Aktualne wydanie

2020 05 okladka

Świat Szkła 05/2020

User Menu

 20191104-V1-BANNER-160x600-POL

 20200212a-SWIAT-SZKLA-HALIO-160X600-V3

  

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

okladka Dom inteligentny 22

(w opracowaniu) 

 dom bez barier okladka

gotowy

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 

 Baner 2

Powłoka z ETFE – osłona przeciwsłoneczna do zastosowań architektonicznych Część 1
Data dodania: 22.02.20

W 1982 r. ukończono budowę pierwszego budynku z systemem folii ETFE (tetrafluoroetylen etylenu) dla Burger’s Zoo w Arnhem, w Holandii. Jedną z głównych cech ETFE jest wysoka przezroczystość w całym spektrum słonecznym, od światła UV (280-380 nm), poprzez światło widzialne (380-780 nm) do promieniowania bliskiej podczerwieni (780-3000 nm).

 

2020 02 26 1

 Rys. 1. Struktura chemiczna etylotetrafluoroetylenu [3]

 

Te własności idealnie nadają się do zapewnienia wzrostu roślin, powodując transmisję prawie 90% fotosyntetycznie aktywnego promieniowania (photosynthetically active radiation – PAR). W przypadku siedlisk ludzkich wysoka prędkość transmisji szerokopasmowego promieniowania słonecznego może doprowadzić do nagrzania obszarów wewnętrznych, zwiększając w ten sposób zużycie energii wymaganej do klimatyzacji.

 

W celu zwiększenia komfortu użytkownika i zmniejszenia kosztów chłodzenia folie muszą być specjalnie obrobione lub pokryte specjalną powłoka. Folie ETFE mają niską energię powierzchniową (23 mN/m), która zapewnia małą przyczepność powierzchni, oferując korzyści w zakresie konserwacji dzięki efektom samoczyszczenia, ale stanowiąc poważne wyzwanie dla projektowania i nakładania stabilnych powłok.

 

 2020 02 26 2

Rys. 2. Schemat trójwarstwowego panelu elewacyjnego Texlon® ETFE

 

Dodatkowo, po zainstalowaniu jako system okładzin fasady, folie ETFE ulegają znacznym odkształceniom eksploatacyjnym, zarówno plastycznym, jak i elastycznym (sprężystym). Dzieje się tak w wyniku zaprojektowanego stabilizującego naprężenia wstępnego oraz w odpowiedzi na dynamiczne obciążenia środowiskowe. Odkształcenie plastyczne jest dodatkowym czynnikiem bezpieczeństwa dla systemów okładzin ETFE.

 

Odpowiedni stan graniczny użytkowania (serviceability limit states – SLS), a także stan graniczny nośności (ultimate limit states – ULS) są obecnie przedmiotem dyskusji w komitecie normalizacyjnym dotyczącym normy europejskiej dla membran i folii, CEN/TC 250 Eurokody Konstrukcyjne, WG 5 Membrany Konstrukcyjne [1] [2] .

 

Powłoki muszą poradzić sobie z tą specyficzną własnością. Dobrze określona równowaga między przyczepnością a spójnością jest tu podstawowym wymogiem. Pigmenty muszą pozostać stabilne na powierzchni folii, nawet w warunkach wielokrotnego, cyklicznego odkształcania w zakresie odkształceń zarówno sprężystych, jak i plastycznych z powodu krótkotrwałych, ale dużych obciążeń wybuchowych.

 

Artykuł ten stanowi krótkie wprowadzenie do przedstawienia rozwoju powlekania i drukowania na ETFE, a także wprowadzenie do wykorzystania różnych technik zacieniania do systemów okładzinowych ETFE w budynkach architektonicznych. Aby umożliwić ocenę jakości tych powłok z uwzględnieniem elastycznego i plastycznego odkształcenia materiału docelowego, zostanie wprowadzona nowa procedura testowa dla powlekanego ETFE.

