Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okladka 01-2018

20180123-BANNER-160X600-V1-PL-FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

   swiat szkla 750x100 2

 

lisec SS FastLAne

  

ERD480x100-en 

Ankieta

Czy montują Państwo lustra u klienta za pomocą kleju silikonowego?
 
Czy uważają Państwo, że klej do luster LAKMA jest lepszy od innych klejów dostępnych na rynku?
 
Czy stosują Państwo klej do luster firmy LAKMA?
 
Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych Część 3
Data dodania: 10.01.08

Parametry techniczne nowoczesnych przegród szklanych Część 3

Szklane wielkopowierzchniowe elewacje fascynowały budowniczych od dawna. Stosowane przede wszystkim w budynkach użyteczności publicznej, biurach, obiektach handlowych, a także w ogrodach zimowych itp., stanowią ważny element estetyki elewacji. Ich racjonalne stosowanie napotykało jednak na barierę potrzeby spełnienia dwóch sprzecznych ze sobą wymagań. Z jednej strony konieczne jest ograniczenie strat ciepła w okresie obniżonych temperatur, z drugiej zapobieganie przegrzewania się pomieszczeń, tzn. ograniczenie zysków ciepła w okresie dużego nasłonecznienia.



Pogodzenie tych sprzeczności jest obecnie możliwe przy stosowaniu szkła modyfikowanego, odpowiednio zestawionego w szyby zespolone. Ponieważ mamy do dyspozycji co najmniej dwie szyby w zestawie, jedna z nich może pełnić funkcję przeciwsłoneczną, a druga termoizolacyjną.



Charakter promieniowania docierającego do przegród szklanych
     Do przegród budowlanych docierają zasadniczo dwa rodzaje promieniowania, różniące się rozkładem widmowym, tzn. charakterystycznymi długościami fal elektromagnetycznych λ. Są to: promieniowanie słoneczne i długofalowe promieniowanie środowiska.



     Promieniowanie słoneczne dociera ono do przegród budowlanych w formie promieniowania bezpośredniego (przy bezchmurnym niebie) lub rozproszonego (zarówno przy niebie bezchmurnym, jak i przy zachmurzeniu). Oczywiście przy zachmurzeniu do ziemi dociera jedynie promieniowanie rozproszone.



Natężenie promieniowania bezpośredniego Ib, mierzone w W/m2, oblicza się ze wzoru [1]



gdzie: ta – współczynnik transmisyjności (przepuszczalności) atmosfery, zależny przede od chwilowej wysokości słońca nad horyzontem,
γp – kąt między kierunkiem padania promieniowania a normalną do powierzchni rozpatrywanego elementu budowlanego, zależny od pory dnia, pory roku i usytuowania przegrody względem stron świata,
INd – wartość stałej słonecznej, tzn. natężenie promieniowania docierającego do granic atmosfery – średnia wartość roczna 1353 W/m2 – ulega niewielkim zmianom w cyklu rocznym ze względu na eliptyczność orbity ziemskiej.

     W naszych szerokościach geograficznych wartość natężenia promieniowania bezpośredniego padającego na powierzchnię prostopadłą do kierunku padania może dochodzić do ok. 830 W/m2. Dla szyb usytuowanych pionowo skutki niskiej wysokości słońca nad horyzontem zimą mogą być łagodzone przez zmniejszenie kąta padania γp, co przy korzystnym chwilowym usytuowaniu słońca na nieboskłonie zwiększa pożądane w tym okresie zyski ciepła. W okresie letnim niepożądane zyski promieniowania mogą być łagodzone przez większy kąt padania promieni, a także większą możliwość częściowego zacienienia, np. nadprożem (rys. 1).

Dla szyby skierowanej na południe natężenie bezpośredniego promieniowania słonecznego wynosi:
21 czerwca – w południe
INd = 1309,4 W/m2, ta = 0,631; cos 62,45o= 0,463, co daje Ib = 382,5 W/m2
21 grudnia – w południe
INd = 1396,7 W/m2, ta = 0,327; cos 15,55o= 0,963, co daje Ib = 439,8 W/m2 

 

      Przykład powyższy ilustruje, że chwilowe zyski promieniowania słonecznego przy odpowiednim usytuowaniu przegrody, mogą być większe zimą niż latem, zjawisko to występuje jednak tylko przez krótki okres dnia. Oczywiście, na elewacjach wschodnich i zachodnich największe zyski promieniowania i najlepsze oświetlenie występują w godzinach rannych bądź popołudniowych.



