Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

2017 3 okładka

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

 

 

 

baner mochnik colorimo 750X100

 

Świetlne i słoneczne właściwości szkła laminowanego
Data dodania: 17.11.14

Szkło laminowane ma nieograniczone możliwości zastosowań. Głównym jego odbiorcą, oprócz przemysłu samochodowego, jest budownictwo. Wykorzystane w oknach, fasadach lub ściankach działowych po rozbiciu uniemożliwia przedostanie się do wnętrza pomieszczenia osób trzecich, a także może stanowić czasową zaporę przy próbie włamania. W przypadku rozbicia kawałki szkła pozostają wciąż przyklejone do folii, co minimalizuje ryzyko zranienia użytkownika jego odłamkami. Ponadto zwiększają znacząco izolacyjność dźwiękową przegrody w porównaniu ze szkłem monolitycznym o tej samej grubości.

Wielowarstwowe szyby laminowane mogą chronić przed ostrzałem z broni palnej oraz falą detonacyjną. Ich zaletą jest także to, że ograniczają przenikanie promieniowania UV, co zapobiega szybkiemu blaknięciu kolorów ścian i mebli w pomieszczeniach. Coraz częściej w szkłach laminowanych znajdują zastosowanie szkła powlekane, dzięki którym możliwe jest uzyskanie poprawy parametrów wpływających na komfort przebywania wewnątrz pomieszczeń. Przykładowo efektem działania powłoki niskoemisyjnej na szkle jest odbijanie długofalowego promieniowania cieplnego – emitowanego przez urządzenia grzejne, oświetlenie itp. z powrotem do budynku. Przeźroczysta powłoka pozwala na przedostawanie się krótkofalowego promieniowania słonecznego do wnętrza. Energia ta jest pochłaniana przez wnętrze budynku i wypromieniowana do pomieszczeń w postaci promieniowania długofalowego, które z kolei próbując wydostać się z budynku odbijane jest przez powłokę z powrotem do wnętrza. 

Dążenie do nadawania oszkleniom dodatkowych funkcji umożliwiających sterowanie ich efektywnością przeciwsłoneczną i izolacyjnością termiczną staje się ważnym aspektem podczas projektowania dla budownictwa. Prace badawcze podejmowane w tym zakresie koncentrują się na uzyskiwaniu możliwości pozwalających na kontrolę strat ciepła, sterowanie przepuszczalnością i odbiciem światła oraz energią pochodzącą z promieniowania słonecznego. Znajomość wartości charakterystyk świetlnych i słonecznych jest bardzo ważna a nawet niezbędna na etapie projektowania oszkleń stosowanych w budownictwie. Dysponując właściwościami spektrofotometrycznymi produkowanych szkieł możliwe jest dokonywanie obliczeń właściwości dowolnie skomponowanych oszkleń za pomocą specjalnych programów komputerowych. Pozwala to w trakcie projektowania budowli dobrać oszklenie odpowiadające wymaganiom inwestora w zakresie przepuszczalności światła, ochrony cieplnej czy ochrony przed szkodliwym promieniowaniem UV. Różnorodność form architektonicznych budynków i budowli, począwszy od budynków mieszkalnych, poprzez kompleksy biurowe aż do ogrodów zimowych powoduje, że spektrum wymagań, jakim odpowiadać powinny nowoczesne oszklenia budowlane w zakresie przepuszczalności energii i światła, jest bardzo zróżnicowane. Szkło laminowane zawierające szkła z powłokami jest obecnie coraz częściej stosowane w oszkleniach budowlanych, dlatego też norma PN-EN 410:2001 została zastąpiona przez normę PN-EN 410:2011 [1]. Dokument ten zawiera obszerny normatywny załącznik B dotyczący procedury wyznaczania charakterystyk spektralnych szkieł laminowanych, w tym również szkieł laminowanych zawierających szkła z powłokami. Możliwe jest więc uzyskanie założonych wartości – na przykład współczynnika przepuszczalności światła i współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego – dzięki informacjom dotyczącym szkieł składowych. Pozwoli to na uzyskanie niezbędnej wiedzy dotyczącej wpływu zastosowanych szkieł z różnymi rodzajami powłok w szkłach laminowanych na świetlne i słoneczne właściwości całych oszkleń.

