Szkło budowlane a właściwości radiacyjne przegród przezroczystych - Część 2

Barwienie szkła w masie
Zabarwienie szyby w masie jest jednym z najstarszych i najłatwiejszych sposobów na zmianę jej charakterystyk radiacyjnych. Wykres na rys. 8 przedstawia zależność przepuszczalności w zakresie promieniowania słonecznego od koloru barwienia szkła w masie. W porównaniu do szyby zwykłej bezbarwnej (Optifloat Clear), każdy rodzaj zabarwienia zdecydowanie obniża transmisyjność danej szyby. Najniższe wartości przepuszczalności w zakresie podczerwieni słonecznej (780÷2500 nm) uzyskują próbki szyb zabarwione na niebiesko (Arctic Blue), co potwierdza ich wysoką skuteczność ochrony przeciwsłonecznej. Równie niską przepuszczalność w tym zakresie mają szyby o zabarwieniu zielonym (Optifloat Green), jednak oferują bardzo dobre przepuszczanie części widzialnej promieniowania (380÷780 nm), najwyższe spośród wszystkich szyb barwionych w masie – do 80% . Dzięki temu jest możliwe długie korzystanie ze światła dziennego. Natomiast, jeśli zależy nam bardziej na ochronie przed nadmiernym światłem dziennym, bardziej niż na ochronie przed przegrzewaniem się budynku, to w takim wypadku widać wyraźną przewagę szyb barwionych w masie na kolor szary (Optifloat Grey) i brązowy (Optifloat Bronze), których przepuszczalność w zakresie widzialnym jest rzędu 45÷60%.

W przypadku analizy promieniowania odbitego od powierzchni próbek szyb o różnym zabarwieniu, przedstawionego na rys. 9, można zauważyć nieduże różnice pomiędzy próbkami – wartości mieszczą się przedziale 4÷8%. Zabarwienie szkła w masie powoduje zmniejszenie ilości odbitego promieniowania. Wiąże się to ze zwiększeniem absorpcyjności „przyciemnionej” szyby. Szyby o zabarwieniu niebieskim (Arctic Blue), wykazują się najniższymi wartościami odbicia, choć w stosunku do szkła bezbarwnego (Optifloat Clear) różnica jest niewiele ponad 2%. W związku z niskimi wartościami transmisji i odbicia, szyby Arctic Blue wykazują się najwyższymi wartościami absorpcji. Podobnie jak w przypadku transmisji, szyby o barwie zielonej uzyskuję niskie wartości odbicia w zakresie podczerwieni słonecznej oraz wysokie wartości w zakresie widzialnym. Szkła o barwie szarej i brązowej plasują się pomiędzy  szkłem bezbarwnym a szkłem o zabarwieniu zielonym i niebieskim.

Powłoki na szkle

Właściwości radiacyjne szyb, a przez co również ich charakterystyki radiacyjne, można istotnie modelować poprzez nałożenie odpowiedniej powłoki na ich powierzchnię.

Powłoka samoczyszcząca, obecna w jednym z analizowanych typów szyb (Activ), nieznacznie zmniejsza transmisję promieniowania słonecznego w zakresie widzialnym w stosunku do szkła zwykłego bezbarwnego (Optifloat Clear), natomiast w zakresie podczerwonym, oba wykresy praktycznie nakładają się na siebie, co przedstawia rys. 10. Natomiast szyby o różnym zabarwieniu szkła w masie z tym samym typem powłoki naniesionym na ich powierzchnię, zachowują podobny przebieg wykresu przepuszczalności w zakresie podczerwonym, natomiast w zakresie widzialnym przebieg wykresu jest głównie wypadkową zabarwienie szkła w masie. Było to zaobserwowane na przykładzie grupy szyb Eclipse Advantage z powłoką refleksyjną. Kształt wykresów dla tej grupy szyb jest bardzo zbliżony, natomiast same różnice w wartościach są związane z zabarwieniem szkła w masie. Najniższymi wartościami przepuszczalności charakteryzowały się szyby o barwie zielonej (Eclipse Advantage Evergreen) i niebieskiej (Eclipse Advantage Arctic Blue)  podobnie jak w przypadku szyb zwykłych barwionych w masie. Szyby o zabarwieniu szarym (Eclipse Advantage Grey), niebiesko-zielonym (Eclipse Advantage Blue-green) oraz brązowym (Eclipse Advantage Bronze) uzyskują wartości transmisji powyżej najniższych, natomiast największe wartości z grupy Eclipse Advantage uzyskiwały szyby bezbarwne (Eclipse Advantage Clear), gdyż tylko obecność powłoki powodowała zmianę przepuszczalności szyby w stosunku do szyby zwykłej bezbarwnej (Optifloat Clear). Szyby z powłoką niskoemisyjną (K Glass, Solar E) również wykazują podobny do siebie kształt przebiegu transmisji, która istotnie maleje wraz ze zwiększaniem długości fali.

Szyby wyposażone w powłoki mają istotnie różniące się od siebie wartości odbicia od strony powłoki oraz od strony przeciwnej, co zwraca szczególną uwagę na ich poprawny montaż w zestawie szyb w oknie. Wykresy rozkładu odbicia promieniowania są przedstawione na rys. 11 – dla pomiarów od strony powłoki – oraz na rys. 12 – dla pomiarów od strony przeciwnej. Praktycznie najwyższymi wartościami odbicia charakteryzowały się szyby z powłoką refleksyjną z grupy szyb Eclipse Advantage, choć w zakresie 1500÷2500 nm jeszcze większymi wartościami odbicia charakteryzowały się szyby Solar E i szyba K Glass z powłoką niskoemisyjną, co pokazano na rys. 11. Pomimo podobnych wartości dla szyb z powłokami refleksyjnymi oraz niskoemisyjnymi, sposób zorientowania powłoki w zestawie szyb jest inny, w związku z  innym ich zastosowaniem. Rolą szyb refleksyjnych jest ograniczenie dostępnej energii słonecznej i zmniejszenie ryzyka przegrzewania się pomieszczeń, w związku z czym powłoka często jest zorientowana na zewnątrz, natomiast szyby niskoemisyjne służą do ograniczenia strat ciepła z pomieszczenia i powłoka jest skierowana do pomieszczenia.

