Aktualne wydanie

2019 12 okladka

       Świat Szkła 12/2019

 

User Menu

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner szklo budowlane

 

20190820-BANNIERE-HALIO-750x100-1D-PL

 

wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

budma 2020 - 480x120

 

Technologia vacuum w wyrobach budowlanych VIS, VIP, VIG. Część 1
Data dodania: 06.08.08

Pilna potrzeba ograniczenia zapotrzebowania budynków w energię zużywaną na cele bytowe skłania do poszukiwań nowych wyrobów budowlanych i technologii, umożliwiających realizowanie strategii łatwej dostępności budynków energooszczędnych, jak również budynków zmodernizowanych.

Dotychczas istniejąca kilkukrotna różnica we izolacyjności termicznej przegród zewntęrznych, np. ścian masywnych, w porównaniu do okien i innych przegród transparentnych (przykładowo współczynnik przenikania ciepła ścian budynków jednorodzinnych może być rzędu Uw=0,15-0,40 W/m2K przy Uf=1,1-1.2 W/m2K okna energooszczędnego lub przegrody znacznie przeszklonej) sprawiła, iż od wielu lat trwa swoisty „wyścig” technologów i producentów w poszukiwaniu materiału lub sposobu, który umożliwiłby zmniejszenie lub zniwelowanie tej różnicy. 

Pilna potrzeba ograniczenia zapotrzebowania budynków w energię zużywaną na cele bytowe skłania do poszukiwań nowych wyrobów budowlanych i technologii, umożliwiających realizowanie strategii łatwej dostępności budynków energooszczędnych, jak również budynków zmodernizowanych. 

 

Dotychczas istniejąca kilkukrotna różnica we izolacyjności termicznej przegród zewntęrznych, np. ścian masywnych, w porównaniu do okien i innych przegród transparentnych (przykładowo współczynnik przenikania ciepła ścian budynków jednorodzinnych może być rzędu Uw=0,15-0,40 W/m2K przy Uf=1,1-1.2 W/m2K okna energooszczędnego lub przegrody znacznie przeszklonej) sprawiła, iż od wielu lat trwa swoisty „wyścig” technologów i producentów w poszukiwaniu materiału lub sposobu, który umożliwiłby zmniejszenie lub zniwelowanie tej różnicy. 

 

VIS, VIG, VIP

    Na rynkach krajów zaawansowanych technologicznie (UE, Kanada itp.) istnieją już różne rozwiązania, zwiększające termoizolacyjność szyby – wypełnienia przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej (IG) tworzywami sztucznymi lub żelem o dużej zawartości drobnych porów powietrznych. Dostępne są też szyby gazochromowe, zmieniające swoje właściwości techniczne (izolacyjność, transmisję światła, barwę) w zależności od zmiennych warunków atmosferycznych. A ponadto wciąż jeszcze czeka na wdrożenie do produkcji znaczna ilość proponowanych nowych rozwiązań, co daje się zaobserwować na wystawach i targach specjalistycznych.


    Jednak spośród wielu propozycji, niejednokrotnie już wdrożonych do zastosowań praktycznych duże nadzieje branża okienna (a częściowo i szklarska) wiąże z rozwiązaniem, wykorzystującym próżnię (a ściślej rozrzedzone powietrze) w szczelinie przegrody budowlanej, np.: między dwoma szybami a także między szybą i panelem metalowym.

 

 

    Wyroby budowlane, opracowane pod kątem praktycznego wykorzystania właściwości izolacyjności termicznej próżni w przegrodzie budowlanej, są już obecnie wdrażane do powszechnych zastosowań jako panele elewacyjne, płyty-pakiety ocieplające, a także nieco opóźnione w zastosowaniach praktycznych oszklenia izolacyjne.


    W piśmiennictwie stosowana jest następująca symbolika oznaczeń poszczególnych wyrobów wykonanych w technologii vacuum:
- VIG – szyby zespolone - w chwili obecnej stosowane są w Europie eksperymentalnie rozwiązania dla szyb zespolonych o właściwościach użytkowych ciągle jeszcze ograniczonych możliwościami wytwarzania;
- VIS – panele nieprzezierne stosowane w elewacjach znacznie przeszklonych naprzemiennie z oszkleniami izolacyjnymi. Panele mogą mieć okładziny zewnętrzne z blachy stalowej lub aluminiowej lub mogą występować jako mieszane – blacha oraz szkło;
- VIP – płyty do termoizolacji budynków posiadające zewnętrzną osłonę wykonaną z folii. Przeznaczone do uniwersalnych zastosowań – wykonywane z różnych materiałów, np. włókien izolacyjnych, a także, np. wykonanych z materiałów odpadowych – pyłów poprodukcyjnych.