Zgodnie z normą [1] widmowe właściwości szkieł określa się dla niemal prostopadłego padania promieniowania, stosując rozkład źródła światła D65. Właściwości te są następujące:

  • widmowa przepuszczalność τ (λ) i widmowe odbicie ρ (λ) w zakresie długości fal od 300 nm do 2500 nm;
  • przepuszczalność światła τν i odbicie światła ρν dla źródła światła D65;
  • bezpośrednia przepuszczalność promieniowania słonecznego τe i bezpośrednie odbicie promieniowania słonecznego ρe;
  • całkowita przepuszczalność energii promieniowania słonecznego (współczynnik słoneczny) g;
  • przepuszczalność promieniowania ultrafioletowego TUV;
  • ogólny wskaźnik oddawania barw Ra;
  • całkowity współczynnik zacienienia SC. 

W celu scharakteryzowania oszklenia niezbędne jest określenie głównych parametrów, którymi są τν i g. Pozostałe właściwości stosowane opcjonalnie dostarczają dodatkowych informacji. Na szczególną uwagę zasługuje współczynnik „g”. Solar factor „g” jest stosunkiem całkowitej przepuszczalności energii do padającej energii słonecznej. Energia całkowita to suma energii przenikającej do wnętrza bezpośrednio i energii oddanej przez szkło do wnętrza w następstwie jego nagrzania przez absorpcję energii. Wielkość tego współczynnika określa więc, jaka część promieniowania słonecznego padającego na szkło jest całkowicie przez nie przepuszczana bezpośrednio, jak również pośrednio w wyniku absorpcji z następnym wtórnym przekazaniem w postaci energii cieplnej w kierunku wnętrza [1]. Oznacza to, że na przykład w cieplejszych klimatach preferowane będą szkła o niskich współczynnikach „g”, tj. o obniżonej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego. 

Właściwości przekazywania barw przy przechodzeniu światła przez oszklenie wyrażane są przez ogólny wskaźnik wyrażania barwy Ra. Wskaźnik ten umożliwia przedstawienie oceny ilościowej różnic w kolorze między ośmioma wzorcami barwnymi, oświetlonymi bezpośrednio przez zalecane źródło światła D65 i przy tym samym źródle po przejściu przez oszklenie [1]. Wysoka wartość wskaźnika oddawania barw oznacza, że kolory obiektów widzianych przez przeszklenie będą naturalne i ostre.

(...)

 

Barwa szkła zależy m.in. od rodzaju źródła światła padającego i przechodzącego przez nie. Dlatego też dla określenia barwy szkła istotne znaczenie ma podanie charakterystyki źródła światła. Naturalne światło dzienne charakteryzuje się zróżnicowanym widmem, w zależności od pory dnia, miejsca, pogody i pozostałych czynników, dlatego zdefiniowano standardowe rodzaje światła w odniesieniu do światła dziennego i w oparciu o reprezentatywne, znormalizowane i powtarzalne warunki. Przeważnie dla celów pomiarowych stosuje się umowne, standaryzowane źródła światła oznaczone symbolami A, B, C i D65. Na przykład symbol C oznacza światło emitowane przez ciało czarne w temperaturze 4500oC, odpowiada ono w przybliżeniu światłu słonecznemu, a D65 według CIE odpowiada średniemu oświetleniu dziennemu (niebo zachmurzone) o temperaturze barwy wynoszącej 6500 K. Natomiast symbol A oznacza światło emitowane przez żarówkę wypełnioną gazem, z włóknem wolframowym, o sile światła równym emitowanemu przez ciało czarne w temperaturze 2854 K [2]. 

