Do jednych z najbardziej rozpowszechnionych obecnie wyrobów szklanych należą szyby zespolone. Na ich właściwości akustyczne i termoizolacyjne wpływa wiele czynników, do których zalicza się przede wszystkim wypełniający przestrzeń międzyszybową gaz.

Sterując jego rodzajem i ilością można uzyskać wyroby o specjalnych właściwościach. O tym, jak trudny jest proces uzyskania odpowiedniej ilości gazu w szybie zespolonej, świadczą kłopoty producentów i ich zainteresowanie metodami analitycznymi określających stopień ubytku tego gazu w czasie.


Podstawowym zadaniem szyby zespolonej jest zapewnienie jak najlepszej izolacyjności termicznej. Ze względu na to, że przenikanie ciepła przez szybę zespoloną odbywa się, między innymi, drogą przewodnictwa cieplnego i ruchów konwekcyjnych w przestrzeni międzyszybowej, poprzez zastąpienie powietrza gazem o niższym przewodnictwie cieplnym uzyskuje się efekt istotnego obniżenia współczynnika przenikania ciepła całej szyby zespolonej.

Ubytek gazu specjalnego w przestrzeni międzyszybowej szyb zespolonych pogarsza właściwości izolacyjne szyb.

Dla określenia szczelności szyby, na którą wpływ ma równowaga pomiędzy uchodzeniem gazu specjalnego z szyby, a wchodzeniem powietrza z zewnątrz, została opracowana norma PN-EN 1279-3:2004 Szkło w budownictwie. Szyby zespolone izolacyjne. Długotrwała metoda badania i wymagania dotyczące szybkości ubytku gazu oraz tolerancja koncentracji gazu. Podaje ona wymagania dla napełnianych gazami specjalnymi szyb zespolonych oraz określa sposób badania ich gazoszczelności.

Hermetyczne uszczelnienie brzegów szyby zespolonej uniemożliwia wymianę gazów z otoczeniem.

Wprowadzając do wnętrza szyby w miejsce powietrza inny gaz można w sposób trwały zmienić właściwości szyby zespolonej. Ze względu na fakt, iż od 30% do 50% przenikania ciepła przez szybę zespoloną odbywa się drogą przewodnictwa cieplnego i ruchów konwekcyjnych gazów znajdujących się w przestrzeni międzyszybowej, zastępując powietrze gazem o mniejszej przewodności cieplnej (najczęściej jest to argon lub krypton), można uzyskać efekt istotnego obniżenia przenikania ciepła dla całej szyby zespolonej. Warunkiem niezbędnym do uzyskania współczynnika przenikania ciepła szyby zespolonej o zakładanej wartości, jest wypełnienie przestrzeni międzyszybowej gazem specjalnym w co najmniej 85%.

O ile wyroszenie pary wodnej na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni szyby widać „gołym” okiem, wycieku gazu z przestrzeni międzyszybowej niestety nie. Jest jednak sposób by to zbadać.

Poddawanie szyb zespolonych odpowiednim badaniom pozwala stwierdzić jakość wykonania, określić potencjalny czas użytkowania i zachowanie się pakietów szkła w warunkach naturalnych.

Jedną z metod pozwalającą ocenić szczelność szyby jest chromatograficzne oznaczenie szybkości ubytku gazu specjalnego uchodzącego z przestrzeni międzyszybowej.

Długotrwała metoda badania i wymagania dotyczące szybkości ubytku gazu
Do badań szybkości ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej szyb zespolonych należy dostarczyć 10 szt. próbek szyb zespolonych o wymiarach 502 mm na 352 mm i budowie 4/12/4. W laboratorium próbkom nadaje się numerację od 1 do 10. Dwie próbki (nr 9 i 10) zachowane są jako „próbki kontrolne”, a dwie (nr 1 i 2) zostają poddane badaniom stopnia wypełnienia ich przestrzeni międzyszybowej gazem specjalnym. Jest to badanie „wstępne”, kwalifikujące pozostałe próbki do dalszych badań.

W przypadku pozytywnego wyniku badania wstępnego pozostałe szyby, a więc 6 szt., o nr od 3 do 8 poddawane są cyklom klimatycznym, (symulującym użytkowanie szyby zespolonej w warunkach normalnej eksploatacji, tj. chłodu w zimie i upału latem), a po nich okresowi stabilizacji w stałej temperaturze i wilgotności, w warunkach swobodnego przepływu powietrza wokół krawędzi w temperaturze 23°C (±2) i wilgotności względnej 50% (±5), przez 4-7 tygodni.

Pomiar ubytku gazu przeprowadza się na dwóch próbkach, nr 5 i 6. Na tych samych próbkach przeprowadza się następny, potrzebny do wyliczeń, końcowy pomiar stopnia wypełnienia gazem specjalnym przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej. Ewentualny gwałtowny spadek wypełnienia gazem badanych próbek wskazuje na wadliwość wyrobu.

Próbki 3 i 4 badane są pod kątem stopnia wypełnienia gazem specjalnym, zaraz po zakończeniu ekspozycji klimatycznej oraz po okresie stabilizacji w celu sprawdzenia stanu próbek. Jest to badanie dodatkowe, a jego negatywny wynik wskazuje najczęściej na wady wykonania całej serii próbek.

Pozostałe próbki nr 7 i 8 poddawane są cyklom klimatycznym, tylko w przypadku uszkodzenia próbek nr 3 do 6, po zakończeniu badań ulegają zniszczeniu.

Badanie ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej w ICiMB odbywa się według schematu zamieszczonego poniżej.

Istotą dodatkowych etapów pomiarów jest utrzymanie maksymalnego akceptowalnego poziomu kosztów badania i przedziału czasowego.

W zależności od jakości dostarczonych próbek, cały cykl badań trwa od 12 do 14 tygodni, a w przypadku niejednoznacznych wyników, wskazujących najczęściej na złą jakość próbek, nawet 17 tygodni.

Sam pomiar ubytku gazu prowadzony jest w termostatowanej kasecie, której objętość wewnętrzna tylko niewiele przekracza objętość zewnętrzną próbki.

Przy użyciu strumienia helu usuwane jest powietrze i szczelną kasetę zamyka się na okres tak długi, aż może być określona ilość gazu w μg /h wypływającego z szyby. Wychodzącą z próbki w określonym czasie ilość gazu przeprowadza się w strumieniu helu do chromatografu gazowego i tam analizuje.

 

Szyby zespolone – 10 szt.

badanie stopnia wypełnienia gazem specjalnym  →  próbki świadki – 2 szt.
– 10 szt. metodą nieinwazyjną
+2 szt. met. chromatograficzną- próbki nr1 i 2

By przejść do kolejnego etapu badań - wszystkie muszą być napełnione prawidłowo

 test klimatyczny – 6 szt.
wg EN 1279-2
6 tygodni

stabilizacja – 6 szt.
4-7 tygodni

badanie stopnia wypełnienia
gazem specjalnym
(dodatkowe)
– 6 szt. met. nieinwazyjną
Wszystkie muszą być wypełnione argonem >85%
w przypadku próbki z wynikiem nieprawidłowym (potwierdzonym met. chromatograficzną) badanie zostaje
przerwane z wynikiem negatywnym.
W przypadku wartości granicznych (86-87%) – decyzję o ewentualnym kontynuowaniu badań pozostawia
się producentowi szyb

pomiar stopnia ubytku gazu z szyby zespolonej wg EN 1279-3
→  2 szt. nr 5 i 6
W przypadku gdy próbki ulegną uszkodzeniu mechanicznemu, do pomiarów są brane próbki w kolejności
3,4,7,8 (bez względu na wynik wypełnienia)
czas- kilka dni do kilku tygodni

zbadanie stopnia wypełnienia
gazem specjalnym
2 szt. po badaniu


Zgodnie z normą PN-EN 1279-3:2004 rata straty gazu Li to proporcja, wyrażana jako procent objętościowy gazu i wypływającego z jednostki napełnionej gazem na rok, obliczona wg następującej formuły:

 

gdzie:
mi - masa gazu w μg/ h uchodzącego z szyby w podanym czasie,
To - temperatura w K, przy której oznaczono gęstość gazu ρo,
T - temperatura w K, przy której szyba została uszczelniona,
ρo - gęstość gazu w μg/dm3 przy temperaturze To i ciśnieniu po,
P - ciśnienie atmosferyczne w hPa, przy którym szyba została uszczelniona,
Po - ciśnienie atmosferyczne w hPa, przy której oznaczono ρo,
Ci - koncentracja gazu w %,
Vint - wewnętrzna objętość próbki w mm3,
a - jeden rok.