 

2020 02 26 3

 

 Rys. 3. Transmisja (przenikanie) T i Refleksyjność (odbicie) R folii grubości 250 μm ETFE dla
promieniowania o długości fali 20 000 nm

 


Wprowadzenie

Ekstrudowane folie z tetrafluoroetylenu etylenu (patrz ryc. 1) zostały po raz pierwszy określone jako idealny materiał do wykonania przezroczystych fasad budynków przez dr Stefana Lehnerta, założyciela Vector Foiltec, w 1982 r., A następnie wykorzystano je jako główny element systemu wielowarstwowego pokrycia budynku pod marką „Texlon®”. Pierwszym projektem zbudowanym przy użyciu tej technologii była Mangrove Hall w Burger’s Zoo w Arnhem, Holandia, w 1982 roku.

 

Podstawą standardowego systemu wielowarstwowego Texlon® jest hermetyczna poduszka utworzona przez zespawanie ze sobą co najmniej dwóch warstw folii ETFE, utrzymywanych w ramie z ekstrudowanych profili aluminiowych. Poduszka jest podłączona do źródła powietrza o niskim ciśnieniu (250 Pa), które utrzymuje ciśnienie wewnętrzne, wstępnie naprężając folie ETFE, a tym samym nadając stabilność strukturalną całemu systemowi.

 

Kontrola ciśnienia naprężającego zapewnia utrzymanie  stałego wewnętrznego ciśnienia roboczego niezależnie od wahań temperatury zewnętrznej i ciśnienia atmosferycznego. Liczbę warstw folii ETFE można modyfikować od dwóch do sześciu, aby poprawić parametry termiczne (zmniejszyć wartości U). Bardziej szczegółowe wprowadzenie do technologii można znaleźć w ETFE – Technology and Design Annette LeCuyer [4]. Graficzną reprezentację układów systemu pokazano na rys. 2.

 

Wczesne projekty architektoniczne wykorzystujące technologię okładzin ETFE były budowane z niepowlekanych, przezroczystych folii ETFE o wysokiej przezroczystości. Przezroczyste, niepowlekane folie mają wysoki poziom przepuszczalności na całej szerokości pasma widma słonecznego (patrz rys. 3).

 

Panele elewacyjne z ETFE mogą utrzymać stabilność strukturalną dzięki dużemu stosunkowi powierzchni do obwodu, a ze względu na ich małą masę mogą być wspierane przez lekkie, otwarte konstrukcje, co stanowi znaczną zaletę dla trwałości i kosztów. Jednak w połączeniu te właściwości mogą skutkować wysokim współczynnikiem całkowitego przenikania energii słonecznej przez przezroczyste systemy okładzin z folii ETFE, dlatego też należy dokładnie rozważyć wszelkie wymagania dotyczące kontroli nasłonecznienia.

 

 2020 02 26 4

Fot. 1. Dach atrium ETFE w Schlumberger Research Institute, Cambridge, Wielka Brytania, folia zewnętrzna nadrukowana na wewnętrznej powierzchni, wzór nadruku DM 4:65, tusz o małej gęstości optycznej.

 

Pierwszym architektonicznym zastosowaniem powłoki nałożonej na folię ETFE do zacienienia było zastosowanie w dachu atrium w Instytucie Badawczym Schlumberger w Cambridge w Wielkiej Brytanii w 1992 r. (fot. 1). Zostało to osiągnięte dzięki opracowaniu procesu wklęsłodruku metodą roll-to-roll na folii ETFE firmy Vector Foiltec. Do wykonania wzoru nadruku wykorzystano atrament o stosunkowo małej gęstości DM 4:65 (matryca punktowa 4 mm pokrywająca 65% powierzchni folii).

 

Skuteczność zacienienia ma pewne ograniczenia, dlatego przed oknami na parterze poniżej wymagane były dodatkowe rolety. Folie fluoropolimerowe, takie jak ETFE, mają właściwości samoczyszczące ze względu na ich niską energię powierzchniową (w przypadku ETFE około 23 mN/m), co hamuje przyczepność innych materiałów lub cząstek do powierzchni folii. Takie zachowanie materiału stanowiło poważne wyzwanie dla opracowania stabilnych systemów powłok do modyfikacji właściwości folii ETFE odnośnie transmisji promieniowania słonecznego.