 

Kiedy promieniowanie słoneczne pada na szkło, to jego część zostaje odbita, część pochłonięta w grubości, natomiast trzecia część zostaje przepuszczona do wnętrza. Wykresy przepuszczalności i odbicia światła dla wszystkich długości fal stanowią krzywe widmowe szkła. Dla danego promieniowania przepuszczalność i odbicie światła zależą od barwy szkła, jego grubości i – w przypadku szkła powlekanego – od rodzaju powłoki.

 

Badania spektrofotometryczne wykonywane są w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie, z zastosowaniem spektrofotometru JV 570 firmy Jasco z kulą całkującą ILN-472. Przykładowe wyniki właściwości spektrofotometrycznych wybranych szkieł laminowanych w porównaniu ze szkłem float 4 mm przedstawiono w tabeli 1. Na rys. 1. pokazano krzywą transmisji i odbicia szkła klejonego o budowie 55.2. Badania wykonywane dla szkła float 4 mm i szkła klejonego o budowie: 33.2, 44.2, 55.2, 66.2, 88.2 wykazały że:

  1.  przepuszczalność światła dla szkła float 4 mm wynosiła 91,0%, dla szkieł klejonych o budowie 33.2 i 44.2. – 90,1%, a dla szkieł klejonych o budowie 55.2 i 66.2 – 89,9%;
  2. odbicie światła dla szkła float 4 mm oraz dla szkieł klejonych o budowie 33.2, 44.2. i 88.2. kształtowało się na podobnym poziomie i wynosiło od 8,2 do 8,4%, natomiast dla szkieł 55.2 i 66.2 było wyższe i wynosiło 8,6-8,7%;
  3. bezpośrednia przepuszczalność promieniowania słonecznego najwyższy poziom osiągnęła dla szkła float 4 mm (88,5%), a dla szkieł klejonych wynosiła od 78,4 do 80,9%;
  4. bezpośrednie odbicie promieniowania słonecznego dla szkła float 4 mm oraz dla szkieł klejonych o budowie 55.2 i 66.2. kształtowało się na podobnym poziomie i wynosiło od 7,9 do 8,0%, a dla szkieł klejonych o budowie 33.2, 44.2 i 88.2 wynosiła od 7,3 do 7,6%;
  5. bezpośrednia absorpcja promieniowania słonecznego najniższy poziom osiągnęła dla szkła float 4 mm – 3,5%, a dla szkieł klejonych wynosiła od 11,1 do 14,3%;
  6. współczynnik wtórnego przekazywania ciepła do wewnątrz – najniższy poziom stwierdzono dla szkła float 4 mm (0,8%), a dla szkieł klejonych wynosiła od 2,6 do 3,4%;
  7. współczynnik słoneczny dla wszystkich badanych szkieł wynosił ponad 80%, najwyższy wynik stwierdzono dla szkła float 4 mm – 89,4%, a najniższy dla szkła klejonego o budowie 44.2 – 81,8%;
  8. przepuszczalność UV dla szkła float 4mm wynosiła 76,3%, a dla szkieł klejonych była bliska 0%;
  9. współczynnik zacienienia najwyższą wartość osiągnął dla szkła float 4 mm (1,03%), natomiast dla szkieł klejonych wynosił od 0,94 do 0,96%;
  10. oddawanie barw dla wszystkich badanych szkieł wynosiło 99%.

 

2014 9 32 1

Tabela 1. Zestawienie wyników badań wartości średnich świetlnych i słonecznych właściwości szkła float 4 mm i szkła klejonego o budowie: 33.2, 44.2, 55.2, 66.2, 88.2.

 

W normatywnym załączniku B normy PN-EN 410:2011 [1] podano procedurę obliczania widmowych właściwości szkła laminowanego. Przedstawiono obliczenia przepuszczalności i refleksyjności po obu stronach dla przypadku, gdy mamy jeden ośrodek pomiędzy dwiema powierzchniami międzyfazowymi oraz gdy mamy dwa ośrodki pomiędzy trzema powierzchniami międzyfazowymi, tj. jak w przypadku szkła laminowanego z powłoką pomiędzy międzywarstwą i jedną z tafli szkła. Przedstawiono obliczenia w przód, tj. całkowitą przepuszczalność i refleksyjność wyznaczoną z przepuszczalności i refleksyjności powierzchni międzyfazowej i wewnętrznej przepuszczalności ośrodka, jak również obliczenia wstecz, tj. przepuszczalność i refleksyjność powierzchni międzyfazowej oraz wewnętrzną przepuszczalność ośrodka, wyznaczone z całkowitej przepuszczalności i refleksyjności lub zmierzonej całkowitej przepuszczalności i refleksyjności układów.

