Optymalne wykorzystanie szkła w fasadach to problem znany wszystkim projektantom elewacji: kiedy należy zastosować szkło przeciwsłoneczne, a kiedy termoizolacyjne? Prawidłowa odpowiedź na to pytanie uzależniona jest od wielu różnych czynników. Decydujący wpływ mogą tu mieć takie okoliczności, jak np. orientacja projektowanej elewacji, udział powierzchni przeszklonej w całkowitej powierzchni fasady oraz przeznaczenie pomieszczeń budynku.

Przy doborze odpowiedniego przeszklenia fasady, względnie oszklenia okien, należy koniecznie uwzględnić przeznaczenie budynku. Bowiem wymagania stawiane w wypadku budynku mieszkalnego będą się różnić od stawianych przed budynkiem biurowym. Na etapie projektowania istotne znaczenie będą miały różne parametry techniczne – np. współczynnik przenikania ciepła przez przeszklenie (Ug), współczynnik całkowitej przepuszczalności energii (g), współczynnik przepuszczalności światła (TL) oraz selektywność szkła (współczynnik odwzorowania barw Ra) względnie neutralność odwzorowania barw przez przeszklenie (objaśnienia – patrz ramka informacyjna).

  

Jakie przeszklenie będzie najlepsze? Przeszklenie zorientowanej na południe elewacji biurowca będzie „przenosić” mniejszą energię promieniowania słonecznego (mniejszy wsp. g) niż szkło zamontowane w elewacji zorientowanej na północ. Dlatego też w zależności od orientacji elewacji stosowane są różne rodzaje oszkleń.

Prywatne budynki mieszkalne – zasady przeszkleń

W wypadku przeszkleń prywatnych budynków mieszkalnych zazwyczaj dążymy do tego, by zastosować szkło odznaczające się neutralnością odwzorowania barw, możliwie niskim współczynnikiem przenikania ciepła (Ug) oraz wysoką przepuszczalnością promieniowania słonecznego – jest to bowiem prosty sposób wykorzystania energii słonecznej pozwalający również na obniżenie kosztów ogrzewania budynków. Natomiast współczynnik przepuszczalności światła szkła (TL) powinien być możliwie jak największy – tak, aby można było ograniczyć do niezbędnego minimum potrzebę korzystania z oświetlenia sztucznego. Zatem stosowane do przeszkleń prywatnych budynków mieszkalnych szkło termoizolacyjne winno spełniać następujące wymagania:

  • współczynnik Ug = jak najmniejszy
  • współczynnik g = jak największy
  • współczynnik TL = jak największy
  • współczynnik Ra = jak największy

Przykładem odpowiedniego przeszklenia byłoby tutaj wytwarzane przez koncern Pilkington miękkopowłokowe szkło niskoemisyjne Optitherm S3, zastosowane w szybie termoizolacyjnej 4-16-4 (tzn. szyba o grubości 4 mm – komora termoizolacyjna grubości 16 mm – szyba 4 mm).

Poszczególne współczynniki przyjmowałyby w tym wypadku wartości: Ug=1,1 W/m2K; g=61%; TL=80% oraz Ra=97.