     W przypadku promieniowania rozproszonego dokładniejsze obliczenia wykazują, że w naszych szerokościach geograficznych, latem, w godzinach południowych jego natężenie stanowi 10-15% natężenia promieniowania bezpośredniego. Oczywiście przy zachmurzeniu do przegród budowlanych dociera wyłącznie promieniowanie rozproszone.



     Rozkład widmowy promieniowania słonecznego jest zbliżony do tzw. rozkładu Plancka promieniowania ciała doskonale czarnego, o temperaturze 6800 K [2].

 

     Rys. 2 obrazuje osłabienie promieniowania słonecznego w atmosferze. Obszar zacieniowany wskazuje pasma absorpcji gazów atmosferycznych, krzywa ograniczająca ten obszar charakteryzuje osłabienie promieniowania wynikające z rozpraszania.

Skład widmowy promieniowania słonecznego przedstawia się następująco [3]:
- promieniowanie ultrafioletowe (0,28 µm < λ < 0,38 µm) – 7%
- promieniowanie widzialne (0,38 µm < λ < 0,78 µm) – 47,3%
- bliska podczerwień (λ > 0,78 µm) – 45,7%.

  

   Odmienny od promieniowania słonecznego charakter ma wtórne promieniowanie środowiska. Źródłem tego promieniowania jest zarówno środowisko zewnętrzne budynku (emiterami są przede wszystkim warstwy atmosfery ziemskiej, powierzchnia ziemi, budynki itp.), jak i przegrody oraz elementy wyposażenia, znajdujące się wewnątrz pomieszczeń. Rozkład widmowy tego promieniowania zbliżony jest do rozkładu Plancka ciała doskonale czarnego, o temperaturze panującej na powierzchni ziemi (rys. 3) – jest to długofalowe promieniowanie podczerwone.

 

 

Przepływ promieniowania przez szyby pojedyncze i zestawy szyb
     Promieniowanie docierające do przegród budowlanych jest częściowo odbijane, częściowo absorbowane, a w przypadku przegród przezroczystych również częściowo przepuszczane.



Parametrami charakteryzujących przepływ promieniowania w pojedynczych warstwach przezroczystych są:
refleksyjność bezpośrednia (współczynnik odbicia) ρ, część promieniowania odbita od przegrody,
absorpcyjność (współczynnik pochłaniania) α, część promieniowania pochłonięta przez przegrodę,
transmisyjność bezpośrednia (współczynnik przepuszczalności) τ, część promieniowania przepuszczona przez przegrodę.



     Między powyższymi współczynnikami zachodzi związek:



     Wzór (2) jest słuszny zarówno dla całkowitego bilansu energii promieniowania (w całym zakresie widma), jak również dla promieniowania monochromatycznego (tzn. o określonej długości fali λ)



     Współczynniki odbicia ρ, pochłaniania α i przepuszczalności τ dla dowolnego przedziału długości fali (λ1, λ2) wyznacza się na podstawie współczynników widmowych jako średnia ważona



gdzie: Eρ(λ), Eα(λ), Eτ(λ) – natężenie promieniowania odbitego, pochłoniętego i przepuszczonego w funkcji długości fali, W/(m2•µm), ρ(λ), α(λ), τ(λ) – współczynniki ρ, α, τ w funkcji długości fali.



