten spowodowały popękanie niejednorodnej tafli – nie sposób tak formowanego surowca wykorzystać do wyrobu elementów szczególnie narażonych na obciążenia i uszkodzenia, jak schody czy podłogi.
Termoformowanie krok po kroku
Po wyłożeniu na wybraną, ceramiczną formę szklanych elementów całość umieszczamy w piecu. Przygotowane do wypału materiały można, w celu oszczędności energii elektrycznej oraz zwiększenia wykorzystania powierzchni pieca, dodatkowo rozłożyć na półki do stertowania szkła (fot. 14). W pierwszym etapie trwającego 6-7 godzin procesu termoformowania, tafle są nagrzewane do momentu, kiedy surowiec zacznie się stapiać i odkształcać.
Na tym poziomie procesu szkło zmienia swoją postać: najpierw jest twarde, nieelastyczne, kruche, aż w końcu pod wpływem działania wysokiej temperatury (ok. 800°C, 900°C i wyżej) staje się płynne i bardzo plastyczne, a więc stapia się, wypełniając formę. Owe stopniowe nagrzewanie szkła jest celowe - gdyby ciepło wzrosło gwałtownie, nastąpiłby „szok” termiczny i tafle znajdujące się piecu uległyby pęknięciu.
Po etapie doprowadzania szkła do postaci płynnej przez jakiś czas utrzymuje się osiągniętą temperaturę na stałym poziomie. Potem następuje stopniowe chłodzenie powstałej tafli w celu poddania jej zabiegowi odprężania, mającego wykluczyć wewnętrzne naprężenia szkła prowadzące do pęknięć. Tej czynności nie ma potrzeby wykonywać przy stapianiu niewielkich przedmiotów, takich jak np.: patery, figurki, serwetniki czy wazony.
W ostatniej kolejności zawartość pieca studzi się do temperatury umożliwiającej wyjęcie uformowanego szkła z urządzenia grzewczego i w zależności od pożądanego efektu poddaje się je odpowiedniej dalszej obróbce.
Nasycanie kolorem
Najprostszą formą fusingu jest stapianie identycznych kolorystycznie elementów szklanych czyli relief. Tak powstały przedmiot, np.: ścianka działowa czy obraz, jest zazwyczaj przezroczysty. Szeroką ofertę szkieł barwionych posiadają huty, jednak jeśli oczekujemy oryginalnego, uzyskanego tańszym kosztem efektu, korzystniej będzie pokolorować je samodzielnie. Szkło można barwić związkami tlenków metali, np. miedzi (daje kolor rdzawy) lub chromu (zielonkawy) lub rozrabianymi z wodą farbami do fusingu (fot. 15), których temp. wypału oscyluje między 780 a 820°C. Warto pamiętać, żeby w celu osiągnięcia wyrazistego efektu, nie nakładać na szkło od razu dodatkowej warstwy emulsji, bowiem jej rzeczywisty kolor uwidacznia się dopiero po wypale.
Należy również wiedzieć, że złota farba, jako jedyna z ok. dziesięciokolorowej palety, nałożona pomiędzy dwie tafle szkła, traci swoje świetliste właściwości i staje się szara. Dlatego tą emulsją należy malować wyłącznie na zewnętrznej stronie szkła.
Nowością jest nadawanie barwy za pomocą wtapianych w powierzchnię tafli, mielonych drobin szkła. Technika ta polega na nałożeniu – zależnie od pożądanego rezultatu – cienkiej (efekt częściowej przezierności) lub grubej (efekt jednolitego koloru) warstwy cząstek surowca, następnie zespoleniu ich z taflą w piecu. Wynik kolorowania można regulować natężeniem temperatury - niska daje efekt matowości, wysoka zaś - płynności i połysku. Technika barwienia szkłem mielonym jest tańsza od zespalania gotowych, kolorowych, kompatybilnych tafli, ponieważ wykonuje się ją na zwykłym, białym szkle okiennym, a ilość aplikowanych nań drobin oscyluje między 1,5 a 2,5 kg/m2.
Powstałe w procesie fusigu tafle można też barwić natryskowo, z użyciem farb rozpuszczalnikowych z aerografu. Jednak metoda ta, chodź dużo tańsza (tafla do drzwi barwiona szkłem mielonym kosztuje ok. 4 tys. zł, aerografem – prawie 2 razy taniej), daje nietrwałe efekty. O ile „kąpiel” w zmywarce nie zaszkodzi kolorowanemu na zimno naczyniu, o tyle już zarysowanie twardym elementem, np. kluczem, wyżłobi w nim dziurę, którą co prawda można załatać, ale w świetle przechodzącym wada i tak pozostanie widoczna.
Dlatego nakładanie koloru na powierzchnie sprawdza się tylko wówczas, kiedy mamy gwarancję, że warstwa farby nie zostanie uszkodzona, np. w przypadku podświetlanych kasetonów malowanych od tylnej strony lub od spodu. Barwienie szkłem mielonym pozawala nadać kolor tafli przed jej zahartowaniem, a proces ponownego wypalania zamiast jej szkodzić dodaje blasku i świetlistości. Ponadto, nie ma pewności czy pod wpływem światła i długiego okresu użytkowania, pomalowane „na zimno” elementy, nie wyblakną, tracąc na efektywności.