Szyby z powłoką niskoemisyjną (Solar E, K Glass) wykazują się dużymi wahaniami w wartościach odbicia w zakresie widzialnym, natomiast szyba z powłoką niskoemisyjną (Activ) osiąga bardzo wysokie wartości odbicia w zakresie widzialnym bliskim UV, co w obu przypadkach jest związane z obecnością powłok.

W przypadku rozpatrywania odbicia od strony nie pokrytej powłoką, przedstawionego na rys. 12, większość szyb zachowuje się dość podobnie, tak jak w przypadku szyb wyłącznie barwionych w masie. Podsumowując, promieniowanie słoneczne jest najmniej przepuszczane w zakresie:

•300÷420 nm - przez szyby Eclipse Advantage Evergreen,

•420÷560 nm - przez szyby Eclipse Advantage Bronze,

•560÷700 nm - przez szyby Eclipse Advantage Arctic Blue,

•700÷2500 nm - przez szyby Solar E,

a najlepiej przez szyby zwykłe bezbarwne o małej grubości (Optifloat Clear 4 mm). Zastosowanie dowolnej powłoki praktycznie zawsze pogarsza transmisyjność w stosunku do wartości uzyskiwanych przez szkło bezbarwne, natomiast rozkład transmisji w skali długości fali zależy od rodzaju powłoki.

Podsumowanie     

Charakterystyki radiacyjne, które są zazwyczaj podawane w katalogach producentów szkła budowlanego, dają dobry obraz jakościowy co do parametrów danej szyby, czy też zestawu szyb. Pozwalają na porównanie produktów ze sobą, aby ocenić ich cechy i możliwość ich adaptacji w danym budynku. Za pomocą charakterystyk radiacyjnych można zamodelować praktycznie dowolny zestaw szyb w środowiskach symulacyjnych (EnergyPlus®, DesignBuilder®, ESP-r® itp.) w celach symulacji bilansu cieplnego budynków w skali roku i ocenić możliwości wykorzystania danego zestawu szyb do poprawy bilansu cieplnego w skali roku.

Poprawa bilansu cieplnego nie zawsze się musi wiązać ze zmniejszeniem ogólnego zużycia energii, gdyż w przypadku obecności kilku systemów, które są w pewien sposób zależne od dostarczenia energii słonecznej do pomieszczeń (np. system grzewczy, klimatyzacyjny) lub od dostarczenia światła dziennego (np. system oświetleniowy), należy przeanalizować wpływ dobranych charakterystyk radiacyjnych zestawów szyb na elewacji budynku, ponieważ jednostkowe koszty zużycia energii przez poszczególne systemy budynku nie są takie same. Mówiąc inaczej, często bardziej opłaca się dobrze zabezpieczyć przed przegrzewaniem budynku w lecie niż umożliwić wykorzystanie „ciepła słonecznego” w zimie, które wspomaga system grzewczy. Związane jest to z tym, że koszty chłodzenia pomieszczeń są znacznie większe w porównaniu do kosztów ich ogrzewania. Przy okazji należy pamiętać o istotnym wpływie zestawów szyb przeciwsłonecznych na ilość dostarczonego światła dziennego, ponieważ zmniejszenie jego dostępności, może spowodować zaistnienie konieczności doświetlania pomieszczeń światłem sztucznym, co skutkuje dodatkowymi kosztami zużycia energii elektrycznej. Natomiast dostarczenie zbyt dużej ilości światła dziennego może powodować oślepienie użytkowników budynku i być przyczyną dyskomfortu wizualnego.

Pomierzone za pomocą spektrometru właściwości radiacyjne dotyczące transmisji i odbicia, z których to wylicza się współczynniki określające charakterystyki radiacyjne, dają pełny obraz jakościowy, pozwalając na dokładną analizę danego rodzaju szkła budowlanego. Analiza wykresów transmisji i odbicia jednak pozwalają na zrozumienie, jaki wpływ ma grubość szkła, jego zabarwienie w masie oraz zastosowanie różnego rodzaju powłok.  Barwienie szkła w masie wpływa nie tylko na ilość energii słonecznej przepuszczonej przez szybę, ale również na skalę barw oraz natężenie światła dziennego w pomieszczeniu, od czego zależy samopoczucie użytkownika i jego produktywność. Powłoki również dość skutecznie zabezpieczają przed nadmierną ilością przepuszczonej energii słonecznej, jednak zapewniają niższy poziom zabezpieczenia przed nadmiernym światłem, co można skorygować poprzez zabarwienie szkła w masie.

W praktyce inżynierskiej dostatecznie dobre wnioski co do doboru zestawu szyb można wyciągnąć na podstawie ich charakterystyk radiacyjnych. Należy jednak pamiętać, że pomimo tego, że niektóre produkty łączą w sobie kilka cech, to nie ma produktów uniwersalnych i każdy z nich ma pewne zalety, ale również wady, a obecne elewacje, bogato przeszklone i drogie, poza pełnieniem funkcji architektonicznej znacząco wpływają na kształtowanie się parametrów mikroklimatu wnętrza budynku oraz na zużycie energii na cele grzewcze i klimatyzacyjne.

.

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym