LiSEC SS Konfig 480x120

  

 ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Emisyjność a szkła powlekane niskoemisyjne Część 2
Data dodania: 11.12.13

 

Ze względu na możliwość stosowania różnorodnych kombinacji podłoży szklanych zarówno bezbarwnych, jak i barwnych oraz powłok o różnym zabarwieniu i charakterystykach optycznych, oferta rynkowa szkieł z powłokami jest szczególnie bogata i stwarza szerokie możliwości doboru oszkleń do charakteru budynku i potrzeb użytkowników.

 

Szkła z powłokami niskoemisyjnymi, oprócz budownictwa, mają też wiele innych zastosowań, m.in. w motoryzacji (szyby anty-mgielne, anty-oblodzeniowe, grzejne i poprawiające komfort termiczny), w przemyśle rolnym (cieplarnie), w zaawansowanych oszkleniach oraz urządzeniach elektronicznych, optoelektronicznych i fotowoltaicznych.

 

Podstawy uproszczonej procedury oraz sposób pomiaru emisyjności szkieł z powłokami według normy PN-EN 12 898

 

Podstawy wyznaczania emisyjności drogą pomiaru spektralnego odbicia

Dokładne badania zależności wartości emisyjności od czynników warunkujących prawidłowość pomiarów, przeprowadzone przez międzynarodowe instytucje zarówno dla oszkleń pojedynczych, jak i wieloszybowych, w tym dla układów powłok o różnym składzie i konfiguracji pozwoliły znacznie uprościć procedury pomiarowe [2-5,8].

 

W szczególności, badania te wykazały, że skomplikowane i trudne do wykonywania w warunkach przemysłowych kalorymetryczne pomiary emisyjności można zastąpić pomiarem zależności odbicia kierunkowego przy odpowiednim, stałym kącie padania promieniowania (możliwie normalnym), tj. takim, który pozwala ograniczyć do minimum niekorzystny wpływ zjawiska polaryzacji.

 

W wyniku tych badań ustalono także, że pomiary normalnego odbicia, tj. przy możliwie zbliżonym do normalnego kącie padania wiązki promieniowania, mogą być wykonywane z użyciem laboratoryjnych spektrometrów.

 

Procedura pomiaru jest na tyle nieskomplikowana, że mogą one stanowić wyposażenie pomiarowe laboratoriów przemysłowych producentów szkła. W przypadku szkła powlekanego płaskiego o gładkiej powierzchni, w odbiciu może być pominięty udział promieniowania rozproszonego.

 

Dzięki temu możliwe jest sprowadzenie obliczeń do powtarzania prostych przybliżeń (drogą aproksymacji) pozwalających obliczać komputerowo zarówno emisyjność hemisferyczną, jak i skorygowaną, z wartości zmierzonej przy normalnym padaniu promieniowania z zastosowaniem współczynnika multiplikatywnego (mnożącego) związanego zależnością funkcyjną z emisyjnością normalną.

 

Tego rodzaju procedura, przyjęta w szeregu norm przedmiotowych, jest oparta na przesłankach teoretycznych, zgodnie z którymi w każdym zakresie emisyjności normalnej, spełniony jest założony charakter zależności emisyjności kątowej.

 

Przewagę metody spektrometrycznej nad kalorymetryczną stanowi możliwość jednorazowego wyznaczenia dokładnej krzywej odbiciowej, na podstawie której emisyjność może być następnie obliczana komputerowo dla różnych zakresów temperaturowych. Spektrometry dalekiej podczerwieni na ogół mają zakres długości fal dochodzący do 50-55 μm, stąd zakres pomiarowy przyjęto do 50 μm.

 

Pomiar normalnego odbicia widmowego wykonywany jest z użyciem specjalnej przystawki odbiciowej, sytuowanej w komorze próbek aparatu. W skład tego rodzaju przystawki wchodzi komplet luster odpowiednio odchylających wiązkę promieniowania, ustawionych w porządku geometrycznym umożliwiającym wiązce promieniowania osiągnięcie detektora przy kącie możliwie najmniejszym (poniżej 6-10°, zależnie od geometrii przystawki odbiciowej), tj. po odbiciu najbardziej zbliżonym do normalnego (zwierciadlanego przy ok. 90°), w celu minimalizacji efektu polaryzacji. W celu zmniejszenia rozpiętości i winietowania wiązki promieniowania, spowodowanych zwiększeniem długości drogi optycznej i rozbieżnością wiązki, w skład układu pomiarowego wchodzą też lustra skupiające.