Aby szkło prezentowało się jeszcze efektowniej, prócz koloru, można dodać między jego warstwy specjalną substancję (przezroczysty proszek), która pod wpływem wysokiej temperatury wydziela gaz, powodując że w tafli tworzą się ozdobne pęcherzyki powietrza tzw. bąbelki. Inną metodą dekoracji tafli jest odciskanie na jej powierzchni różnorakich kształtów np. liści. Wówczas sporządza się stempel naklejając element roślinny np. na bryłę ceramiczną i odciskając w niej jego kształt. Po utwardzeniu stempla aplikuje się nim wzór na powierzchnię tafli szklanej.
Zastosowanie
Technikę fusingu wykorzystuje się do wyrobu przedmiotów wystroju wnętrza (fot. 17-19) lub wyłącznie ich dekoracyjnych elementów. Szklane ścianki, elementy elewacji, mozaiki, fragmenty mebli, lampy, kinkiety, patery, wazony, lustra, świeczniki, półmiski, abażury, misy, talerze, zegary, popielnice, wizytowniki, gadżety i loga reklamowe, szyldy, kafle, dekory, parawany, schody, balustrady, drzwi i ich wypełnienia, kabiny prysznicowe, umywalki, a ostatnio nawet karnisze czy osłonki na grzejnik – wszystkie te przedmioty możemy wykonać techniką fusingu.
Na rynku coraz więcej jest rozwiązań łączących ze sobą estetykę z funkcjonalnością. Doskonałym tego przykładem jest barwiona i hartowana konstrukcja z wbudowanymi drzwiami widoczna na fot. 16, ponieważ łączy w sobie jednocześnie trzy role: ozdobnej ścianki, wejścia i lampy.
W Polsce coraz popularniejszy staje się fusing sakralny, który ilustrują delikatnie podbarwione, reliefowe rzeźbienia z motywami starochrześcijańskimi i piaskowanymi cytatami z psalmów (fot. 20).
Technika ta jest alternatywą dla witrażu klasycznego, ponieważ polega na stapianiu szkieł w jednej tafli, bez konieczności dodatkowego łączenia ich ołowiem, co daje lekki, delikatny i nowoczesny efekt. Tą samą techniką można wykonać również sakralne, szklane rzeźby.
Dotąd szkło witrażowe (walcowane lub dmuchane, z fakturą lub gazowane bąbelkami itp.) nabywało się wyłącznie w hucie. Dziś firmy szklarskie, jak np. WITRAŻE s.c. potrafią samodzielnie wykonać taki surowiec, co pozwala im otrzymywać efekty początkowo niemożliwe do uzyskania, np. umieścić kilka kolorów na jednej tafli szkła, która ma być elementem witrażu (fot. 22-24).
Warto też wspomnieć ostatnią, monumentalną instalację ze szkła w Hotelu Hilton, autorstwa Edyty Barańskiej (fot. 27) Nowym, ciekawym zastosowaniem techniki fusingu są kolorowe lub reliefowe, szklane nagrobki (fot. 25), które co prawda na świecie pojawiły się już dawno, ale w Polsce wciąż są nietypową i oryginalną propozycją.
Szklane wnętrza
Szkło jest dziś nadzwyczaj cenionym we wnętrzach surowcem. Jaki jest powód jego popularności? Otóż w przeciwieństwie do innych materiałów (drewna, metalu czy kamienia), w szczególny sposób ożywia wnętrze, czyniąc je – za pomocą gry światła – stylową, nowoczesną i nastrojową strefą użytkową lub biurową.
Jednak najmilsze dla oka i jednocześnie najdroższe są aranżacje zawierające elementy wykonane techniką fusingu i witrażu, które świetnie komponują się zarówno z bardzo współczesnym (chodź tutaj najlepiej sprawdzi piaskowane, półmatowe szkło) jak i monumentalnym, tradycyjnym wystrojem wnętrza.
Decydując się na obraz, mebel czy ściankę działową wykonaną ze stopionych tafli szła, należy pamiętać o ich właściwym, korzystnym ulokowaniu a więc takim, w którym padające nań światło, zamiast maskować, wydobędzie drzemiące w nich piękno. Przykładowo, kaseton z matowego, nieprzezienego szkła umieszczony na niepodświetlonej ścianie stanie się ciemną, mało efektowną, niemal niezauważalną płytką, na której nie warto zawiesić oka.
Rezultat będzie nieporównywalnie atrakcyjniejszy, jeśli ten sam obraz zlokalizuje się w miejscu padania naturalnego lub sztucznego światła, np. w otworze okiennym bądź dodatkowo podświetli się go z tyłu albo od spodu. Doskonale widać to na fot. 16, gdzie zwykła żarówka zmienia tafle barwnego, nieprzeziernego szkła w efektowne dzieło sztuki imitujące zachód słońca.
Jeśli chodzi o praktyczną stronę szkła, materiał ten świetnie sprawdza się w miejscach o podwyższonym poziomie wilgotności, a więc np. w pralni czy w łazience (fot. 28). Taflę szklaną można zamontować jako blat, półkę, wannę, wyłożyć szkłem obszar wokół umywalki, bądź pokryć surowcem zewnętrzną warstwę tapety ściennej. Tak rozlokowane szkło nie tylko nadaje pomieszczeniom nowoczesny charakter, chroni przed działaniem wody czy zanieczyszczeń, ale i optycznie je powiększa.
Kolorowe tafle szklane z uwagi na właściwości doświetlające (dozują ilość światła w pomieszczeniu) znajdą zastosowanie zarówno we wnętrzach mieszkalnych, sakralnych jak i obiektach publicznych: hotelach, SPA, restauracjach.