Strukturalne przeszklenia biurowca

Kryteria stosowane w wypadku narażonych na oddziaływanie wiatru biurowców o przeszklonych fasadach są w zasadzie takie same, jak w wypadku prywatnych budynków mieszkalnych. Z punktu widzenia uzyskania odczuwalnej obniżki kosztów ogrzewania w okresie zimowym, także i w tym wypadku pożądana będzie niska wartość współczynnika Ug. W przeciwieństwie jednakże do opisanego już przykładu prywatnego domu mieszkalnego, w wypadku biurowca częściej zaistnieje potrzeba ograniczenia ilości energii słonecznej przepuszczanej do wnętrza budynku. Wynika to stąd, że eksploatowane w biurowcu komputery, monitory, drukarki oraz – rzecz jasna – pracujący w nim ludzie stanowią samoistne źródła ciepła (wewnętrzne obciążenie cieplne). Pomimo to jednakże istnieje tendencja to tego, by nie rezygnować z wykorzystania tej naturalnej cechy szkła, jaką jest jego przejrzystość. Z jednej strony bowiem podwyższa ona komfort pracy w pomieszczeniu, z którego można rzucić okiem na otoczenie zewnętrze, z drugiej zaś poprzez zwiększenie udziału powierzchni przeszklonych w całkowitej powierzchni elewacji umożliwia znaczne ograniczenie potrzeby wykorzystania oświetlenia elektrycznego, niezbędnego w pomieszczeniach słabo oświetlonych. Tak więc wymagania, jakie powinno spełniać szkło przeciwsłoneczne wykorzystywane w biurowcach kształtują się następująco:

  • współczynnik Ug = jak najmniejszy
  • współczynnik g = jak najmniejszy
  • współczynnik TL = jak największy
  • współczynnik Ra = jak największy

W przeciwieństwie do szkła termoizolacyjnego zastosowanie szkła przeciwsłonecznego wiąże się z dążeniem do obniżenia wartości współczynnika g. Jednocześnie – podobnie, jak ma to miejsce w wypadku szkła termoizolacyjnego – pożądane jest uzyskanie oszklenia charakteryzującego się niską wartością współczynnika Ug, możliwie jak największą wartością współczynnika przepuszczalności światła oraz neutralnością odwzorowania barw.

Dobór optymalnego przeszklenia komplikuje nieco fakt, że współczynnik całkowitej przepuszczalności energii g oraz współczynnik przepuszczalności światła TL są w pewnym stopniu uzależnione od siebie – bliższe zrozumienie tej kwestii umożliwia przedstawiona niżej uproszczona analiza: wykres 1 przedstawia rozkład promieniowania słonecznego padającego na Ziemię. Obejmuje ono zakres odznaczającego się wysoką energią promieniowania ultrafioletowego (UV; pasmo oznaczone kolorem lila po lewej stronie wykresu), które przechodzi w promieniowanie widzialne (zakres oznaczony kolorem turkusowym), przechodzące wreszcie w promieniowanie podczerwone.

Dla każdego z tych trzech zakresów promieniowania oszklenie działa jak filtr. Współczynnik przepuszczalności światła wspomnianej już wcześniej szyby termoizolacyjnej wykonanej przy użyciu szkła Pilkington Optitherm S3 wynosi 80%. Oznacza to, że powierzchnia pola oznaczającego na wykresie zakres promieniowania widzialnego (kolor turkusowy) po przejściu przez tę szybę zostanie zmniejszona do 80% swej pierwotnej wielkości.

Omówienie bezpośredniej przepuszczalności energii wiąże się z koniecznością uwzględnienia wszystkich trzech zakresów (promieniowanie UV+widzialne+IR). W wypadku opisanej wyżej, przykładowej szyby zespolonej przedstawiona na wykresie całkowita powierzchnia tych trzech zakresów promieniowania zostanie zredukowana do 54% jej poprzedniej wielkości. Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii g stanowi sumę współczynnika bezpośredniej przepuszczalności energii TE oraz tzw. współczynnika wtórnego oddawania ciepła qi (promieniowanie słoneczne powoduje nagrzewania się szkła. Część tego ciepła zostanie z powrotem odprowadzona do otoczenia). W omawianym przykładzie mamy:

g = TE + qi = 54% + 7%.

Jak już wspomniano, istnieje tendencja do obniżania wartości współczynnika g poprzez zastosowanie w przeszkleniach strukturalnych szkła przeciwsłonecznego. Oznacza ona zmniejszenie całkowitej powierzchni ograniczonej krzywą rozkładu promieniowania (promieniowanie: UV+widzialne+IR). Ponieważ szkło przeciwsłoneczne powinno zarazem odznaczać się możliwie największą wartością współczynnika całkowitej przepuszczalności światła (tzn. współczynnika przepuszczalności promieniowania widzialnego) doskonałe szkło przeciwsłoneczne będzie nieprzepuszczalne dla promieniowania UV oraz IR (patrz wykres 2).

Jak wynika z wykresu 2, doskonałe szkło przeciwsłoneczne wykazuje największą przepuszczalność promieniowania świetlnego (widzialnego), toteż jej wartość przyjęto za równą 100%. Jednakże przy obliczaniu wartości współczynnika g konieczne jest uwzględnienie udziału wszystkich trzech zakresów promieniowania.

Jakkolwiek w wypadku doskonałego szkła przeciwsłonecznego zarówno promieniowanie UV, jak i IR nie mają żadnego wpływu na jego przepuszczalność, wartość współczynnika g takiego szkła nie będzie równa 0, albowiem prawie połowa energii promieniowania słonecznego przenoszona jest w paśmie promieniowania widzialnego. Dlatego też w opisanym tu przykładzie wartość współczynnika g doskonałego szkła przeciwsłonecznego będzie wynosić około 50%.

Ponadto spadek przepuszczalności promieniowania widzialnego powoduje obniżenie wartości zarówno współczynnika przepuszczalności światła TL, jak i współczynnika całkowitej przepuszczalności energii g. Zależność tę można również w zrozumiały sposób objaśnić na przykładzie naszych produktów.

Szkło o nazwie handlowej Pilkington Suncool jest cechowane przy użyciu dwóch liczb. Pierwsza z nich oznacza współczynnik przepuszczalności promieniowania świetlnego, druga natomiast wartość współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania. Na rynku występują rodzaje szkła oznaczane w następujący sposób: 70/35; 66/33; 50/25; 40/22 oraz 30/17.

Jak widać selektywność szkła odznaczającego się neutralnością odwzorowania barw, tzn. stosunek współczynnika przepuszczalności światła TL do współczynnika g, pozostaje równa ok. 2. Teoretycznie rzecz biorąc, można uzyskać lepsze wartości współczynnika selektywności, w tym celu jednakże należy koniecznie wyeliminować fale o niektórych zakresach długości z promieniowania widzialnego, co jednak będzie miało wpływ na kolor przeszklenia.

Promieniowanie słoneczne padające na powierzchnię Ziemi

Seminarium: „Szkło w budownictwie”

Frankfurt n/Menem, 30.07.09

Wykres 1. Rozkład promieniowania słonecznego: powyższy wykres przedstawia zarówno pasmo promieniowania widzialnego dla człowieka, jak i pasma promieniowania niewidzialnego.

Wykres 2. Doskonałe szkło przeciwsłoneczne jest nieprzeźroczyste dla promieniowania ultrafioletowego (UV) i podczerwonego (IR), tzn. szyba taka nie przepuszcza ani promieni UV, ani IR.

Strony świata a dobór rodzaju szkła

Jak dla określonego obiektu budowlanego dobrać „właściwe” szkło przeciwsłoneczne? Aby znaleźć odpowiedź na to pytanie projektant winien z zasady zaangażować specjalistę w dziedzinie klimatyzacji, który dokładnie wyliczy, jakie są dopuszczalne wartości współczynnika g.

Z technicznego punktu widzenia najlepszym rozwiązaniem jest dobór szkła wysokoselektywnego, które umożliwia jednoczesne uzyskanie wyliczonej wartości współczynnika g oraz dwukrotnie większej wartości współczynnika przepuszczalności światła. Dążenie to ma na celu zapewnienie, że znajdujące się za przegrodą szklaną pomieszczenie będzie jak najlepiej oświetlone, jasne oraz będzie się odznaczać niewielkim zapotrzebowaniem energii elektrycznej potrzebnej do jego sztucznego oświetlenia.

Przykład: obliczona wartość współczynnika g wynosi 25%. Optymalnym zatem rozwiązaniem będzie zastosowanie takiego szkła, którego współczynnik przepuszczalności promieniowania świetlnego będzie wynosił 50% przy jednoczesnym utrzymaniu współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania na poziomie 25%. Odpowiednim dla tego przykładu rodzajem szkła byłoby szkło Pilkington Suncool 50/25.

W odznaczających się różną orientacją elewacjach budynków należy stosować różne rodzaje szkła, np. po stronie północnej szkło o wyższej przepuszczalności światła, po stronie południowej o mniejszej. Wskutek tego elewacja biurowca zorientowana na południe będzie wymagała zastosowania szkła o niższej wartości współczynnika g, niż elewacje zorientowane na północ, wschód lub zachód. Pomimo to jednak zorientowane w kierunku różnych stron świata elewacje biurowców są wykonywane przy użyciu tego samego rodzaju szkła przeciwsłonecznego, ponieważ projektanci chcą zachować jednakowy wygląd budynku ze wszystkich stron.

Z tego też dokładnie powodu np. wdrożono produkcję szkła Pilkington Suncool 70/35, które pomimo zróżnicowanych parametrów technicznych jest pod względem optycznym bardzo zbliżone do szkła Suncool 50/25. Jest to produkt, który wychodzi naprzeciw dążeniom projektantów do zachowania jednolitej optyki różnych stron budynku, a jednocześnie stanowi rozwiązanie optymalne z punktu widzenia nie tylko technicznego, lecz również zachowania odpowiednich warunków klimatycznych w budynku.

Parametry techniczne określające własności oszklenia

    * współczynnik Ug (współczynnik przenikania ciepła): wielkość ta opisuje strumień (stratę) ciepła przechodzącego z wnętrza pomieszczenia na zewnątrz[1]. Wynosząca 0,7 W/m2K wartość tego współczynnika oznacza, że zmiana temperatury o 1 stopień spowoduje przepływ przez 1 metr kwadratowy powierzchni przeszklenia (od wewnątrz na zewnątrz) strumienia ciepła o mocy 0,7 W (tzn. strumienia powodującego stratę ciepła w wysokości 1 dżula w ciągu 1 sekundy). Jest to wielkość oznaczająca stratę ciepła, toteż im mniejszą wartość ma ów współczynnik, tym lepsze są termoizolacyjne własności przeszklenia.
    * współczynnik g (współczynnik całkowitej przepuszczalności energii): wielkość ta opisuje indywidualną własność szkła odpowiadającą jego rodzajowi, która umożliwia przepływ energii (od zewnątrz do wewnątrz) i osiągnięcie tzw. „zysku energetycznego”.
    * współczynnik przepuszczalności promieniowania świetlnego (TL): wielkość ta opisuje udział padającego na przegrodę widzialnego promieniowania świetlnego, przepuszczonego przez przeszklenie budynku. Oko ludzkie dostrzega promieniowanie o długości fal w zakresie między 380 i 780 nm.
    * selektywność: jest to stosunek współczynnika przepuszczalności światła do współczynnika całkowitej przepuszczalności energii.
    * barwa/obojętność przeszklenia: ta wielkość jest trudna do opisania. Współczynnik odwzorowania barw Ra opisuje zmianę barwy danego obiektu jako rezultat wpływu światła przepuszczonego przez pokryte powłoką szkło. Wartość Ra=100 stanowi teoretyczne optimum. Wartość >80 oznacza dobre odwzorowywanie barw. Przy wartości Ra>90 mówimy o bardzo dobrym odwzorowywaniu barw.

      [1] „zewnątrz” oznacza tu ośrodek o niższej temperaturze, zaś „wewnątrz” – ośrodek o wyższej.

Christoph Troska

Pilkington Deutschland AG

Glaswelt 1/2010

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

więcej informacji: Świat Szkła 3/2010  

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.