 

2014 9 32 2

Rys. 1. Krzywa transmisji (kolor czarny) i odbicia (kolor czerwony) szkła klejonego o budowie 55.2.

 

 

Podano dokładne wzory do obliczania widmowych parametrów oszklenia pojedynczego, powlekanego lub niepowlekanego, oraz oszklenia laminowanego, gdzie jedna lub wszystkie powierzchnie międzyfazowe są powlekane. Dodatkowo zamieszczono przykłady tych obliczeń. Liczbowe wyniki obliczeń podano do sześciu miejsc po przecinku, ale nie oznacza to, że mają one taki poziom dokładności. Pozwala to jedynie na weryfikację obliczeń. 

 

Zgodnie z załącznikiem B normy PN-EN 410:2011 [1] „układ” oznacza pewną liczbę powierzchni międzyfazowych oddzielonych ośrodkami. Natomiast jako „obowiązujący kierunek” należy rozumieć światło padające od lewej i rozprzestrzeniające się w prawo. Ośrodki i powierzchnie międzyfazowe przedstawione na rysunkach w załączniku B numerowane są od lewej do prawej.

 

Powierzchnie międzyfazowe definiuje się jako powierzchnie charakteryzujące się przepuszczalnością i refleksyjnością po obu stronach. W załączniku stosuje się pewną ilość podstawowych zależności, do których należą: 

  • wewnętrzna przepuszczalność ośrodka o tym samym współczynniku ekstynkcji co kolejny, ale o innej grubości;
  • całkowita przepuszczalność wewnętrzna dwóch graniczących ośrodków o jednakowych współczynnikach załamania;
  • przepuszczalność i odbicie nieabsorbującej powierzchni międzyfazowej.

 

W załączniku B normy PN-EN 410:2011 [1] szczegółowo przedstawiono procedury i przykłady obliczania:

1. dla układu z dwiema powierzchniami międzyfazowymi

  • zcałkowitej przepuszczalności i odbić na podstawie parametrów powierzchni międzyfazowej i ośrodka (układ dwóch powierzchni międzyfazowych odseparowanych jednym ośrodkiem);
  • parametrów powierzchni międzyfazowej i ośrodka na podstawie całkowitej przepuszczalności i refleksyjności, w tym:
    - przepuszczalności wewnętrznej i refleksyjności powierzchni międzyfazowej dla tafli szkła niepowlekanego, oraz
    - parametrów powierzchni międzyfazowej tafli szkła powlekanej na tylko jednej powierzchni międzyfazowej i tam, gdzie parametry drugiej powierzchni międzyfazowej zostały wcześniej określone, a także
    - przepuszczalności wewnętrznej międzywarstwy pomiędzy dwiema taflami szkła

2. dla układu z trzema powierzchniami międzyfazowymi

  • całkowitej przepuszczalności i odbicia od powierzchni międzyfazowych oraz parametrów ośrodka,
  • parametrów powierzchni międzyfazowej oraz ośrodka na podstawie całkowitej przepuszczalności i refleksyjności.

 

Na rysunkach od 2 do 5 przedstawiono przykłady obliczeń wykonanych w oparciu o procedury przedstawione w załączniku B normy PN-EN 410:2011 [1] dla układu z dwiema powierzchniami międzyfazowymi. Do obliczeń wykorzystano wzory i przykłady zamieszczone w normie [1].