Fusing, z uwagi na swoje nietuzinkowe właściwości operowania światłem oraz piękno, dodaje klasy każdemu pomieszczeniu, w którym się pojawi. Z uwagi na coraz szersze zastosowanie, a przez to nieustannie wzrastającą popularność tej techniki, śmiało można okrzyknąć ją prawdziwą, dojrzewającą perłą branży szklarskiej.
Magdalena Prokop-Duchnowska
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
patrz też:
- Fusing - inny wymiar szkła dekoracyjnego , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szkło zdobione
- Techniki zdobienia szkła - Zdobienie w procesie formowania , Małgorzata Marecka, Irena Witosławska, Świat Szkła 12/2006
- Elegancja higieny - umywalki szklane , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szklane inspiracje
- Szklane wariacje , Hanna Czerska, Świat Szkła - Szkło we wnętrzach II
- Przejrzyste i nowoczesne , Hanna Czerska, Świat Szkła - Szklane inspiracje
oraz:
- Szklane ściany działowe w biurach , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 5/2010
- Szkło a ścianki działowe w mieszkaniu , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 12/2009
- Witryny, regały, półki , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 5/2009
- Stoły, stoliki, stoliczki , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 4/2009
- Fusing - inny wymiar szkła dekoracyjnego , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szkło zdobione
- Trudne rozwiązanie , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szklane inspiracje
- Kuchenna strefa zmysłów połączonych , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szklane inspiracje
- Elegancja higieny - umywalki szklane , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szklane inspiracje
- Nie odłączny element wystroju wnętrz , Ewa Mickiewicz, Wydania Specjalne/Szklane inspiracje
- Na szkle, przy szkle i w szkle - szklane meble , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szkło we wnętrzach II
- Szkło we wnętrzach mieszkalnych , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szkło we wnętrzach II
- Lustereczko, powiedz przecie... , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła - Wydania Specjalne/Szkło we wnętrzach II
- Fusing – inny wymiar szkła dekoracyjnego , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 7/2008
- Biurowe "otwarcie" , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 4/2008
- Nowe łazienki , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 3/2008
- Kuchenna strefa zmysłów połączonych , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 2/2008
- Wnętrza biurowe , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 7-8/2007
- Sklepy i salony firmowe , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 6/2007
- Szklany clubbing , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 5/2007
- Magia sfery publicznej cz. 2 , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 11/2006
- Magia sfery publicznej cz. 1 , Ewa Mickiewicz, Świat Szkła 10/2006
więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
Chłodzenie radiacyjne jest powszechnym, lecz często niedocenianym zjawiskiem, które w pewnych warunkach prowadzi do nadzwyczajnych strat ciepła przez zewnętrzne przegrody budowlane, również szklane.
Zjawisko to polega na tym, że w nocy przy bezchmurnym niebie na powierzchniach usytuowanych poziomo i ukośnie temperatura może spadać poniżej temperatury powietrza zewnętrznego. Efekt ten dotyczy zarówno powierzchni Ziemi (nocne przygruntowe przymrozki), jak również zewnętrznych przegród budowlanych, nawet w przypadku przegród pomieszczeń ogrzewanych.
Chłodzenie radiacyjne uwidacznia się również na samochodach pozostawionych na parkingu, kiedy zauważamy, że dach oraz przednia i tylna szyba są oszronione, a szyby boczne są czyste.
Przyczyny chłodzenia radiacyjnego przegród budowlanych
Przyczyną chłodzenia radiacyjnego jest sposób wymiany promieniowania podczerwonego pomiędzy atmosferą a powierzchniami stykającymi się z nią. Decydującym czynnikiem jest tutaj istnienie tzw. okna atmosferycznego w podczerwieni.
Z rys. 1 wynika, że dla przedziału długości fali λ = 8 ÷14 μm transmisyjność (przepuszczalność) atmosfery jest bardzo duża.
Z drugiej strony z prawa Plancka wynika, że właśnie w tym przedziale emisja wtórnego promieniowania powierzchni Ziemi, przegród budowlanych, nawierzchni drogowych itp., osiąga wartości maksymalne (rys. 2). Z tych powodów, przy braku zachmurzenia, duża część wtórnego promieniowania podczerwonego może bez przeszkód być wypromieniowana w przestrzeń kosmiczną.
Ucieczka promieniowania długofalowego powoduje, że w nocy, szczególnie przy braku zachmurzenia obserwuje się efekt „zimnego nieba”. Zjawisko to objawia się tym, że tzw. temperatura kalorymetryczna promieniowania nieboskłonu tr [°C] jest niższa niż temperatura powietrza zewnętrznego te [°C]. Różnica ta, przy bezchmurnym niebie, może dochodzić w warunkach zimowych do 20oC. Literatura podaje odpowiednie zależności empiryczne.
Według [1]:
tr = (te – 2l) + 0,2. te (1)
W opracowaniu [2], na podstawie przeprowadzonych badań, sformułowano wzory uzależniające tr od takich czynników, jak wilgotność powietrza, kąt zenitalny itp. Dla warunków średnich podano:
tr = 1,33. te – 19,04 (2)
Podręcznik [3] podaje wzór na temperaturę nieboskłonu Tr w stopniach Kelwina:
(3)
gdzie:
Te – temperatura powietrza w stopniach Kelwina, K,
pw – ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu, mm Hg.