 

(...)

 

Pomimo tych trudności technicznych, efekt można zobaczyć przy szczegółowym oglądzie wzoru drukowanego, wyprodukowanego w 1992 r. Widać, że po 23 latach ekspozycji na warunki środowiskowe (fot. 1) nałożona powłoka jest nadal w dobrym stanie (fot. 2).

 

 2020 02 26 5

Fot. 2. Szczegółowy wzór nadruku, nadal w dość stabilnym stanie po 23 latach instalacji na dachu atrium

 

Aby nie zniszczyć efektu samoczyszczenia zewnętrznej folii i dla ochrony tuszu, nadruk zawsze nakłada się na drugiej stronie, tj. od strony wnętrza poduszki.

 

Choć głównym czynnikiem napędzającym rozwój powłok do folii ETFE jest modyfikacja właściwości transmisyjnych dla powłok przeciwsłonecznych, zostały one również wykorzystane do celów czysto estetycznych. W 1998 roku Vector Foiltec zastosował najnowszą technologię powlekania ETFE w realizacji „Meteoritu” rzeźby zaprojektowanej przez André Hellera na stulecie RWE i wystawionej w Essen w Niemczech (fot. 3).

 

Po obróbce wewnętrznej powierzchnii folii ETFE w celu zwiększenia energii powierzchniowej i zwiększenia przyczepności, ręcznie nałożono odblaskowy lakier fluoropolimerowy. Zadrukowane obszary ograniczono do wewnętrznych powierzchni rzeźby, aby chronić lakier przed środowiskiem zewnętrznym.

 

Opracowanie druku o wysokim współczynniku odbicia do kontroli promieniowania słonecznego na foliach ETFE było kluczowym postępem technologicznym, który rozszerzył zakres stosowania jako uniwersalny produkt okładzinowy do dachów i fasad o wysokiej przezroczystości.

 

Rozbudowany system pokryć dachowych ETFE był fundamentem sukcesu i rozwoju „The Avenues Mall”, największego kompleksu centrów handlowych w Kuwejcie i drugiego co do wielkości na Bliskim Wschodzie. Faza III „Grand Avenue” zamyka główny bulwar i przylegające do niego boczne ulice dachem z ETFE o powierzchni 25 000 m² (patrz fot. 4), tworząc komfortową, klimatyzowaną przestrzeń z wrażeniem otwartego nieba.

 

Obiekt odniósł nie tylko duży sukces komercyjny, ale stał się też centrum społecznościowym dla całego regionu [5, 6]. Od zakończenia fazy III w 2010 r. zostały wdrożone kolejne fazy IVa i IVb, tworząc szereg dalszych przestrzeni komercyjnych i społecznych chronionych przed trudnym środowiskiem zewnętrznym w ramach systemu dachowego Texlon® ETFE o powierzchni łącznie prawie 100 000 m², co pokazano na fot. 5.

 

2020 02 26 6 

Fot. 3. Rzeźba Meteorit, Essen, Niemcy; zaprojektowana przez André Heller; zbudowana przez Vector Foiltec w 1998 roku

 2020 02 26 7

Fot. 4. The Avenues Mall, Kuwejt: System okładzinowy Texlon® ETFE wydrukowany tuszem DH 7:84 (2010)

 2020 02 26 8

Fot. 5. Kuwejt Alvenues, 2018


Tabela 1. Właściwości optyczne i termiczne trójwarstwowego systemu poduszek w The Avenues Mall, Kuwejt.

2020 02 26 9

 

Pomimo wysokich temperatur zewnętrznych obserwowanych w Kuwejcie, w tej typologii budynków, z przestrzennymi przestrzeniami o dużej objętości i dużej wysokości, niska przenikalność cieplna (wartość U) dla systemu okładzin dachowych nie jest najważniejszym czynnikiem dla efektów stratyfikacji temperatury. Gorące powietrze unosi się, tworząc stabilną warstwę bezpośrednio pod dachem, o porównywalnej lub wyższej temperaturze niż na zewnątrz.