     W praktyce, współczynniki widmowe wyznacza się dla następujących przedziałów długości fali świetlnej λ:
spektrum widzialne (0,38 do 0,78 µm) – współczynniki ρ, α, τ, dla tego przedziału mają decydujące znaczenie dla oświetlenia pomieszczeń światłem dziennym,
promieniowanie ultrafioletowe (0,28 do 0,38 µm), promieniowanie z tego przedziału ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe,
promieniowanie słoneczne (0,3 do 2,5 µm), w skład którego wchodzi ultrafiolet, pasmo widzialne i krótkofalowe promieniowanie podczerwone – ρ, α, τ, dla tego przedziału decydują o zyskach ciepła przez przegrody przezroczyste,
długofalowe promieniowanie podczerwone (2,5 do 50 µm) – tzw. promieniowanie cieplne – dla długości fali powyżej 3 µm przepuszczalność promieniowania przez szkło spada praktycznie do zera [5], zaabsorbowana we wnętrzu pomieszczenia energia słoneczna, wtórnie emitowana przez elementy wnętrza budynku, jest w dużej części zamknięta we wnętrzu pomieszczenia. Jest to powodem efektu cieplarnianego, tzn. nagrzewnia się przeszklonych, zamkniętych pomieszczeń. Straty ciepła mogą tutaj następować poprzez absorpcję i późniejszą wtórną emisję promieniowania – najważniejszym parametrem jest więc tutaj emisyjność szyb w podczerwieni (równa jej absorpcyjności) – efekt cieplarniany wspomagany jest w przypadku szyb o niskiej emisji.

 

 

     Przejście promieniowania przez zestaw warstw przezroczystych różni się od przejścia promieniowania przez pojedynczą warstwę. Część promieniowania jest odbijana wielokrotnie między warstwami i absorbowana przez szyby (rys. 4), przy czym jego natężenie przy każdym kolejnym odbiciu maleje. W związku z tym, parametry ρ, α, τ, dla szyb zespolonych, traktowanych jako całość, różnią się od parametrów szyby zespolonej: zwiększa się odbicie i pochłanianie, a zmniejsza się przepuszczalność. Wzór (2) przybiera postać:



gdzie: α1, α2 – absorpcyjność szyby zewnętrznej i wewnętrznej w zestawie.
     Wzór (5) jest słuszny dla dowolnego przedziału długości fal elektromagnetycznych.

 

  

   Zaabsorbowana przez obie szyby część energii promieniowania zamienia się w energię wewnętrzną, powodującą wzrost temperatury szyb. Po ustabilizowaniu się warunków termicznych, w warunkach przepływu ciepła zbliżonych do ustalonych, zaabsorbowana energia jest wtórnie emitowana do otoczenia i do wnętrza budynku (rys. 5). Rozdział energii wymienianej przez szybę jest uzależniony od warunków panujących po obu stronach przegrody, a temperatury na powierzchniach zewnętrznych zestawu i powierzchniach wewnątrzkomorowych stabilizują się na różnym poziomie. W ustalonych warunkach przepływu ciepła, uwzględniając wtórną emisję, można mówić o refleksyjności i transmisyjności całkowitej (ρc, τc). Dla całego widma promieniowania zachodzi





     Należy podkreślić, że wzór (6), słuszny dla całego widma, nie jest słuszny dla dowolnie wybranych przedziałów długości fali. Jak już wcześniej wspomniano, widmo promieniowania wtórnie emitowanego przez szyby różni się długością fali od widma promieniowania słonecznego przez nie zaabsorbowanego.



Podstawowe parametry przepływu promieniowania przez szyby
     Najważniejszymi parametrami przepływu promieniowania, używanymi w analizach walorów użytkowych szyb, często podawanymi w informatorach technicznych są:
1. τv, ρv – bezpośrednia transmisyjność i refleksyjność światła słonecznego (spektrum widzialnego); parametry te warunkują oświetlenie pomieszczeń światłem dziennym, a co za tym idzie, zakres stosowania poszczególnych zestawów szyb zespolonych,
2. τe, ρe – bezpośrednia transmisyjność i refleksyjność energii słonecznej (w całym przedziale widma); parametry te są podstawą do obliczeń transmisyjności i refleksyjności całkowitej,
3. αe – absorpcyjność energii słonecznej; wysoka absorpcyjność szyby może prowadzić do jej dużego nagrzania w czasie nasłonecznienia i powstania niebezpiecznych naprężeń termicznych, zwłaszcza na granicy światło-cień; z tego powodu szyby o absorpcyjności większej niż 0,5 powinny być produkowane jako hartowane [6].
4. τ(λ), ρ(λ) – przedstawienie w formie wykresu lub tabeli bezpośredniej transmisyjności i refleksyjności promieniowania w funkcji długości fali; dane te są podstawą obliczeń transmisyjności i refleksyjności w wybranych przedziałach widma,
5. qi, qe – współczynnik wtórnego przekazywania ciepła do wewnątrz i na zewnątrz; opisuje jaka część padającego na szybę strumienia energii, po zaabsorbowaniu przez szyby jest przekazywana wtórnie na obie strony przegrody; zachodzi tutaj związek [7]