Rys. 1. Transmisyjność atmosfery ziemskiej w funkcji długości fali promieniowania podczerwonego [1]
Rys. 2. Krzywe Plancka dla emiterów o temperaturze 0°C, 15°C, 30°C
Chłodzenie radiacyjne jest mniejsze w przypadku przegród usytuowanych pionowo, ponieważ przegrody te wymieniają przez promieniowanie mniej ciepła z atmosferą oraz uzyskują zyski ciepła od gruntu i budynków sąsiednich. Należy podkreślić, że zachmurzenie znacznie zmniejsza transmisyjność atmosfery i osłabia efekt nocnego oziębienia powierzchni. Mając na uwadze opisane zjawiska, do obliczeń gęstości strumienia przepływającego przez przegrody budowlane w nocy, w opracowaniu [1] proponuje się, zamiast temperatury powietrza zewnętrznego te, przyjmować miarodajną temperaturę te + Δt.
Poprawka Δt (zawsze ujemna) wynosi:
(4)
gdzie:
Θe – temperatura zewnętrznej powierzchni przegrody w stopniach Kelwina, K,
hc – współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję, W/(m2K),
ε – emisyjność zewnętrznej powierzchni przegrody.
Podano również wzór na temperaturę zewnętrznej
powierzchni przegrody:
(5)
gdzie:
ϑe – temperatura zewnętrznej powierzchni przegrody, °C,
te – temperatura wewnątrz budynku, °C,
hr – współczynnik przejmowania ciepła przez promieniowanie, W/(m2K),
Rp – opór cieplny przegrody budowlanej, bez oporu przejmowania ciepła powierzchni zewnętrznej,
(m2K)/W.
Z dokładniejszej analizy wzorów (4, 5) wynika, że bezwzględna wartość temperatury Δt rośnie wraz ze wzrostem kąta odchylenia przegrody od pionu oraz spadkiem temperatury te, prędkości wiatru vp, i oporu cieplnego przegrody Rp. W przypadku gdy te = -20 °C, vp = 0, Rp = 0,5 (m2K)/W, Δt wynosi, przy bezchmurnym niebie, około -15 °C. Równocześnie można zauważyć, że temperatura na powierzchni ϑe maleje ze wzrostem Rp. W [1] podano średnioroczne Δt wynikające z badań instrumentalnych
(tab. 1).
Badania termowizyjne chłodzenia radiacyjnego
Na rys. 3 i 4 przedstawiono przykłady zdjęć termowizyjnych ilustrujących omówione wcześniej zjawiska [4, 5]. Zdjęcie z rys. 3 wykonano w nocy, przy bezchmurnym niebie, w okresie wiosennym.
Wyraźnie widać chłodzenie radiacyjne pochyłych połaci dachowych na budynku mieszkalnym.
Zdjęcie z rys. 4 przedstawia pionowe ściany i połać dachową szklarni. Zdjęcie wykonano w nocy, przy bezchmurnym niebie, latem. Tutaj uwidoczniono również inne zjawisko. W celach porównawczych, na połaci dachowej dwie z szyb pojedynczych wymieniono na szyby zespolone (ciemniejsze prostokąty na zdjęciu). Można zauważyć, że chłodzenie radiacyjne jest większe przy lepszej izolacyjności cieplnej przegrody, co jest zgodne z zależnością (5) oraz z innymi zależnościami fizyki budowli.
Tabela 1. Średnioroczne poprawki Δt do nocnej temperatury powietrza zewnętrznego te [°C] [1]
Rys. 3. Chłodzenie radiacyjne na połaci dachowej budynku mieszkalnego
Rys. 4. Chłodzenie radiacyjne na połaci dachowej szklarni
Badania chłodzenia radiacyjnego czujnikami temperaturowymi
Na rys. 5 przedstawiono przykładowe wykresy badania rozkładu temperatur zmierzonych w nocy na powierzchniach szyb zespolonych z szybami zwykłymi oraz z wewnętrzna szybą niskoemisyjną i refleksyjną (przeciwsłoneczną). Szyby były usytuowane ukośnie na połaci dachowej szklarni, pod kątem 36,7o do poziomu. W przypadku powierzchni wewnątrzkomorowych czujniki temperaturowe zostały przyklejone do wewnętrznych powierzchni szyb przed ich zamontowaniem w wytwórni.
Z analizy wykresów wynika, że w przypadku bezchmurnego nieba chłodzenie radiacyjne spowodowało spadek temperatury na zewnętrznej powierzchni szyb poniżej temperatury powietrza. Spadek ten był największy w przypadku zestawu z szybą niskoemisyjną (o zwiększonej izolacyjności cieplnej). Potwierdzony został wniosek, że dochodzi do pewnego rodzaju sprzężenia zwrotnego – przegrody o lepszej izolacyjności cieplnej są bardziej narażone na radiacyjne straty ciepła.
W czasie zachmurzenia temperatury na zewnętrznych powierzchniach szyb były co prawda wyższe od temperatury powietrza, jednak dokładniejsze obliczenia wykazały, że są one niższe niż wynika to z klasycznej teorii przepływu ciepła.
Rys. 5. Rozkład temperatur w badanych szybach zespolonych: a) podczas pogodnej nocy, b) podczas pochmurnej nocy
Rys. 6. Rozkład temperatur na powierzchniach oszklenia tradycyjnego i ciepłochronnego
Rys. 7. Kondensacja pary wodnej na powierzchni szyby ciepłochronnej od strony powietrza zewnętrznego
Praktyczne skutki chłodzenia radiacyjnego szyb zespolonych
Przy eksploatacji okien z oszkleniem tradycyjnym (np. okna skrzynkowe, ościeżnicowe) poważnym problemem jest kondensacja pary wodnej na wewnętrznej części oszklenia. W skrajnych przypadkach, przy szczególnie niskich temperaturach, możliwe jest nawet zamarzanie kondensatu na powierzchniach od strony pomieszczenia.
Użytkownicy, którzy wymienili takie oszklenie na szyby ciepłochronne mogą zaobserwować zjawisko odwrotne - para wodna może kondensować również na zewnętrznej powierzchni oszklenia. W szczególnie niekorzystnych warunkach może wystąpić przyklejanie się do powierzchni zewnętrznej oszklenia padającego śniegu lub zamarzanie kondensatu (rys. 8). Zjawiska te mają przyczyny wynikające z rozkładu temperatur na powierzchniach oszklenia.
Ich nasilenie ma miejsce np. nad ranem, w warunkach zmniejszenia skuteczności ogrzewania, przy dużej wilgotności powietrza zewnętrznego lub w warunkach chłodzenia radiacyjnego (rys. 6). Zjawisko częściej obserwowane jest w dolnej części okna, na co ma wpływ pionowy rozkład temperatur w pomieszczeniu (rys. 7).
Należy również zwrócić uwagę, że jeżeli na powierzchni przegrody występuje wykraplanie pary wodnej, maleje opór przejmowania ciepła powierzchni przegrody, na skutek występowania ciepła kondensacji.
Na rys. 9 przedstawiono przykład kondensacji na szybach zewnętrznych szklanej elewacji, która częściowo stanowi przegrodę przeźroczystą, a częściowo przykrywa elementy konstrukcyjne i jest w tych miejscach dodatkowo docieplona wełną mineralną.
Fotografia została wykonana w godzinach porannych w okresie grzewczym. Należy tutaj zwrócić uwagę na dwa aspekty: po pierwsze kondensat widoczny jest tylko na panelach docieplonych, po drugie kondensat zbiera się w środkowej części paneli (inaczej niż w przypadku kondensacji od strony pomieszczenia, gdzie kondensat zbiera się przeważnie w pobliżu obrzeży), co świadczy o wyższej temperaturze, tzn. gorszej izolacyjności cieplnej w obrębie złączy.
Jest to następny przykład sprzężenia zwrotnego na szklanych przegrodach budowlanych – kondensacja na powierzchniach zewnętrznych nie występuje na mostkach termicznych.
dr inż. Zbigniew Respondek
Politechnika Częstochowska,
Wydział Budownictwa
Literatura
- A Building and Its Phisical Environment. Red.: L. Śliwowski. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej 1992.
- Nowak H.: Oddziaływanie cieplnego promieniowania środowiska zewnętrznego na budynek. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 1999.
- Pogorzelski J.A.: Fizyka cieplna budowli. PWN, Warszawa 1976.
- Rajczyk J., Respondek Z., Rajczyk Z.: Chłodzenie radiacyjne przegród budowlanych i nawierzchni drogowych. Międzynarodowa Konferencja Naukowotechniczna nt. Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym. Częstochowa 2005.
- Respondek Z.: Sprzężone gazowo płyty szklane w budownictwie. Sposoby badań i obliczeń. Seria Monografie nr 151. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008.
Rys. 8. Woda deszczowa zamarznięta na zewnętrznej powierzchni okna
Rys. 9. Kondensacja na zewnętrznej powierzchni szklanej fasady
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
patrz też:
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 1, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 10/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 2, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 11/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 3, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 12/2007
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 4, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 1/2008
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 5, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 2/2008
. Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych. Część 6, Zbigniew Respondek, Świat Szkła 3/2008
oraz:
- Przepływ energii promieniowania przez warstwowe zestawy szyb , Zbigniew Respondek, Świat Szkla 6/2005
- Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 2, Zbigniew Respondek, Świat Szkla 1/2005
- Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 1, Zbigniew Respondek, Świat Szkla 12/2004
więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
Zastosowanie modułów fotowoltaicznych (PV) w roli zewnętrznej okładziny budynku jest rozwiązaniem sprawdzonym i wielokrotnie przetestowanym.
Nowoczesne materiały można instalować w miejscu konwencjonalnego szkła na powłokach różnego typu – pionowych, pochylonych lub zakrzywionych elewacjach, a także w postaci pokrycia dachowego.
Szklana okładzina BiPV (ang. Building Integrated Photovoltaics) jako integralny element struktury stanowi zaawansowaną technologicznie skórę budynku, która chroni od warunków zewnętrznych, kreuje nowoczesną estetykę, a dodatkowo generuje czystą energię elektryczną.
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 7-8/2010
W 2006 roku, w centralnej dzielnicy Toronto powstał jedyny w swoim rodzaju budynek, zrealizowany na potrzeby przedstawień teatralnych i baletowych.
Główna sala miała mieścić ponad 2 tys. widzów i charakteryzować się doskonałą akustyką. Four Seasons Centre for the Performing Arts o powierzchni 35 tys. m2 szybko okrzyknięty został perłą kanadyjskiej architektury (fot 1).
Budynek zdobył wiele prestiżowych nagród, między innymi za główny hol im. Isadore and Rosalie Sharp.
Fot. 1. Budynek Four Seasons Centre for the Performing Arts w Toronto
[źródło: http://www.johnbentleymays.com]
Znajduje się w nim unikatowa konstrukcja – szklane schody, których wielkość przesłania wszystkie inne tego typu konstrukcje. Są to najdłuższe, wolnopodparte schody na świecie (fot. 2).
Fot. 2. Wnętrze głównego holu teatru im. Isadore and Rosalie Sharp
[źródło: http://www.worldarchitecturenews.com]
Idea
Realizacja konstrukcji tej wielkości wymagała ścisłej współpracy inżynierów z wykonawcami, złożonych analiz statycznych, doświadczeń zdobytych we wcześniejszych realizacjach oraz wielu testów laboratoryjnych. Przysłowie „diabeł tkwi w szczegółach” nigdzie indziej nie nabiera większego znaczenia niż w przypadku tej realizacji.