Wyniki i obliczenia całkowitej przepuszczalności i odbić na podstawie parametrów powierzchni międzyfazowej i ośrodka dla układu z dwiema powierzchniami międzyfazowymi odseparowanymi jednym ośrodkiem przedstawiono na rys. 2. Na rys. 2 dwie powierzchnie międzyfazowe odseparowane jednym ośrodkiem można zdefiniować za pomocą następujących właściwości:
TT = całkowita przepuszczalność układu, uwzględniająca wewnętrzne wielokrotne odbicia
PT = całkowite odbicie światła padającego z lewej strony układu, uwzględniające wielokrotne wewnętrzne odbicia
P’T = całkowite odbicie światła padającego z prawej strony układu, uwzględniające wielokrotne wewnętrzne odbicia
t1 = przepuszczalność powierzchni międzyfazowej 1 
r1 = refleksyjność powierzchni międzyfazowej 1 dla światła padającego z lewej
r’1 = refleksyjność powierzchni międzyfazowej 1 dla światła padającego z prawej
t2 = przepuszczalność powierzchni międzyfazowej 2 r2 = refleksyjność powierzchni międzyfazowej 2 dla światła padającego z lewej 
r’2 = refleksyjność powierzchni międzyfazowej 2 dla światła padającego z prawej T1 = przepuszczalność wewnętrzna ośrodka 1
d1 = grubość ośrodka 1

Procedurę można zilustrować liczbowym przykładem zamieszczonym w normie [1] oraz na rys. 2. Jeśli: 

t1 = 0,600000, r1 = 0,200000, i r’1 = 0,150000 T1 = 0,940000
t2 = 0,850000, r2 = 0,070000, i r’2 = 0,090000

Całkowita przepuszczalność i odbicia układu są następujące:

T= 0,483889
PT = 0,222475
P’T = 0,186657

 

 

2014 9 33 1

Rys. 2. Wyniki obliczeń całkowitej przepuszczalności i odbić na podstawie parametrów powierzchni międzyfazowej i ośrodka

 

 

Określanie przepuszczalności wewnętrznej i refleksyjności powierzchni międzyfazowej dla tafli szkła niepowlekanego na podstawie całkowitej przepuszczalności i refleksyjności przedstawiono na rys. 3.

 

2014 9 34 1

Rys. 3. Wyniki obliczeń przepuszczalności wewnętrznej i refleksyjności powierzchni międzyfazowej dla tafli szkła niepowlekanego.

 

 

Procedurę można zilustrować liczbowym przykładem przedstawionym w normie [1]. 

 

Jeśli wartości zmierzonej przepuszczalności i odbicia są następujące:

TT = 0,895300
PT = 0,074738

to przepuszczalność wewnętrzna wynosi T1 = 0,970001, a refleksyjność powierzchni międzyfazowych wynosi: r1 = r2 = 0,040000.

 

W oparciu o wzory przedstawione w normie oraz zakładając, że współczynnik załamania określono jako równy 1,52, a całkowita zmierzona przepuszczalność wynosi 0,89, uzyskuje się r1 = 0,042580 i r2 = 0,969270.

 

 

Wyniki obliczeń parametrów powierzchni międzyfazowej tafli szkła powlekanej na tylko jednej powierzchni międzyfazowej i tam, gdzie parametry drugiej powierzchni międzyfazowej zostały wcześniej określone przedstawiono na rys. 4.

 

2014 9 33 2

Rys. 4. Wyniki obliczeń parametrów powierzchni międzyfazowej tafli szkła powlekanej na tylko jednej powierzchni międzyfazowej i tam, gdzie parametry drugiej powierzchni międzyfazowej zostały wcześniej określone

 

 

Jeśli przepuszczalność i refleksyjność powlekanej powierzchni międzyfazowej są nieznane, można je wyznaczyć, pod warunkiem, że wewnętrzną przepuszczalność tafli szkła wcześniej określono na postawie procedury podanej w B.4.2.1 normy [1], a parametry powierzchni międzyfazowej (t2, r2 i r’2) przeciwnej powierzchni międzyfazowej wcześniej wyznaczono albo na postawie procedury wg B.4.2.1 normy [1]. 