    Największe oczekiwania na znaczący efekt z zakresu energooszczędności w budownictwie związane były i są z opracowaniem i wprowadzeniem do praktycznych zastosowań nowej technologii wykonania szyb zespolonych. Trudności w opracowaniu bezpiecznego sposobu produkcji szyb wysokiej jakości w zakresie przepuszczalności światła, trwałych i dorównujących właściwościom dotychczas stosowanych szyb wielofunkcyjnych powodują , iż nie została jeszcze przyjęta jednolita europejska technologia wytwarzania szyb vacuum.

 

 

Szyby zespolone w technologii vacuum VIG
    Prace nad szybami VIG trwają już co najmniej od ok. 20 lat. Prowadzone były przez różne zespoły, a finansowane jako badania naukowe, z budżetów państwowych lub przez znaczących producentów szkła. Konstrukcja szyby w powszechnie stosowanych obecnie szybach zespolonych IG, uniwersalna co do ogólnej zasady, charakteryzuje się jednak zróżnicowanymi właściwościami technicznymi, wynikającymi z różnorodnych zastosowanych materiałów i technologii wykonania. Analogicznie również schemat szyb VIG przyjęty jest jako uniwersalny, natomiast różnice materiałowe, metody produkcji i ich koszty dają w efekcie wyrób o bardzo różnej charakterystyce technicznej, trwałości i cenie.

Zalety szyb VIG
    Podstawowe zalety szyb VIG to dobra izolacyjność termiczna i ograniczona grubość, która dla wariantu dwóch szyb o grubości 4 mm daje grubość całkowitą ok. 10 mm – co predysponuje je do zastosowań zarówno w budownictwie nowym, jak i w pracach termodernizacyjnych- przy wymianie oszkleń w oknach jednoszybowych. W oknach i budynkach nowych może przyczyniać się jednocześnie do oszczędności materiałowych.
    Istotny jest także fakt, iż zbędne staje się stosowanie w szybach kosztownych gazów szlachetnych.

 

 

Konstrukcja szyb VIG
    Główne trudności przy opracowywaniu konstrukcji szyb VIG i metod ich wytwarzania wiążą się z:
- sposobem osiągnięcia stanu próżni (vacuum) w przestrzeni międzyszybowej,
- sposobem zamykania przestrzeni międzyszybowej (rodzaj materiału, temperatura),
- doborem elementów dystansowych,

  

  Drogi do osiągnięcia rezultatu, czyli produktu wytwarzanego metodami przemysłowymi, gotowego do sprzedaży były odmienne dla różnych krajów. W chwili obecnej daje się wyróżnić główne dwa sposoby wytwarzania i uzyskiwania pustki powietrznej w przestrzeni międzykomorowej:
- zespalanie tafli szkła w szybę VIG w komorze próżniowej,
- odprowadzanie powietrza z przestrzeni międzyszybowej przez odpompowywanie z już zespolonej szyby IG.

 

Podstawowe elementy tworzące VIG
Próżnia i zespolenie krawędzi

    Z założeń technicznych wymagane jest, aby resztkowe ciśnienie powietrza w komorze międzyszybowej było nie mniejsze niż 0,001hPa i żeby w warunkach temperaturowych od –40oC do + 60oC przez ponad 25 lat pozostawało stabilne. Jednak pomimo wymagania niemal całkowitej szczelności zespolenia niezbędna jest także pewna jego minimalna elastyczność co pozwala eliminować powstawanie naprężeń na obrzeżach w eksploatacji szyb poddawanych oddziaływaniu zmiennych temperatur i obciążeniom mechanicznym – tym samym zmniejszając zagrożenie pęknięcia szyby.

 

 

Materiały zespalające
    Jako teoretycznie możliwe i wprowadzone do badań były trzy sposoby łączenia obrzeży szyb VIG:
- lutowanie obrzeży metalami,
- stapianie i łączenie krawędzi szkła w wysokiej temperaturze,
- łączenie tworzywami polimerowymi.

   

W chwili obecnej w praktyce stosowane są pierwsze dwa sposoby. Głównie w krajach dalekowschodnich, choć nie tylko, stosuje się jako materiał zespalający szkło. Jednak stosowana wtedy obróbka termiczna wymaga temperatury ponad 300oC, która jest niszczące dla tzw. miękkich powłok niskoemisyjnych. Wymaga to użycia do produkcji szyb z powłokami twardymi – co w efekcie skutkuje znacząco wyższym współczynnikiem przenikania ciepła takiej szyby – tj. rzędu 1,1-1,3 W/m2K.

   

W rozwiązaniach europejskich przygotowanych do szybkiego, praktycznego wdrożenia stosowane są połączenia krawędzi szyb metalami – głównie w postaci taśm. Badane były także połączenia mieszane: uszczelnienia tworzywami i zamknięte taśmą metalową. Nadal kontynuowane są próby z zastosowaniem do łączenia obrzeży polimerowych materiałów uszczelniających, co pozwoliłoby na obniżenie temperatury produkcji szyb – a tym samym – stosowanie szyb z powłokami niskoemisyjnymi, klejonymi itd.
   

W czasie eksploatacji wzrastają naprężenia na obrzeżach większych wymiarowo szyb VIG, podlegających znacznym różnicom temperaturowym zewnętrznym i wewnętrznym. Zwiększa to ryzyko pęknięć i niszczenia szyb. Stosowanie cienkich folii metalowych do łączenia obrzeży lub podwójnego uszczelnienia – tworzywo i folia metalowa – pozwala zmniejszyć to zagrożenie. Jako najkorzystniejszy sposób zespalania przy użyciu taśm metalowych przyjęto w metodzie ProVIG opracowanej w Niemczech łączoną technologię ultradżwięków i lasera – ta technologia dopuszcza stosowanie szyb niskoemisyjnych (Low E) z powłokami miękkimi i w efekcie końcowym uzyskuje się szyby o Ug=-0,5 W/m2K (docelowo Ug=0,4 W/m2K).

Elementy dystansowe
    W czasie prac badawczych prowadzonych m. in . przez Bavarian Center for Applied Energy Reasearch czynione były próby stosowania jako elementów dystansowych rozmieszczonych równomiernie w całej przestrzeni międzyszybowej bardzo drobnych kształtek metalowych, szklanych i innych oraz różne ich rozstawy (odstępy oczek siatki 25 lub 50 mm). Obecnie przyjęte do stosowania kształtki mają formy cylindryczne i średnicę rzędu 0,5 mm. Wpływ rodzaju materiałów elementów dystansowych na rozkład temperatur powierzchniowych szyb jak i na ich izolacyjność termiczną oceniony został jako nieznaczny – ze względu na ich małe wymiary.


    W projekcie finansowanym przez Ministerstwo Gospodarki i Finansów w Niemczech, który ma się zakończyć w r. 2009 lub 2010 opracowaniem linii produkcyjnej dla szyb VIG, po badaniach doświadczalnych przyjęte zostały elementy dystansowe metalowe w rozstawie co 25 mm, łączone z wewnętrzną powierzchnią szyb.

Wady oszkleń VIG
    Pomimo, iż istnieją duże potrzeby i oczekiwania na oszklenia izolacyjne udoskonalone pod względem izolacyjności termicznej, a jednocześnie mniejszej grubości i zmniejszonym ciężarze – aktualnie opracowywane szyby VIG ciągle jeszcze odbiegają od ideału. Jedną z najłatwiej spostrzegalnych niedogodności w ich konstrukcji jest konieczność stosowania elementów dystansowych (rozporowych) w przestrzeni międzyszybowej. Wprawdzie zapobiega to skutkom oddziaływania wysokiego podciśnienia wewnątrz szyb, rzędu 10 ton/m2, ale skutkuje zakłóceniem obrazu przechodzącego.

 

Próby z różnymi kształtami i materiałami doprowadziły do rozwiązania, w którym elementy te są niewidoczne z odległości większej niż 1 m – natomiast z odległości mniejszych pozostają widoczne. Również zespolenie krawędzi szyb listwami metalowymi powoduje, iż izolacyjność termiczna szyby w tym obszarze nie dorównuje izolacyjności części środkowej szyby.


    Przeszkodą utrudniającą powszechne stosowanie szyb VIG jest brak odpowiednich ram okiennych – do osadzenia szyb VIG wymagane są ramy o wysokiej izolacyjności termicznej. Ramy przewidziane do tych zastosowań, obecnie znajdujące się jeszcze w toku badań i wdrożeń próbnych, charakteryzują się współczynniku przenikania ciepła Ur=0,8 W/m2.


    Szczególnie ważne jest to dla przypadku okien dachowych, gdzie wykraplanie pary wodnej na powierzchniach szyb jest częściej spotykane niż w innych zastosowaniach okien.



Stan obecny rozpowszechnienia VIG
    Podstawowy cel prac prowadzonych obecnie w krajach EU to osiągnięcie uniwersalnego, dopracowanego sposobu produkcji szyb VIG. Aktualnie realne są lata 2009/2010 jako termin przedstawienia niemieckiej propozycji oszkleń VIG – konstrukcji szyb i technologii wytwarzania wraz z opracowaniem linii produkcyjnej.
    Sytuacja pewnego zawieszenia i oczekiwania na rozwiązanie gwarantujące bardzo wysoką jakość szyb dotyczy głównie UE, ponieważ wiele innych krajów, np.: Dalekiego Wschodu, Kanady i USA przyjęło wcześniej opatentowane rozwiązania.