Szklane schody znajdujące się w głównym holu teatru Four Seasons Centre for the Performing Arts łączą trzy kondygnacje budynku i składają się z dwóch identycznych sekcji. W uproszczeniu możemy porównać je do dwóch belek podwieszonych do konstrukcji nośnej dachu. Każda z nich mierzy 14 m długości (12,5 m w rzucie), posiada 26 szklanych stopni i dwa spoczniki. W budowie każdego ustroju możemy wyróżnić część podpartą przez liny o długości 8 m i dwie części wspornikowe długości 3 m.
Sekcje ułożone są w jednej linii i tworzą ciągły bieg, oddzielony wspornikową płytą żelbetową znajdującą się na poziomie środkowej kondygnacji.
W projekcie koncepcyjnym zaproponowano, że głównymi elementami nośnymi będą szklane balustrady w rozstawie 2,1 m, spięte szklanymi stopniami.
Z powodu ograniczeń technologicznych zdecydowano, że każda balustrada będzie składała się z kilku płyt wykonanych ze szkła laminowanego i skręconych ze sobą. Aby je połączyć i stworzyć sztywny element inżynierowie zaproponowali profile ze stali nierdzewnej biegnące wzdłuż górnej i dolnej krawędzi każdej z balustrad, które miały także maskować połączenia śrubowe. Profile miały pracować analogicznie do półek w przekroju teowym, stabilizując całość hybrydowego przekroju. Układ dwóch balustrad i stopni tworzyć miał belkę o przekroju przypominającym kształt litery „U”.
Sztywność balustrady musiała być tak dobrana, aby oprócz obciążeń użytkowych bezpiecznie przeniosła wszystkie oddziaływania poziome (m. in. obciążenie naporem tłumu).
Na potrzeby tego złożonego projektu stworzono trzy niezależne modele obliczeniowe. Działanie to miało dwa cele: minimalizacja czasu obliczeń numerycznych (także możliwości oprogramowania) oraz dokładna analiza każdej części konstrukcji.
Dodatkowo, działanie to pozwoliło na porównanie wyników uzyskanych z analizy modelu globalnego zawierającej w sobie wszystkie elementy, z wynikami z modeli poszczególnych elementów.
Fot. 3. Model numeryczny budynku [źródło: [1] ]
Model numeryczny holu
Najbardziej złożonym i rozbudowanym modelem konstrukcji był model zawierający w sobie wszystkie elementy struktury głównego holu teatru. Zamodelowano w nim żelbetowe płyty stropowe, ściany oraz kratownice dachowe, wraz ze stalowymi linami podpierającymi konstrukcję szklanych schodów (fot. 3). Precyzyjne kształtowanie wszystkich elementów pozwoliło na wyznaczenie wstępnego rozkładu sił i przemieszczeń od obciążeń stałych, zmiennych oraz wyjątkowych. Wyniki uzyskane w tej analizie były potrzebne do określenia sił i sztywnościowych parametrów podpór, które miały być wykorzystane w kolejnych analizach.
Rys. 4. Szczegół połączenia płyty szklanej z profilem stalowym
Model numeryczny schodów
Równie złożony był model numeryczny schodów. Długie balustrady podzielono na kilkanaście paneli, które połączono specjalnymi elementami kontaktowymi uwzględniającymi podatność połączeń.
Między balustradami zamodelowano stopnie, które także połączono w podobny sposób do pionowych paneli balustrady. W modelu zamodelowano liny podwieszające konstrukcje schodów. Sztywność podpór, do których były zamocowane, uwzględniała podatność konstrukcji dachu.
Głównym celem wykonania tego modelu było zwymiarowanie szklanych płyt, zbadanie zachowania się konstrukcji pod zadanym obciążeniem oraz określenie, w jaki sposób siły przemieszczają się między poszczególnymi panelami. Dodatkowo, przeprowadzono analizę ugięć i przemieszczeń konstrukcji.
Model ten posłużył także do zbadania charakterystyki dynamicznej. Aby zminimalizować koncentracje naprężeń w miejscach kontaktu paneli unikano sztywnych połączeń. Zostało to zrealizowane w ten sposób, że każda płyta szklana balustrady, stopnic i podstopnic połączona była za pomocą połączeń przegubowych. Uzyskano w ten sposób model najbardziej odzwierciedlający rzeczywistą pracę poszczególnych elementów struktury.
Nie bez przyczyny mówi się, że nośność konstrukcji zdeterminowana jest jej najsłabszym połączeniem. Z powodów technologicznych wykonanie 14 m laminowanych balustrad było niemożliwe, stąd zdecydowano się na podział na kilka mniejszych płyt, połączonych ze sobą za pomocą stalowej obejmy biegnącej wzdłuż górnej i dolnej krawędzi balustrady. Początkowo w projekcie zastosowano połączenia cierne (rys. 4).
W celu zminimalizowania efektu pełzania i związanego z nim zaniku siły ściskającej w połączeniu sprężonym, w miejscach połączeń, zamiast folii PVB, wprowadzono arkusze aluminium. Dobranie odpowiedniej grubości aluminiowych wkładek było kluczową kwestią dla nośności i poprawnej pracy połączenia.