 

Próbki i lustro referencyjne są mierzone w aparacie i dane są zapisywane przez program w pamięci komputera, a następnie, na podstawie znanych wartości dla lustra referencyjnego, obliczana jest emisyjność normalna i skorygowana dla badanej próbki. Odbicie spektralne próbki jest mierzone w odniesieniu do charakterystyki odbiciowej uzyskanej dla lustra referencyjnego, które stanowi kalibrowany standard.

 

Zwykle wysoko refleksyjną warstwę lustra stanowi powłoka ze srebra, złota lub aluminium. Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej CIE, lustra referencyjne powinny spełniać wiele wymogów, m. in. widmo odbiciowe lustra powinno mieć regularny wyrównany przebieg, a powierzchnia lustra powinna być wystarczająco odporna mechanicznie i chemicznie. Ponadto lustra wymagają odpowiednich warunków przechowywania, nie powinny być narażone na dotyk, wpływ czynników atmosferycznych, itp.

 

Definicje, wymagania i sposób pomiaru według normy PN-EN 12 898

Sposób określania emisyjności w temperaturze pokojowej, dla powierzchni szkła, zarówno powlekanego jak i bez powłok, określa europejska norma PN-EN 12 898: Szkło w budownictwie.

 

Zgodnie z wcześniej omówionymi podstawami teoretycznymi, normatywne procedury pomiarowe odnoszą się tylko do szkła płaskiego (o powierzchniach płasko równoległych), o gładkiej, nierozpraszającej (nie teksturowanej i nie wzorzystej) powierzchni, oraz nieprzezroczystych (nieprzepuszczalnych) dla dalekiej podczerwieni.

 

Procedura pomiarowa obejmuje zakres długości fal promieniowania podczerwonego od 5,5 μm do 50 μm i dotyczy określenia emisyjności, jako stosunku ilości energii wyemitowanej przez daną powierzchnię w określonej temperaturze do ilości energii emitowanej przez ciało czarne (tzw. doskonały emiter, dla którego zarówno emisyjność normalna jak i skorygowana wynosi 1,0) o tej samej temperaturze.

 

 

(...)

 

Norma PN-EN 12 898 podaje niezbędne definicje i określenia (w niektórych przypadkach, do normatywnych dodano określenia stosowane w niniejszym artykule, aby uwzględnić niejednolitości określeń spowodowanych tłumaczeniem normy na język polski), w tym:
- prawidłowego, tj. zwierciadlanego (możliwie normalnego) współczynnika odbicia (nie uwzględniającego promieniowania rozproszonego wskutek niedoskonałości powierzchni), zgodnego z geometrycznym układem zastosowanym w przystawce odbiciowej;
- współczynnika odbicia rozproszonego (nie uwzględniający jako składowej, prawidłowego, tj. zwierciadlanego – możliwie normalnego – odbicia);
- współczynnika odbicia hemisferycznego, określanego jako sumę współczynników odbicia prawidłowego, tj. zwierciadlanego (możliwie normalnego) i odbicia rozproszonego;
- lustra wzorcowego, tj. powierzchni zwierciadlanej, dla którego widmowy współczynnik prawidłowego, tj. zwierciadlanego (możliwie normalnego) odbicia, jest możliwy do ustalenia w stosunku do standardowego materiału referencyjnego certyfikowanego przez odpowiednie laboratorium metrologiczne.
- nieprzezroczystego dla podczerwieni składnika oszklenia, tj. takiego składnika, dla którego zmierzony spektrometrycznie w temperaturze 283K całkowity normalny współczynnik przepuszczalności jest ≤ 0,05.


Procedura postępowania przy określaniu emisyjności obejmuje:
- pomiar widmowego prawidłowego, tj. zwierciadlanego współczynnika odbicia przy możliwie zbliżonym do normalnego padaniu promieniowania Rn(λ), wykonany przy użyciu spektrometru o zakresie 5-50 μm;
- obliczenie całkowitego normalnego współczynnika odbicia Rn dla temperatury 283K, przez zastosowanie procedury całkowania dla odpowiednich zmierzonych spektrometrycznie wartości widmowego współczynnika odbicia;
- obliczenie normalnej emisyjności εn, z całkowitego normalnego współczynnika odbicia, sposobem opisanym w PN-EN 12 898, rozdz. 6;
- obliczenie skorygowanej emisyjności ε, jako iloczynu normalnej emisyjności εn i odpowiedniego współczynnika korekcji, ε/εn, uwzględniającego wpływ rozkładu kątowego emisyjności w obliczeniach przenikania ciepła przez oszklenie (praktycznie, emisyjność skorygowana uwzględnia wymianę ciepła przez promieniowanie w szybie zespolonej);

 

 

 

 2013-11-39-1

Rys. 5. Wynik pomiarów odbicia promieniowania podczerwonego metodą spektrometryczną według normy PN-EN 12 898 (a) i wyniki oznaczenia emisyjności normalnej i skorygowanej (b) dla szkła niskoemisyjnego Planitherm One (firmy SAINT-GOBAIN) z powłoką miękką, naniesioną magnetronowo.

 

 


Emisyjności normalna εn i skorygowana ε, stanowią emisyjność całkowitą, określoną dla temperatury 283K, jako wynik całkowania w odpowiednim zakresie widmowym, stosując funkcję Plancka dla promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze 283K jako funkcję ważoną.

 


Całkowity normalny współczynnik odbicia Rn (w temperaturze 283K) określa się z krzywej widmowego współczynnika odbicia. Należy w tym celu obliczyć średnią matematyczną z wyników pomiarów widmowego współczynnika odbicia Rn(λ), uzyskanych dla 30 długości fal (λi), wybranych ze środka przedziałów długości fal, dla których funkcja energii promieniowania Plancka w odniesieniu do ciała czarnego w 283K jest stała.

 

Długości tych fal, podobnie jak inne dane do podstawiania we wzorach do obliczania podane są w formie tabelarycznej w normie.

 

 

2013-11-39-2

Całkowitą emisyjność normalną w 283K określa zależność

 

2013-11-39-3


Całkowitą emisyjność skorygowaną ε, oblicza się jako iloczyn określonej całkowitej emisyjności normalnej ε n i współczynnika korekcji ε/εn. Podany w normie zakres wielkości współczynników korekcji (1,22-0,94) odpowiada, odpowiednio wartości całkowitej normalnej emisyjności εn, z zakresu od 0,03-0,89, przy czym druga i trzecia z podanych wartości to, odpowiednio 0,05 i 0,1 a następne zmieniają się o 0,1 i ostatnią wartość stanowi 0,89.

 

Wystarczająco dokładne wartości pośrednie można uzyskać przez liniową interpolację lub ekstrapolację. Obecnie problem ten skutecznie rozwiązują odpowiednie programy komputerowe do określania emisyjności szkła, zarówno normalnej jak i skorygowanej.


Możliwe jest także określanie całkowitego normalnego współczynnika przepuszczalności w temperaturze 283K, obliczając średnią matematyczną z wyników pomiarów widmowego współczynnika przepuszczalności Tn(λ), uzyskanych dla tych samych 30 długości fal (λ i), jak w przypadku obliczania całkowitego normalnego współczynnika odbicia.

 

2013-11-39-4


Dla szkieł innych niż krzemianowe sodowo-wapniowe, borokrzemianowe lub tworzywa szklano-krystaliczne, współczynniki obliczeniowe ujęte w normie w formie tabelarycznej należy stosować ostrożnie, gdyż zostały one wyznaczone w wyniku pomiarów szkieł budowlanych powszechnie dostępnych komercyjnie i dla innych rodzajów szkieł, zwłaszcza specjalnych mogą okazać się konieczne dokładne pomiary sprawdzające a nawet wykonanie pomiarów metodą kalorymetryczną.

 

Z praktyki pomiarów ustalono, że dla szkieł o gładkich powierzchniach, jak np. szkło float powlekane i nie powlekane współczynnik odbicia rozproszonego jest na tyle niewielki, że nie zachodzi potrzeba jego określania.

 


Na rys. 5 pokazano przykładowy wynik pomiarów odbicia promieniowania podczerwonego metodą spektrometryczną, zgodnie z normą PN-EN 12898 i PN-EN 673 – krzywa wykreślona przez połączenie wartości odbicia zmierzonych dla długości fal promieniowania określonych w w/w normach.

 

Wynik dotyczy szkła Planitherm One (firmy SAINT-GOBAIN) z powłoką miękką, które zastosowane w szybach zespolonych, pozwala uzyskać współczynnik przenikania ciepła U na poziomie 1,0 [W/m2K]. Pomiaru dokonano w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych – Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie, z użyciem spektrometru dalekiej podczerwieni (Specord M80, C. Zeiss, Jena) z przystawką do pomiaru odbicia przy kącie padania promieniowania zbliżonym do normalnego (rok pomiaru: 2008).


Podsumowanie
Emisyjność szkła stanowi ważną właściwość, określającą wymianę ciepła przez promieniowanie powierzchni szyb w oszkleniu. Znajomość emisyjności szkła jest niezbędna dla określenia współczynnika całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego „g” (solar factor) oraz współczynnika przenikania ciepła U [W/m2K].

 

Należy przy tym brać pod uwagę, że zgodnie z wcześniej omówionymi podstawami teoretycznymi, normatywne procedury odnoszą się tylko do szkła płaskiego o gładkiej, nierozpraszającej światła powierzchni, oraz nie przezroczystych la dalekiej podczerwieni.


Aktualnie, sposób określania emisyjności w temperaturze pokojowej powierzchni szkła, zarówno powlekanego jak i bez powłok określa europejska norma PN-EN 12 898: Szkło w budownictwie. Określenie emisyjności.


Najbardziej powszechne zastosowanie szkieł z powłokami niskoemisyjnymi stanowi budownictwo. Zastosowanie szkła z powłoką niskoemisyjną pozwala znacznie poprawić izolacyjność termiczną oszklenia.

 

Ogólnie, oprócz oszczędności energii, do zalet i korzyści ze stosowania szkieł niskoemisyjnych zalicza się poprawę komfortu użytkowania budynku, efekt „ciepłej szyby” i lepsze wykorzystanie przyokiennych stref pomieszczeń, ograniczenie zjawiska kondensacji wilgoci, możliwość łączenia wysokiej przepuszczalności światła z ochroną przeciwsłoneczną, możliwość oddawania naturalnego koloru światła słonecznego, z równoczesną ochroną przed nadmiernym blaskiem i jaskrawością promieniowania słonecznego, możliwość łączenia z różnymi rodzajami podłoży dla addytywnego wykorzystania właściwości optycznych, w tym uzyskania właściwości przeciwsłonecznych, efektów barwnych, możliwości dalszego przetwórstwa, zwłaszcza szkieł z powłokami twardymi, w celu uzyskania nowych wyrobów i funkcji oszkleń, i inne.


Konieczność stosowania szkieł niskoemisyjnych w oszkleniach wiąże się też z nowym podejściem do bilansu energetycznego budynków, które wprowadziła zaimplementowana do polskiego Prawa budowlanego Dyrektywa 2002/91/EC w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (2002/91/EC: Directive on the Energy Performance of Buildings), uwzględniająca właściwości termoizolacyjne oszkleń.


Podstawę opracowania Dyrektywy 2002/91/EC stanowiła wysoka, sięgająca 40% i ciągle rosnąca konsumpcja energii na utrzymanie budynków, co przekłada się bezpośrednio na znaczne zwiększenie emisji dwutlenku węgla, podczas gdy Protokół z Kioto zobowiązuje do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Oszklenia jako elementy budowlane mają istotny udział w ogólnym bilansie energetycznym budynków.


Stanowią źródło naturalnego oświetlenia i mogą przekazywać energię cieplną promieniowania słonecznego, lecz mogą być też powodem znacznych strat energii cieplnej z wnętrza budynku do otoczenia.


W związku z tym w wielu krajach oszklenia zalicza się do wyrobów budowlanych podlegających obowiązkowemu etykietowaniu energetycznego. W krajach Unii Europejskiej obowiązek ten nakłada Dyrektywa 2010/30/UE z 19 maja 2010 r. (Directive 2010/30/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the indication by labeling and standard product information of the consumption of energy and other resources by energy-related products).


Według postanowień tej Dyrektywy, oznaczanie produktów budowlanych, w tym szkieł i wyrobów szklanych przetworzonych przeznaczonych na oszklenia opiera się na systemie stosowanym już dla wyrobów ogólnie określanych jako sprzęt AGD, gdzie litera A i kolor zielony odpowiadają urządzeniom najbardziej energooszczędnym, a kolejne litery alfabetu i barwy aż do G i barwy czerwonej oznaczają coraz mniejszy stopień energooszczędności.

 

Przykład etykiety wyrobu z oznaczeniem klasy energooszczędności (wydanej przez firmę Senator Windows Limited) pokazano na rys. 6.


Objęcie wszystkich wyrobów mających udział w ogólnym bilansie energii, jednolitym systemem etykietowania energetycznego pełni istotną rolę informacyjną dla potencjalnych nabywców i użytkowników.


Z kolei dla producentów wyrobów i budownictwa system ten stanowi istotny bodziec zmuszający do ciągłej poprawy energooszczędności i efektywności energetycznej wyrobów. Etykiety określające energooszczędność wyrobów szklanych będą wykorzystywane przy sporządzaniu certyfikatów energetycznych, zawierających podstawowe dane budynku oraz graficznie przedstawioną klasę energetyczną i wszystkie dane będące podstawą obliczeń, jak informacje o zapotrzebowaniu na energię w rozbiciu na poszczególne media, w tym ogrzewanie, wentylację, klimatyzację, oświetlenie, ciepłą wodę użytkową, itp. W dokumentach tych będą też zawarte wskazania odnośnie możliwości obniżenia zużycia energii.


Określenie samej emisyjności nie stanowi jeszcze pełnej charakterystyki szkła z powłoką niskoemisyjną.


Drugi parametr dopełniający tę charakterystykę stanowi współczynnik całkowitej przepuszczalności energii słonecznej g, który uwzględnia tę część promieniowania słonecznego, która jest przepuszczana do wnętrza pomieszczenia i może stanowić korzystny lub zbędny składnik bilansu energetycznego zależnie od warunków temperaturowych i wymagań użytkowników.


Podobnie, dla prawidłowej oceny właściwości oszklenia, oprócz wartości U należy uwzględniać także wartość współczynnika g.


Znajomość tych parametrów pozwala dopasować właściwości oszkleń do warunków klimatycznych, usytuowania i przeznaczenia budynku, itp. Ogólnie:
- w cieplejszych klimatach, gdzie w utrzymaniu budynków dominuje zużycie energii na klimatyzację pomieszczeń, w oszkleniach preferowane są szkła o właściwościach przeciwsłonecznych, zmniejszające wpływ słonecznego promieniowania cieplnego;
- w klimatach chłodniejszych, preferowane są oszklenia przepuszczające cieplną część promieniowania słonecznego, zmniejszające ogólne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania budynków;
- w klimacie umiarkowanym i klimatach mieszanych,idealne rozwiązanie stanowi wysoka przepuszczalność ciepła promieniowania słonecznego zimą i możliwie niska latem, tj. oszklenia niskoemisyjne (low-E) o wysokim współczynniku g;
- zwykłe oszklenia przeciwsłoneczne o niskich wartościach współczynnika g mają stałe właściwości w zakresie przepuszczalności energii słonecznej i w warunkach zimowych nie pozwalają na uzyskanie oszczędności energii na ogrzewaniu budynków.

 

dr inż. Elżbieta Żelazowska
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie

 

Literatura i inne referencje
[1] L. Michalski, K. Eckersdorf, Pomiary temperatury. Wyd. 3 (zmienione), Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1986.
[2] F. Geotti-Bianchini, J. Lohrengel, Glastechn. Ber., 62 (1989), 9, 312-319.
[3] H. Rawson, Glastechn. Ber., 62 (1989), 5, 167-174.
[4] P. Polato, F. Geotti-Bianchini, P. Segato, Glass Technol., 27 (1986), 2, 55-59.
[5] F. Nicoletti, F. Geotti-Bianchini, P. Polato, Glastechn. Ber., 61 (1988), 5, 127-139.
[6] M. A. Ordal, L. L. Long, R. J. Bell et all, Appl. Optics, 22 (1983), 7, 1099-1119. [13] M. Rubin, Sol. Energy Mater., 12 (1985), 275-288.
[7] A. Zausznica, Nauka o barwie. PWN, Warszawa, 1959.
[8] J. Lohrengel, M. Rasper, F. Geotti-Bianchini, L. De Riu, Glastechn. Ber., 69 (1996), 3, 64-74.


Normy powołane i związane:
– PN-EN 674: Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła „U”. Metoda osłoniętej płyty grzejnej.
– PN-EN 673: Szkło w budownictwie. Określenie współczynnika przenikania ciepła „U”. Metoda obliczeniowa.
– PN-EN 1096-2: Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Część 2: Wymagania i metody badania powłok kategorii A, B i S.
– PN-EN 1096-3: Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Część 3: Wymagania i metody badania powłok kategorii C i D.
– PN-EN 1096-1: Szkło w budownictwie. Szkło powlekane. Część 1: Definicje i klasyfikacja.
– PN-EN 410: Szkło w budownictwie. Określenie świetlnych i słonecznych właściwości oszklenia.
– PN-EN 12 898: Szkło w budownictwie. Określenie emisyjności.


/-/ strony WWW z materiałami informacyjnymi i broszury dla
szkieł powlekanych firm: PILKINGTON, GUARDIAN, SAINT-GOBAIN, AGC, PPG i innych.

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacj: Świat Szkła 11/2013

 

 

 

 

01 chik
01 chik