Koncentracja gazu Ci - procentowy udział objętościowy gazu w przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej.

Oznaczanie stopnia wypełnienia gazem specjalnym przestrzeni międzyszybowej szyb zespolonych metodą chromatograficzną
Jednym z parametrów niezbędnych do obliczenia ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej jest koncentracja gazu wewnątrz szyby zespolonej, oznaczana Ci, jako procentowy udział objętościowy gazu w przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej.

Zasada metody
W listwę szyby zespolonej wbijany jest próbnik z uszczelką, przez który z przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej, strzykawką chromatograficzną, pobierana jest próbka gazu, którą następnie poprzez dozownik wprowadza się do kolumny rozdzielczej chromatografu gazowego i tam analizuje.

Prawidłowy stan jest wtedy, gdy końcowy stopień wypełnienia argonem przestrzeni międzyszybowej badanych szyb zespolonych spełnia warunek:

Ci = Cio (+ 10% do –5 %),

co oznacza, że przestrzeń międzyszybowa jest wypełniona gazem specjalnym w co najmniej 85%.

Zakład Technologii Szkła Krakowskiego Oddziału Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, zajmuje się oznaczeniem zawartości gazu specjalnego w szybach zespolonych od roku 1997.

Potrzeba badania zawartości gazu specjalnego w szybach zespolonych pojawiła się z chwilą rozpoczęcia oznaczania współczynnika przenikania ciepła „U”. Zdarzało się, że nie otrzymywano spodziewanych niskich wartości „U” mimo zapewnień producenta o spełnieniu wszelkich wymogów odnośnie budowy szyb zespolonych.

Szukanie przyczyn negatywnych wyników doprowadziło do wniosku, że wypełnienie gazem specjalnym przestrzeni międzyszybowej jest nieprawidłowe i należy je kontrolować jeszcze przed badaniem współczynnika przenikania ciepła „U”. Z tego właśnie powodu szyby zespolone poddawane są wstępnemu badaniu na zawartość gazu specjalnego w przestrzeni międzyszybowej.

Do oznaczania stopnia wypełnienia przestrzeni międzyszybowej gazem specjalnym mogą być stosowane różne urządzenia, jednak praktyka pokazuje, że są one mniej dokładne niż wykorzystywana w ICiMB metoda chromatografii gazowej. Opracowana w ICiMB metoda wymaga niestety zniszczenia próbki, ale zapewnia bardzo dobrą powtarzalność pomiarów, a co za tym idzie zapewnia wiarygodność uzyskanego wyniku.

Poza tym na wynik tego badania nie ma wpływu fakt czy w ramce, przez którą akurat pobierana jest próbka gazu, znajduje się sito molekularne. Na fot. 1 przedstawiono stanowisko badawcze Zakładu Technologii Szkła do badania ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej metodą chromatograficzną.

Przykładowe wyniki analizy chromatograficznej wypełnienia gazem szyb jednokomorowych i oznaczeń współczynnika przenikania ciepła „U” oraz wartości „U”, jakich spodziewali się producenci, podaje tabela 1.

Fot. 1. Stanowisko do badania ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej metodą chromatograficzną

Tabela 1. Wyniki doświadczalne wypełnienia gazem specjalnym szyb jednokomorowych

Tabela 2. Przykładowe dane pomiaru ubytku gazów dla różnych zestawów jednokomorowych szyb zespolonych o budowie 4/12/4

Tabela 3. Przykładowe dane uzyskane w wyniku badań porównawczych szyb zespolonych

Oprócz oznaczenia zawartości gazu specjalnego w szybach zespolonych Zakład Technologii Szkła prowadzi również od 6 lat badania związane z oznaczaniem ubytku gazu specjalnego z przestrzeni międzyszybowej. Prowadzenie tego rodzaju badań podyktowane zostało wprowadzeniem do zbioru polskich norm, normy europejskiej PN-EN 1279-3:2004 Szkło w budownictwie. Szyby zespolone izolacyjne. Długotrwała metoda badania i wymagania dotyczące szybkości ubytku gazu oraz tolerancja koncentracji gazu. Norma ustala wymagania dla napełnianych gazami specjalnymi szyb zespolonych oraz określa sposób badania ich gazoszczelności.

Stanowisko badawcze w ICiMB jest przystosowane do standardowych szyb zespolonych o budowie 4/12/4, ale jest możliwość również badań próbek niestandardowych, np. z mocowaniem punktowym lub klejonych, których łączna grubość nie przekracza 70 mm. Zamieszczona poniżej tabela 2 przedstawia przykładowe dane doświadczalne uzyskane w trakcie pomiarów wykonywanych dla różnych zleceniodawców.

Warto teraz przypomnieć, że dla szyby zespolonej o należytej jakości ubytek gazu powinien być mniejszy niż 1% na rok, a po zakończeniu badań jej  przestrzeń międzyszybowa powinna być wypełniona gazem specjalnym w co najmniej 85%. Na podstawie danych z tabeli można stwierdzić, że po poddaniu szyb czynnikom klimatycznym wypełnienie argonem w zestawie nr 2 uległo zmniejszeniu poza dopuszczalną granicę, w związku z tym zestaw szyb zespolonych nr 2 uzyskuje w badaniach wynik negatywny.

Również wynik negatywny uzyska zestaw nr 1 z uwagi na niedopuszczalną zawartość gazu w próbce nr 6.

Dla uznania, że wynik badań jest pozytywny, oba parametry (to jest stopień wypełnienia gazem specjalnym i szybkość ubytku) muszą być prawidłowe i mieścić się w odpowiednich granicach.

Negatywny wynik badań próbek szyb zespolonych może być dla producenta cenną informacją pozwalającą na identyfikację ewentualnych błędów w procesie produkcyjnym i szybką poprawę jakości produkowanych szyb.

Wieloletnie badania szyb zespolonych i zawartego w nich gazu szlachetnego nie potwierdziły korelacji pomiędzy wynikiem pozytywnym/negatywnym a komponentami użytymi do budowy szyb. Na końcowy wynik badania, oprócz zastosowanych materiałów, najistotniejszy wpływ ma jakość wykonania szyby zespolonej. Norma nie specyfikuje odrębnych badań dotyczących szyb o budowie innej niż 4/12/4. Nie ulegają też zmianie wymagania dotyczące ich jakości.

Badania ubytku gazu wymagają zastosowania  wysokiej jakości aparatury badawczej oraz wykwalifikowanego personelu. W ramach doskonalenia systemu jakości przeprowadza się badania porównawcze z innymi jednostkami akredytowanymi.

Tabela 3 przedstawia wyniki uzyskane z partii 20 szt. szyb zespolonych.

Uczestnicy badań porównawczych otrzymali do badań po 10 szt. próbek z każdego zestawu z jednej partii produkcyjnej. Z uwagi na charakter niszczący badań nie ma możliwości wykonania pomiarów na tych samych próbkach, jednak mimo to uzyskane wyniki są bardzo zbliżone.

Zamieszczone w tabeli nr 3 potwierdzają fakt, że na końcowy wynik badania najistotniejszy wpływ ma jakość wykonania szyby zespolonej.

Na podstawie przebiegu i wyników dużej liczby badań z dużym prawdopodobieństwem można stwierdzić, że najistotniejszy wpływ na końcowy wynik badania oprócz materiałów zastosowanych przez producenta ma jakość wykonania szyby zespolonej.

Badania jakościowe wyrobów są bardzo kosztowne i stanowią duże obciążenie dla firm. Jednak w dobie ogromnej konkurencji na rynku przetrwają te firmy, które będą mogły konkurować na rynkach europejskich jakością produkowanych wyrobów.

Anna Kuśnierz
ICiMB
Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych Kraków

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 7-8/2011

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.