Zbyt mała nie pozwoliłaby poprawnie przeprowadzić procesu laminacji, zbyt duża zaś, mogłaby doprowadzić do zniszczenia elementu w trakcie dokręcania śrub. W tym celu przeprowadzono szereg testów w laboratorium i ustalono, że najbardziej optymalna grubość wynosi 1,8 mm (aluminium klasy 1S lub AI 99,5 wg DIN 1700) w stosunku do grubości folii PVB 1,9 mm.
Po ustaleniu grubości warstwy aluminium, następnym krokiem było dobranie odpowiednich śrub. Zdecydowano się na układ czterech śrub po obydwu stronach połączenia. Miały one przejmować siły osiowe i ścinające między łączonymi płytami.
W celu wstępnego określenia układu sił, które wystąpią w węźle wykonano rćczne obliczenia i zweryfikowano je testami w laboratorium. Ustalono, że połączenie ze śrubami "16 jest w stanie bezpiecznie przenieść kombinację siły osiowej 33 kN oraz siły ścinającej o wartości 15 kN.
Kolejnym krokiem było zwymiarowanie szklanych balustrad i stopni. Wstępnie zdecydowano, że balustrada będzie zbudowana z trzech tafli szkła hartowanego o grubości 12 mm. Na stopnicę zaproponowano płytę zbudowaną z tafli szkła hartowanego 15 mm, znajdującej się nad nią tafli ze szkła wzmocnionego termicznie 8 mm oraz 8 mm taflę ze szkła bezpiecznego po spodniej części laminatu.
Model obciążono najbardziej niekorzystną kombinację obciążeń, t.j. obciążenie użytkowe 4,8 kPa i obciążenie poziome na wysokości pochwytu 0,75 kN/m. Następnie tak manipulowano wysokością balustrady oraz rozstawem śrub, aż uzyskano wartości sił zbliżone do tych wyznaczonych w opisanej wcześniej analizie. Optymalna wysokość balustrady wyniosła 1,4 m. Ostatecznie zaprojektowano układ ośmiu śrub, cztery po każdej stronie połączenia. Zastosowano śruby wykonane ze stali nierdzewnej klasy 10,9 o średnicy 16 mm i moment dokręcenia 210 Nm.
Aby zrealizować odpowiednie warunki przyczepności zastosowano wkładki z nieściśliwego materiału (od strony szkła) oraz wykonano piaskowanie wewnętrznej strony stalowego profilu. Właściwości połączenia sprawdzono w laboratorium badając 10 próbek (6 w próbie rozciągania i 4 w kombinacji rozciąganie ze ścinaniem).
Szklane stopnice i podstopnice mają znaczący udział w konstrukcji schodów. Stopnie stężają układ dwóch balustrad, które są dla nich podparciem, umożliwiając wspornikowy charakter ich pracy. Stopnice połączone są z balustradą dwiema parami śrubami. Aby uniknąć dużych naprężeń ścinających w połączeniu balustrada-stopnica umożliwiono niewielki ruch poziomy w jednym połączeniu śrubowym.
Badania wytrzymałościowe
W przypadku tak skomplikowanej konstrukcji schodów badania wytrzymałościowe w skali 1:1 są nieodzownym etapem procesu projektowego. Wykonanie fragmentu konstrukcji schodów w rzeczywistej skali oraz przeprowadzenie badań wytrzymałościowych zlecono Uniwersytetowi Technicznemu w Monachium. Model składał się z dwóch paneli balustrad oraz sześciu stopni.
Badania rozpoczęto od testów statycznych polegających na zbadaniu ugięcia szklanych stopnic pod obciążeniem skupionym 2,2 kN, przyłożonym w połowie ich rozpiętości. Średnie ugięcie szklanej płyty o rozpiętości 2100 mm wyniosło tylko 4,5 mm i było mniejsze niż dopuszczalne przez odpowiednie przepisy.
Kolejnym etapem badań było przeprowadzenie dwóch testów dynamicznych. Pierwsze z nich polegało na upuszczeniu worka z piaskiem o masie 50 kg z wysokości 1,1 m ponad stopniem (ang. soft body impact test). Dla każdego stopnia badanie powtarzano cztery razy. Celem tego testu było wykazanie, że pod wpływem uderzenia ciała o relatywnie małej gęstości nie dojdzie do zniszczenia elementu.
Wyniki pokazały, że we wszystkich przypadkach nie doszło do najmniejszego uszkodzenia próbek. Średnie ugięcie stopnicy zmierzone w czasie tego badania wyniosło 6,5 mm i było niewiele większe niż uzyskane z badań statycznych. Ostatnim stadium badań wytrzymałościowych był test polegający tym razem na upuszczeniu stalowego bloku o wymiarach 200x300 mm ważącym 90 kg (ang. hard body test).
Aby ochronić szkło przed bezpośrednim zetknięciem się ze stalą zastosowano podkładkę 12 mm wykonaną z twardej gumy. W każdym przypadku doszło do zniszczenia górnej warstwy laminatu lecz element dalej zachowywał swoje własności przenoszenia obciążeń. Wynikiem tych testów była decyzja o zamianie górnej warstwy laminatu na taflę wykonaną ze szkła hartowanego.
Z powodu braku stosownych norm dla tego typu konstrukcji przedstawione wcześniej badania zostały opracowane przez połączenie analogicznych przepisów brytyjskich i niemieckich, a także doświadczeń projektantów
.
Fot. 5. Mapy naprężeń głównych [źródło: [1]]
Modele numeryczne indywidualnych paneli
W końcowym etapie projektowania schodów stworzono indywidualne modele płyt tworzących balustradę, z uwzględnieniem wszystkich warunków brzegowych. Z modelu numerycznego schodów uzyskano szeroki pogląd na siły występujące między panelami (dokładnie w połączeniach: górnym i dolnym).