    Szyby izolacyjne VIG, które w krajach europejskich znajdują się na razie bądź na etapie badań, bądź na etapie próbnych wdrożeń, są już opatentowane i stosowane praktycznie w Ameryce Północnej, a oferty szyb vacuum produkowanych w Japonii , Chinach do kupienia „od zaraz” znaleźć można w internecie. Na pewno jedną z przyczyn takiej sytuacji są bardzo wysokie wymagania jakości i trwałości, jakie przyjęły kraje UE w zakresie oceny szyb izolacyjnych IG, w postaci złożonych procedur kontroli odbioru szyb IG, a także wymagania i potrzeba zapewnienia całkowitego bezpieczeństwa w trakcie produkcji i użytkowania (patrz EN 1279 – Szkło w budownictwie. Szyby zespolone).


    Nie bez znaczenia jest fakt, iż większość krajów UE długo poszukiwała własnej technologii, jak np.: Szwajcaria, Francja, Irlandia, Austria, Finlandia, Wielka Brytania, Belgia, Niemcy.
    Dopiero w ostatnich nastąpiło pewne zintegrowanie sił i zdecydowane przyspieszenie prac – m.in. w Niemczech – poprzez skupienie w badawczym programie Ministerstwa Gospodarki i Finansów 3 instytutów i 5 zainteresowanych firm producenckich.


    Obecnie w Niemczech trwa intensywne kończenie prac nad opracowaniem metodyki zmechanizowanej produkcji szyb – linii technologicznej, dla wersji podstawowej VIG, z planami rozszerzenia na oszklenia specjalne.


    Najbliższym efektem ma być opracowanie technologii szyb o maksymalnych wymiarach 2500x1500 mm i o współczynniku U = ok. 0,5 W/m2K oraz U=0,8-0,9 W/m2K dla całego okna.
    Dostępne oszklenia VIG z krajów Dalekiego Wschodu i np. Rosji charakteryzowały się U=1,1-1,3 W/m2K , a ich przewidywana trwałość miała wynosić ok. 20 lat. O zainteresowaniu tym typem oszkleń może świadczyć fakt, że np. Nippon Sheet Glass już w roku 2005 produkował i zbywał ok. 100 000 m2 rocznie takich szyb.

Podsumowanie
    Przedstawiony powyżej stan wdrażania technologii vacuum w branży oszkleń wskazuje na złożoność problematyki i niezbędność prowadzenia długich, żmudnych i kosztownych prac badawczych, przy wysiłku wielu znanych naukowców ,a także całych zespołów pracowników. Podobnie zresztą było z dochodzeniem do osiągnięcia obecnego stanu technologii wytwarzania szyb izolacyjnych. Powyżej przedstawione informacje odnoszą się głównie do postępowania w przygotowaniach nowej generacji okien i oszkleń w krajach EU, gdzie istnieją już wysokie wymagania jakości, trwałości i właściwości technicznych wyrobów budowlanych uwarunkowane obowiązującymi dokumentami normatywnymi i przepisami administracyjnymi.

c.d.n.
Maria Makarewicz

 

Wykorzystane materiały
1. VIG-Vacuum Insulation Glass, H.Weinläder, H.P Ebert, J Fricke, Bavarian Center for Applied Energy Research (ZAE Bayern), 2005, 2007
2. Info VIG+proVIG, W. Friedel, Grenzbach Glaser FMB GMbH, 2008
3. S.Glaser, Vacuum Isoliergläser, „Glaswelt“ 2006
4. Ph. C Eames i inni, Advanced glazing systems, University of Ulster, 2006
5. E. Bachofer, Space between, “Glass Magazine” 2006 

 

patrz też:

- Technologia vacuum w wyrobach budowlanych VIS, VIP, VIG. Część 2 , Maria Makarewicz, Świat Szkła 1/2009 

- Technologia vacuum w wyrobach budowlanych VIS, VIP, VIG. Część 1 , Maria Makarewicz, Świat Szkła 7-8/2008 

- Okno z szybą próżniową , Świat Szkła 5/2007

- Oszklenia izolacyjne wg technologii vacuum (VIG) , Maria Makarewicz, Świat Szkła 9/2006

- Szkło o wysokiej efektywności, Świat Szkla 7-8/2005

 

więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2008

 

 

 

01 chik
01 chik