Procedurę można zilustrować przykładem liczbowym podanym w normie [1] Jeśli zmierzone wartości całkowitej przepuszczalności i odbić są następujące:

TT = 0,483889
PT = 0,222475
P’T = 0,186657

a wcześniej wyznaczone wartości przepuszczalności wewnętrznej ośrodka oraz wartości przepuszczalności i refleksyjności drugiej powierzchni międzyfazowej są następujące:

T1 = 0,940000
t2 = 0,850000, r2 = 0,070000, i r’2 = 0,090000

to otrzymuje się wyniki:
t1 = 0,600000, r1 = 0,200000, i r’1 = 0,150000

Zakładając, że współczynnik załamania wynosi 1,52 parametr r2 = 0,042580. Natomiast jeśli
τT = 0,640000
ρT = 0,220000
ρ’T = 0,170000

to z równań podanych w normie uzyskuje się następujące wyniki:
t1 = 0,692219
r1 = 0,201085
r’1 = 0,149943

 

Wyniki uzyskane w przypadku określenia przepuszczalności wewnętrznej międzywarstwy pomiędzy dwiema taflami szkła przedstawiono na rys. 5. 

 

2014 9 35 1

Rys. 5. Wyniki obliczeń przepuszczalności wewnętrznej międzywarstwy pomiędzy dwiema taflami szkła.

W przypadku międzywarstwy pomiędzy dwiema taflami szkła powierzchnię międzyfazową międzywarstwa- szkło można pominąć, jako że współczynniki załamania dwóch materiałów są równe, dając przy takiej powierzchni międzyfazowej r = 0 i t = 1. Powierzchnię międzyfazową 1 można traktować jako zewnętrzną powierzchnię międzyfazową pierwszej tafli, a powierzchnię międzyfazową 2 jako zewnętrzną powierzchnię międzyfazową drugiej tafli. Jeśli zmierzona całkowita przepuszczalność wynosi 

 

TT = 0,440312

 

a wcześniej wyznaczone wartości przepuszczalności wewnętrznej tafli szkła oraz wartości przepuszczalności i refleksyjności powierzchni międzyfazowych są następujące:

TG1 = 0,970000
TG2 = 0,960000
t1 = 0,600000, r1 = 0,200000, i r’1 = 0,150000
t2 = 0,850000, r2 = 0,070000, i r’2 = 0,090000

to całkowita przepuszczalność wewnętrzna układu wynosi T1 = 0,856704, co daje TLAM = 0,920000.

 

Podsumowanie

 

Świetlne i słoneczne właściwości oszkleń mogą służyć jako podstawa obliczeń dotyczących oświetlenia, ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń. Pozwalają również porównywać różne typy oszkleń. Wyniki badań spektrofotometrycznych stanowią źródło podstawowych informacji dzięki którym możliwe jest dobranie oszklenia już na etapie projektowania budowli odpowiadającego wymaganiom inwestora w zakresie przepuszczalności światła, ochrony cieplnej, czy ochrony przed szkodliwym promieniowaniem UV. Dzięki metodyce zawartej w normie PN-EN 410:2011 możliwe jest wyznaczenie charakterystyk świetlnych i słonecznych dla różnych kombinacji w zestawach szkła laminowanego zawierającego szkła z powłokami. W załączniku normatywnym B normy PNEN 410:2011 podano dokładne wzory do obliczania widmowych parametrów oszklenia pojedynczego, powlekanego lub niepowlekanego, oraz oszklenia laminowanego, gdzie jedna lub wszystkie powierzchnie międzyfazowe są powlekane.

 

Agnieszka Marczewska
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych
w Krakowie

Anna Balon -Wróbel
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych
w Krakowie

Literatura

[1] PN-EN 410:2011 Szkło w budownictwie. Określenie świetlnych i słonecznych właściwości oszklenia. 
[2] W. Nowotny: Szkła barwne. Wyd. Arkady, Warszawa 1985

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 9/2014

 

 

 

01 chik