Jednak w tej części analizy skupiono się na znalezieniu i wyeliminowaniu koncentracji naprężeń tak niekorzystnych dla płyt wykonanych ze szkła.
Analiza polegała na przyłożeniu reakcji (uzyskanych z modelu globalnego) do indywidualnych paneli jako siły zewnętrzne i porównaniu uzyskanych naprężeń z wartościami dopuszczalnymi (fot. 5).
Analiza dynamiczna konstrukcji
Odpowiedź konstrukcji na drgania wymuszone przez użytkowników schodów była kluczowym elementem w trakcie procesu projektowania. Nie trudno sobie uświadomić jaki wpływ na psychikę ludzi miałyby znaczne ugięcia czy przemieszczenia szklanej konstrukcji, do tego zawieszonej kilkanaście metrów nad posadzką głównego holu. Potencjalnie duży ruch pieszych, szczególnie w budynku tego typu oraz materiał, z którego zostały wykonane schody. wymagał szczegółowej i dogłębnej analizy zjawiska drgań.
Na potrzeby analizy modalnej układ uproszczono do belki wolnopodpartej, rozpiętej między dwoma spocznikami. Na przekrój korytkowy składały się dwie pionowe balustrady, stopnice i podstopnice znajdujące się w dolnej części przekroju. Kompozyt szklanych balustrad połączonych stopniami prowadził do relatywnie dużej sztywności w kierunku pionowym, która sprawnie ograniczała drgania powodowane ruchem pieszych.
W analizie uzyskano częstotliwość drgań własnych (pionowych) o wartości 12 Hz. W drugim kierunku sytuacja przedstawiała się znacznie mniej optymistycznie. Z powodu geometrii przekroju (braku połączenia swobodnych krawędzi balustrad sztywnym elementem) uzyskano wynik niespełna 4 Hz.
Innym czynnikiem, który komplikował analizę była niska charakterystyka tłumienia drgań konstrukcji, spowodowana jej niewielką masą (7,5 tony), niskim dekrementem tłumienia materiału oraz niezwykle trudnym do określenia wpływem połączeń. Dynamiczna odpowiedź konstrukcji na wymuszenia kinematyczne, powodowane przez użytkowników, badana była w analizie czasowej (ang. time history analysis).
Wzbudzenie modelowane było jako siły (o wartościach odpowiadających masie kilku ludzi o wadze 70 kg) przykładane do konstrukcji na poziomie każdego stopnia. Modelowano w ten sposób zjawisko przemieszczania się grupy ludzi na wyższą kondygnację i badano w jaki sposób zachowuje się konstrukcja schodów. Maksymalne przyspieszenia pionowe, które uzyskano w analizie wynosiły 0,147 m/s2. Przyspieszenia poziome, powstałe w chwili wzbudzenia, były porównywalne z pionowymi, lecz po chwili osiągały mniejsze wartości - 0,098 m/s2 (fot. 6).
Dużym problemem, z którym przyszło zmierzyć się projektantom, okazały się dopuszczalne wartości akceleracji, które nie zakłócałyby komfortu użytkowania schodów przez gości teatru. Amerykańskie oraz kanadyjskie normy nie określały granicznych wartości przyspieszeń odpowiednich dla tego typu konstrukcji. Z tego powodu odwołano się do innych przepisów, które dotyczyły łączników znajdujących się wewnątrz budynków. Ograniczały one wartości maksymalnych przyspieszeń pionowych do wartości 1,5% przyspieszenia ziemskiego g (0,147 m/s2) oraz poziomych równych 0,5% g (0,05 m/s2).
Pionowe akceleracje uzyskane w analizie mieściły się w granicach normy, ale poziome (szczególnie w pierwszych sekundach) trzykrotnie przewyższały dopuszczalną wartość. Projektanci zdecydowali się na odważną decyzję pozostawienia konstrukcji w niezmienionej formie, byli świadomi uproszczenia modelu obliczeniowego oraz bardzo bezpiecznych charakterystyk materiału. Jednocześnie zdecydowano, że w przypadku potwierdzenia wyników w dynamicznych testach zrealizowanej konstrukcji, wprowadzą dodatkowe usztywnienia poziome. Jak się jednak okazało po przeprowadzonych badaniach, decyzja ta była słuszna.
Fot. 6. Dynamiczna odpowiedź konstrukcji na wzbudzenie poziome. Na osi poziomej przedstawiono czas [s], na pionowej % przyspieszenia ziemskiego g [%·m/s2] [źródło: [1]]
Podsumowanie
Szklane schody w budynku Four Seasons Centre for the Performing Arts są ikoną współczesnej architektury.
Stanowią doskonały przykład pokonywania granic, odwagi i nowego spojrzenia na architekturę.
Badania przeprowadzone na potrzeby projektu pozwolą poszerzyć dotychczasową wiedzę na temat konstrukcji szklanych i pozwolą z powodzeniem realizować podobne projekty w przyszłości.
mgr inż. Marcin Kozłowski
DesignMore
BIBLIOGRAFIA
[1] J. Kooymans, M. Shafik, Free Span Structural Glass Staircase. Challenging Glass Conference
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły tego autora:
- Europejskie normy do wymiarowania szkła, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2010
- Szklane schody w Toronto, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 7-8/2010
- Realizacje, które inspirują , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 6/2010
- Właściwości i odmiany szkła konstrukcyjnego , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 5/2010
- Szkło jako materiał konstrukcyjny, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 4/2010
więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne