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).
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.
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.
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.
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.
(...)
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