Potrzeba podążania w kierunku funkcjonalności nowoczesnych budowlanych przegród staje się coraz wyraźniejsza i prowadzi do poszukiwania nowych rozwiązań. Dzisiaj, fasady powinny spełniać wiele wymogów, czasami częściowo ze sobą sprzecznych.
Powinny zapewnić np. izolację cieplną i akustyczną, dostęp światła naturalnego oraz ochronę przed przegrzewaniem i oślepianiem, ochronę przed wpływami atmosferycznymi i zdolność do przenoszenia obciążeń – wszystko to ma wpływ na aspekty estetyczne, konstrukcyjne i ekonomiczne.
Zintegrowane projektowanie i zapewnienie spełniania wszystkich tych funkcji, nie tylko przynosi nowe wyzwania dla projektantów i architektów, ale też wymaga znalezienia nowych rozwiązań projektowych i zastosowania nowych produktów.
Elementy fasadowe i dachowe wypełnione aerożelem, spełniają te wszystkie wymagania, a jednocześnie oferują serię nowych technicznych możliwości, a szczególnie najwyższą izolacyjność cieplną, niemożliwą dla osiągnięcia w przypadku innych przegród transparentnych.
Własności NANOGEL-u
NANOGEL to nazwa firmowa granulowanego aerożelu, produkowanego przez firmę CABOT. Materiał ten został opracowany by zwiększyć izolacyjność termiczną przegród przeszklonych. Niewiarygodnie lekki aerożel jest produkowany w procesie zol-żel (sol-gel).
Transparentna (przeświecająca) izolacja dostarcza naturalne światło do pomieszczenia, ale nie jest przezroczysta (przezierna), czyli nie widać, co jest na zewnątrz przegrody. |
Firma CABOT opatentowała technologię produkcji tego aerożelu i obróbkę jego powierzchni (aby cząsteczki nie osiadały na dnie przegrody, ale tworzyły trwałą, przestrzenną, porowatą strukturę).
Nowe, transparentne elementy fasadowe oferują optymalną sprawność energetyczną i maksymalne wykorzystanie światła dziennego. Przegrody takie nie tylko zapewniają najwyższą izolację termiczną, optymalną dystrybucję światła naturalnego (równomiernie rozproszonego w całym pomieszczeniu) z ochroną przed oślepianiem, jak również podwyższoną izolację akustyczną, ale również nowe efekty estetyczne. Fasady zaprojektowane z tymi transparentnymi elementami mają charakterystycznie białe, jednorodne powierzchnie. Zależnie od budowy szyby zespolonej współczynnik Ug może osiągnąć nawet wartość mniejszą od 0,3 W/(m2K). Transmisja światła i izolacyjność cieplna mogą być zagwarantowane stosownie do wymagań projektu obiektu. |
Nanoporowate cząsteczki granulatu o średnicy od 0,5 do 4 mm, składają się głównie tlenku krzemu Si02, podstawowego składnika piasku i szkła. NANOGEL odznacza się natomiast 97% zawartością powietrza i minimalną wagą 60-80 kg/m3 (gęstość nasypowa) – gęstość w przegrodach dochodzi do 90 g/l (90 kg/m3). Dzięki temu NANOGEL zalicza się do najlżejszych materiałów i najlepiej izolujących termicznie. Niska przewodność cieplna (λ=0.018 W/m K) sprawia, że izolacyjność cieplna przegród jest znacznie zwiększana (współczynnik U osiąga wartość 0,25 W/m2K przy warstwie aerożelu grubości 7 cm). Porowata struktura powoduje też zmniejszenie szybkości rozchodzenia się dźwięku (do 100 m/sec w porównaniu do 340 m/sec w powietrzu) – w ten sposób zmniejszając hałas (nawet o 5 dB). Charakterystyczna jest powierzchnia hyrofobowa i odporność na stałe oddziaływanie wilgoci i pleśnienie.
Technika zol-żel polega na syntezie żelu z substratów będących związkami ulegającymi kontrolowanej hydrolizie oraz kondensacji.
|
NANOGEL odznacza się niezwykle wysoką izolacją termiczną i akustyczną, w połączeniu z wysoką transmisją (przepuszczalnością) światła (do 80% przez 1 cm aerożelu) i równomiernym rozproszeniem przechodzącego światła. Te zalety oferują nowe możliwości projektowe architektom, którzy chcą połączyć dobre oświetlenie pomieszczeń z efektywnością energetyczną.
Dzięki mikroporowatej strukturze i małej zawartości cząstek stałych przewodność cieplna jest minimalna - NANOGEL ma przestrzenną strukturę kratownicową z bardzo małymi porami o średnicy średnio 20 nm.
Cząsteczki gazu są zamknięte w tych porach, zmniejszając ich możliwość przemieszczania się i przewodzenia ciepła w wyniku kontaktu między nimi W wyniku tego przewodzenie cieplne w fazie gazowej jest skutecznie ograniczone, a dodatkowo drastycznie zmniejszone jest również przenoszenie dźwięku.
NANOGEL jest rodziną hydrofobowych, krzemionkowych aerożeli, które są dostarczane w postaci granulatu o średnicy od kilku mikronów do 4 mm, zależnie od specyficznych wymagań aplikacji. Zawiera ok. 97% powietrza, jest wkładany do przestrzeni między taflami oszklenia i układany tak, aby uniknąć osiadania. Charakteryzuje się gęstością 90kg/m3, czyli 90 g/litr. Znacznie polepsza izolacyjność termiczną (Ug nawet poniżej 0,3 W/m2K) i akustycznŕ (nawet o 5 dB). NANOGEL znacznie zwiększa możliwość rozprzestrzeniania światła w połączeniu z następującymi materiałami używanymi do konstruowania transparentnych elementów budynków: płyty z żywicy poliestrowej wzmocnionej włóknem szklanym, kanalikowych paneli poliwęglanowych, przegród ze szkła profilowanego (tzw. kształtki „U”), szyb zespolonych ze szkła płaskiego lub giętego. |
OKAGEL – elementy fasadowe
By zapewnić odpowiednie właściwości fizyczne fasady, używane są izolujące szyby zespolone wypełnione powietrzem lub gazami szlachetnymi. Specjalne materiały wypełniające przestrzeń miedzyszybową, jak zintegrowane żaluzje czy rolety, czy też izolacyjne panele próżniowe, są często niewystarczającym kompromisem odnośnie wymagań skutecznej izolacji termicznej, wysokiej transmisji naturalnego światła i współczynnikiem zacienienia (odpowiedzialnym za ochronę przed oślepianiem ostrymi promieniami słońca i ochronę przed przegrzewaniem pomieszczeń w lecie).
Transparentne elementy fasadowe OKAGEL firmy OKALUX, wypełnione NANOGELem są nową klasą izolacyjnych szyb zespolonych (rys. 2). Ten system może spełnić jednocześnie różnorodne wymagania. Produkcja i transport elementów wypełnionych wysokoporowatym granulatem wymaga nowych technologii produkcji szyb zespolonych.
Przestrzeń międzyszybowa jest wypełniana w stale kontrolowanym i nieprzerwanym procesie, w celu osiągnięcia transparentnych elementów fasadowych o jednolitym wyglądzie i identycznych parametrach technicznych.
Dodatkowo na granulat w trakcie wypełniania szyby jest wywierane stałe ciśnienie - granulat jest wstępnie „sprężony” i odpowiednio „pracuje” w trakcie ewentualnych odkształceń objętościowych szyby zespolonej - aby uniknąć niekontrolowanego osiadania w trakcie użytkowania i zagwarantować stałe własności fizyczne fasady przez długi okres czasu. NANOGEL wykazuje również odporność na działanie promieni UV – elementy zachowuję więc swój estetyczny jednolity biały wygląd bez jakichkolwiek przebarwień.
Własności szyb zespolonych OKAGEL
Przepuszczalność światła i energii słonecznej przez elementy OKAGEL mogą być zaprojektowana tak, aby spełnić określone indywidualnie wymagania.
Różna budowa szyby zespolonej i odpowiednia kombinacja powłok na szkle mogą umożliwić otrzymanie szyby zespolonej jednokomorowej o współczynniku przenikania ciepła Ug nawet mniejszym od wartości 0,3 W/(m/K) – co oferuje zupełnie nowy zakres ich stosowania (rys. 3a).
Izolujące własności szyby nie zmieniają się nawet wówczas, gdy zostaną zainstalowane poziomo, np. jako świetliki dachowe. Cieplna izolacyjność standardowej szyby zespolonej zmniejsza się w takim położeniu znacząco, w wyniku wzrastającej konwekcji, zależnej od kąta pochylenia szyby (rys. 3b, 3c).
Potencjalne miejsca stosowania - przemysłowe świetliki, - biurowce, centra handlowe i hotele, - szkoły i muzea, - ogrody zimowe i prywatne rezydencje, - centra sportowe i wypoczynkowe, baseny, - fasady przeszklone i ściany kurtynowe, - specjalne projekty, takie jak dworce kolejowe, lotniska, itd. |
Elementy fasadowe OKAGEL, z przeświecającym wypełnieniem NANOGEL, zapewniają równomierne rozproszenie przechodzącego przez nie światła – co daje doskonałe oświetlenie pomieszczeń. Nie występują, tak jak w normalnych szybach zespolonych, dwie strefy: bezpośrednio nasłoneczniona, gdzie światło słoneczne może oślepiać użytkowników i strefa zacieniona, gdzie może występować niedoświetlenie (rys. 4). Wtórna transmisja energii cieplnej przez radiację podczerwieni jest bardzo niska, ponieważ cząsteczki NANOGELU są oddzielone od siebie i doskonale odbijają światło - więc nie ogrzewają się pod wpływem padania na nie promieni słonecznych.
Przykładowe zastosowanie
Elementy fasady napełnione przeświecającymi aerożelami mogą być stosowane zarówno w obiektach budowanych, jak i modernizowanych. Aerożelem mogą być także wypełnione komorowe płyty poliwęglanowe. System taki został użyty w projekcie modernizacji „Rue de Marcadet” by zmniejszyć przewodnictwo cieplne fasady z 2,59 W/(m2K) do 0,29 W/(m2K).
Inną, obiecującą aplikacją jest modernizacja starych świetlików dachowych z płyt poliestrowych w budynkach przemysłowych, po której koszty ogrzewania, jak również chłodzenia (przy stosowaniu klimatyzacji) zostały zmniejszone zasadniczo w wyniku uzyskania doskonałej izolacji termicznej. Ponadto, naturalne światło dzienne może być używane skutecznie i bez jakiegokolwiek niepokojącego oślepiania Wygodne oświetlenie i oszczędności w ogrzewaniu zostały osiągnięte, a oślepianie zbyt intensywnym światłem zredukowane. W wyniku tego jakość produkcji w oświetlonych halach wzrosła, a koszty ogrzewania, klimatyzacji i sztucznego oświetlenia zmalały.
Systemy o wysokiej izolacyjności termicznej będą jeszcze bardziej ważne w przyszłości. Bardziej restrykcyjne przepisy dotyczące oszczędzania energii oraz ochrony przed zbyt negatywnym wpływem na środowisko, mogą spowodować wzmożone badania, poszukiwania nowych rozwiązań, a w ich wyniku przyspieszyć rozwój sektora transparentnych izolacji cieplnych. Tradycyjny sposób szklenia jako pojedynczych okien w murowanych ścianach, może być zastąpiony przez wielkopowierzchniowe transparentne przegrody o wysokiej izolacyjności termicznej. Architekci i projektanci otrzymają nowe możliwości projektowania i konstruowania budynków, a inwestorzy będą mieli zapewniony zwiększony komfort użytkowania pomieszczeń.
(na podstawie materiałów firm CABOT i OKALUX)
patrz też:
- Niezwykłe szyby zespolone , Robert Sienkiewicz, Świat Szkła 2/2010
- Izolacyjne struktury transparentne , Adam Ujma, Świat Szkła 10/2009
- Właściwości i funkcjonowanie izolacji transparentnych , Adam Ujma, Świat Szkła 5/2008
- Szyby z zastosowaniem aerożeli , Tadeusz Michałowski , Świat Szkła 2/2008