 

Temperatura stopniowo maleje, przesuwając się w dół do strefy komfortu na poziomie parteru/gruntu. W nocy, gdy temperatury na zewnątrz budynku są niższe, utrata energii cieplnej na zewnątrz przez dach jest korzystnym efektem zmniejszającym zapotrzebowanie na chłodzenie w ciągu dnia. Konieczność kontroli zysków cieplnych od promieniowania słonecznego jest jednak najważniejsza.

 

Powłoki odblaskowe zastosowane w centrum handlowym The Avenues Mall to tusz trzeciej generacji, o średniej nieprzezroczystości, naniesiony nadrukiem z wzorem DH 7:84 na wewnętrzną powierzchnię najwyższej folii (matryca heksagonalna 7 mm pokrywająca 84% powierzchni folii). W przypadku systemu 3-warstwowego (200 μm – 80 μm – 200 μm), z zewnętrzną folią zadrukowaną po wewnętrznej stronie, jego właściwości podano w tabeli 1.

 

(...)

 

Carl Maywald
Vector Foiltec GmbH, Germany

 

Bibliografia
[1] N. Stranghöner, J. Uhlemann, J. Llorens, CEN/TC 250/WG 5 Struktury membranowe (Membrane Structures) Scientific and Policy Report - SaP-Report (2015)
[2] N. Stranghöner, J. Uhlemann, et.al.: Projekt europejskich wytycznych dotyczących projektowania konstrukcji membran membranowych (Prospect for European Guidance for the Structural Design of Tensile Membrane Structures), JRC Report: Eurocodes Scientific and Technical Report, Publications Office of the European Union, Luxembourg (2016)
[3] S. Zehentmeir: Dyneon (2018)
[4] A. LeCuyer: ETFE-Technologia i projektowanie (ETFE – Technology and Design), Birkhäuser Verlag AG, Basel, CH (2008)
[5] C. Maywald, F. Riesser: Zrównoważony rozwój – sztuka nowoczesnej architektury (Sustainability – the art of modern architecture), in: “Procedia Engineering”, Vol. 155, Elsevier (2016) 238 – 248
[6] D. Urbán i in.: Komfort akustyczny w atriach pokrytych nowymi powłokami strukturalnymi (Acoustic comfort in atria covered by novel structural skins), in: “Procedia Engineering”, Vol. 155, Elsevier (2016) 361 – 368
[7] EN ISO 4892-2:2013 Tworzywa sztuczne – Metody ekspozycji na laboratoryjne źródła światła - Część 2: Lampy ksenonowe (Plastics – Methods of exposure to laboratory light sources - Part 2: Xenon-arc lamps)
[8] EN ISO 4892-3: 2016-10 Tworzywa sztuczne – Metody ekspozycji na laboratoryjne źródła światła – Część 3: Fluorescencyjne lampy UV (Plastics – Methods of exposure to laboratory light sources – Part 3: Fluorescent UV lamps) (2016)
[9] HUECK FOLIEN, Baumgartenberg, Austria (2010)
[10] ASTM F 2252/ Sun Chemical-Hartmann PV 01, Test taśmy samoprzylepnej (test tesa) (Self-adhesive tape test (tesa test))
[11] EN ISO 2409:2013-06 Farby i lakiery – Badanie metodą siatki nacięć (Paints and varnishes - Cross-cut test) (2013)
[12] M. Eaddy, W.H. Melbourne, MEL Consultants Pty Ltd Report 30C/02, ‘Addendum C to MEL Consultants Report 30/02, Pomiary ciśnienia w tunelu aerodynamicznym w związku z proponowaną przebudową stacji Spencer Street, Melbourne (Wind Tunnel Measurements of Pressures on the Proposed Spencer Street Station Redevelopment, Melbourne)’ (2004)
[13] C. Maywald, M. Mißfeld: O badaniu odporności na starzenie konstrukcji z folią ETFE (Zum Alterungsverhalten von
ETFE-Konstruktionen), in: „Stahlbau“ 7/18, Wiley Press, Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin, Germany (2018)

  

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 02/2020
   

  

 

 

 

01 chik
01 chik