6. g (solar factor) – przepuszczalność całkowita energii promieniowania słonecznego; suma transmisji bezpośredniej τe i wtórnej emisji do wnętrza pomieszczenia qi. Opisuje, jaka część padającego na szybę strumienia energii zostaje efektywnie przepuszczona do pomieszczenia. Wysoka wartość g mówi o możliwych większych zyskach ciepła,
7. SC (shading-coofficient) – współczynnik zacienienia – wartość porównawcza przepuszczalności energii promieniowania, odniesiona do wartości g standardowej szyby porównawczej grubości 4 mm



8. τv/g – współczynnik selektywności; wysoka wartość τv/g oznacza dobre doświetlenie pomieszczeń przy danym poziomie zysków ciepła,
9. τUV – stopień bezpośredniej przepuszczalności promieniowania ultrafioletowego. Ze względu na szkodliwość promieniowania ultrafioletowego należy dążyć do jego redukcji,
10. Ra – wskaźnik oddawania barwy umożliwia wyrażenie różnic w kolorze między ośmioma wzorcami barwnymi, oświetlonymi bezpośrednio przez znormalizowane źródło światła oraz po przejściu przez oszklenie. Wartość Ra = 100 oznacza idealne oddawanie barwy, Ra > 90 charakteryzuje się jako bardzo dobre, a Ra > 80 jako dobre wyrażenie barwy.

     Sposób określania lub obliczania większości z powyższych parametrów opisano w obowiązującej normie [7]. Należy również zwrócić uwagę, że parametry mogą dotyczyć pojedynczych szyb lub szyb zespolonych traktowanych jako zestaw, przy czym te pierwsze nie mają w zasadzie znaczenia praktycznego, lecz są podstawą do obliczeń parametrów zestawu. Na przykład przy określaniu widmowej transmisyjności zestawu dwuszybowego τ(λ) norma [7] zaleca stosowanie wzoru



gdzie: τ1(λ), τ2(λ) – widmowe transmisyjności szyby zewnętrznej i wewnętrznej,
ρ’1(λ) – widmowa refleksyjność szyby zewnętrznej w kierunku przeciwnym do padania promieniowania,
ρ2(λ) – widmowa refleksyjność szyby wewnętrznej zgodnie z kierunkiem padania promieniowania.



     Przykładowe wykresy widmowej transmisyjności szyb zespolonych ze szkłem bezbarwnym i przeciwsłonecznym przedstawiono na rys. 6. Widoczna jest różnica w kształcie wykresów dla szyb o różnych odcieniach zabarwienia.

 

 

Bilans energetyczny przeszkleń
     Bilans energetyczny przeszkleń E (efektywny współczynnik przenikania ciepła) jest to różnica między stratami ciepła przez przenikanie (wartość współczynnik przenikania ciepła szyby U) a zyskami energetycznymi z promieniowania słonecznego (z uwzględnieniem współczynnika g), w rozpatrywanym okresie czasu (najczęściej jest to okres grzewczy). Parametr ten jest ważnym elementem przy analizie zysków i strat energii budynku. Współczynnik E może przyjmować wartości ujemne – oznacza to, że zyski ciepła są wyższe niż straty. Metodykę określania bilansu energetycznego opisuje europejska norma [9]. Bilans energetyczny zaleca się obliczać ze wzoru





gdzie: η – współczynnik użyteczności; stosunek uzyskanego ciepła, które zastępuje funkcjonalne ogrzewanie w okresie grzewczym do całkowitych zysków ciepła w tym okresie; dla celów porównawczych norma zaleca przyjąć η = 0,6;
f – współczynnik stosowany do oszkleń zabrudzonych lub zacienionych; dla celów porównawczych norma zaleca przyjąć f = 0,8;
Hp – wartość promieniowania słonecznego, kWh/m2, padającego na pionową powierzchnię podczas rozpatrywanego okresu,
Dp – suma jednostek temperaturowych, gdzie jedna jednostka jest liczbą stopni, o którą średnia temperatura w ciągu dnia jest niższa od temperatury podstawowej (którą dla celów porównawczych norma [9] zaleca przyjmować 18oC); liczbę jednostek oblicza się dla każdego dnia rozpatrywanego okresu i sumuje.

     Wartości Hp i Dp norma zaleca przyjmować na podstawie danych klimatycznych. Zamieszczone przykładowe dane lokalizacyjne nie obejmują Polski – dla Berlina określono następujące przykładowe współczynniki obejmujące sezon grzewczy wrzesień-maj:
     Dp = 3335 K•24h
     Hp = 203 kWh/m2 dla elewacji północnej, Hp = 358 kWh/m2 dla elewacji wschodnieji zachodniej, Hp = 518 kWh/m2 dla elewacji północnej.


     Norma [9] dopuszcza również szacowanie bilansu energetycznego metodą uproszczoną



gdzie S jest współczynnikiem charakterystycznym dla określonego kraju lub regionu; w literaturze niemieckiej dla Europy Środkowej proponuje się: 1,0 dla elewacji północnej, 1,4 dla elewacji wschodniej i zachodniej, 2,0 dla elewacji południowej.




Parametry szyb przeciwsłonecznych
     W skład typowego zestawu zespolonego szyby wchodzi szyba przeciwsłoneczna o własnościach absorpcyjnych (barwiona w masie) lub/i refleksyjnych (z napyleniem). Napylenia refleksyjne mogą być realizowane metodą pyrolityczną (powłoki twarde) lub magnetronową (powłoki miękkie).

 



Szyby przeciwsłoneczne są sytuowane zazwyczaj od strony powietrza zewnętrznego z napyleniem od strony komory międzyszybowej (pozycja 2 wg rys. 7). Istnieje również możliwość sytuowania powłok twardych na pozycji 1, lecz jest to mniej korzystne rozwiązanie ze względów praktycznych (narażenie na uszkodzenie powłoki, możliwość jej korozji, pozostawanie widocznych śladów przy dotknięciu).

 


Szyb twardopowłokowych można używać w uzasadnionych przypadkach jako szkła monolitycznego (tzn. bez zespolenia). W zależności od zastosowanych parametrów materiałowych powłoki uzyskuje się zróżnicowane parametry przepływu światła i energii słonecznej oraz możliwość doboru odcienia światła odbitego. Najczęściej szyby przeciwsłoneczne posiadają odcień zielony, niebieski, brązowy lub srebrny.



      Drugą szybą zestawu (od strony pomieszczenia) jest szyba standardowa lub niskoemisyjna, przy czym to ostatnie rozwiązanie jest optymalne ze względu na ograniczenia strat ciepła.



     W tabelach 1 i 2 przedstawiono parametry przykładowych pojedynczych i zespolonych szyb przeciwsłonecznych oferowanych na rynku. Dla porównania zamieszczono również parametry szyb standardowych.

 
 
dr inż. Zbigniew Respondek
Politechnika Częstochowska

 

 

Literatura
1. A Building and Its Phisical Environment. Red.: L. Śliwowski. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej 1992.
2. Rybka E.: Astronomia ogólna. PWN, Warszawa 1983.
3. Nowicki J.: Promieniowanie słoneczne jako źródło energii. Arkady, Warszawa 1980.
4. Madany A.: Fizyka atmosfery. Wybrane zagadnienia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1996.
5. Klindt L.B., Klein W.: Szkło jako materiał budowlany. Arkady, Warszawa 1982.
6. Lessing J.: Zastosowanie szkieł przeciwsłonecznych w szybach zespolonych. „Materiały Budowlane” nr 3/99.
7. PN-EN 410:2001 Szkło w budownictwie. Określenie świetlnych i słonecznych właściwości oszklenia.
8. Das Glas-Handbuch 1997. Pilkington Flachglas AG.
9. PN-EN ISO 14438:2005 Szkło w budownictwie. Określenie wartości bilansu energetycznego. Metoda obliczeniowa.
10. Materiały informacyjne firmy SAINT-GOBAIN.
11. Materiały informacyjne firmy PILKINGTON.
12. Materiały informacyjne firmy GUARDIAN.

 

wszystkie części artykułu:

. 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

więcej informacji: Świat Szkła 12/2007

 

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik