Przewiń do artykułu

Gaz w szybie zespolonej

Jednym z najczęściej stosowanych w budownictwie wyrobów przemysłu szklarskiego są szyby zespolone. Przeszklona ściana, (szyba zespolona), oddzielając klimat zewnętrzny od mikroklimatu wewnętrznego uczestniczy w zjawisku przenoszenia ciepła ze środowiska ciepłego do zimnego. Podstawowym zadaniem szyby zespolonej jest zapewnienie jak najlepszej izolacyjności termicznej. Istnieją trzy formy wymiany ciepła przez konstrukcję szyby zespolonej: Przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

W konwencjonalnej szybie zespolonej przestrzeń pomiędzy taflami szkła wypełniona jest powietrzem. Hermetyczne uszczelnienie brzegów szyby 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%. Standardowa szyba zespolona dobrej jakości powinna zachować swoje właściwości izolacyjne przez minimum 10 lat.

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. Dla określenia szczelności szyby, na którą wpływ ma równowaga pomiędzy uchodzeniem gazu specjalnego z szyby, a przenikaniem 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.” Norma określa wymagania dla napełnianych gazami specjalnymi szyb zespolonych oraz określa sposób badania ich gazoszczelności.

Długotrwała metoda badania i wymagania dotyczące szybkości ubytku gazu

Zmiana koncentracji gazu specjalnego w przestrzeni międzyszybowej pogarsza właściwości izolacyjne szyb zespolonych. Poddawanie ich 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.

Do badań producent dostarcza 10 szt. próbek szyb zespolonych o wymiarach 502mm na 352mm i budowie 4/12/4. Próbkom nadaje się im numerację od 1 do 10. Dwie próbki (nr 9 i 10) zachowane są jako „próbki kontrolne”, a dwie (nr 1 i 2) badane są pod kątem 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, 6 szt. o nr od 3 do 8 poddawane są cyklom klimatycznym, (symulującym użytkowanie szyby zespolonej na elewacji), a po nich okresowi stabilizacji w stałej temperaturze i wilgotności, w warunkach swobodnego przepływu powietrza wokół krawędzi w temperaturze 23 ± 2 0C 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, ma to na celu sprawdzenie stanu próbek. Jest to badanie dodatkowe, a jego negatywny wynik wskazuje najczęściej na wadliwość 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.

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.

Ubytek gazu Li dla dobrej szyby powinien być mniejszy niż 1 % na rok*

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.

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 oznaczeniem zawartości gazu specjalnego w szybach zespolonych się 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.

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

Tabela 1. Wyniki doświadczalne wypełnienia gazem specjalnym szyb jednokomorowych

Oznaczenie producenta Przenikalność cieplna szyby deklarowana przez producenta szyb zespolonych Ug W/(m2 * K) Stopień wypełnienia gazem deklarowany przez producenta szyb zespolonych Wynik badania współczynnika przenikania „Ug” W/(m2 * K) Wynik analizy chromatograficznej (zawartość gazu specjalnego) [%]
A 0,9 krypton ≥ 95 % 0,9 ≥ 95
B 1,1 argon ≥ 95 % 1,1 95
C 1,1 argon ≥ 95 % 1,1 ≥ 95
C 1,1 argon ≥ 95 % 1,1 95
C 1,1 argon ≥ 95 % 1,1 95
C 1,1 argon ≥ 95 % 1,1 ≥ 95
D 1,1 argon ≥ 95% 1,25 60
D 1,1 argon ≥ 95% 1,25 70
D 1,1 argon ≥ 95% 1,25 78
D 1,1 argon ≥ 95% 1,25 67

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

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

  zestaw 1 zestaw 2 zestaw 3
Stopień wypełnienia gazem specjalnym przed przystąpieniem do ekspozycji klimatycznej [%] Szyba nr 1 Szyba nr 2 Szyba nr 1 Szyba nr 2 Szyba nr 1 Szyba nr 2
93 95 95 91 91 90
Stopień wypełnienia gazem specjalnym po zakończeniu ekspozycji klimatycznej oraz po okresie stabilizacji [%] Szyba nr 3 Szyba nr 4 Szyba nr 3 Szyba nr 4 Szyba nr 3 Szyba nr 4
85 91 72 82 91 92
Średnia ubytku gazu z szyby zespolonej (pomiar w kasecie) [µg/h] Szyba nr 5 Szyba nr 6 Szyba nr 5 Szyba nr 6 Szyba nr 5 Szyba nr 6
3,122 2,806 5,835 8,189 1,193 1,692
Stopień wypełnienia gazem specjalnym Po pomiarach ubytku gazu w kasecie [%] Szyba nr 5 Szyba nr 6 Szyba nr 5 Szyba nr 6 Szyba nr 5 Szyba nr 6
88 82 87 82 87 86
Szybkość ubytku gazu [% / rok] 0,974 0,890 1,956 2,676 0,390 0,558

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

Podsumowanie

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 staranność wykonania szyby zespolonej. Dokonując zakupu okien, potencjalny nabywca nie ma możliwości obiektywnej oceny wartości użytkowej finalnego produktu i komponentów wykorzystanych do jego produkcji, dlatego zanim wyda dużą kwotę, warto by pytał o dokumenty (deklarację zgodności dla szyb – popartą wynikami i świadectwami badań w certyfikowanych i notyfikowanych laboratoriach), które będą formą potwierdzenia, że firmy od których kupujemy poważnie traktują zagadnienie jakości oferowanego wyrobu i poddają swe wyroby ocenie niezależnym upoważnionym jednostkom badawczym mającym doświadczenie w tego typu badaniach. Jedną z takich właśnie jednostek jest Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Krakowie.

Zakład Technologii Szkła ICiMB posiada Certyfikat Akredytacji wydany przez PCA nr AB 054 (od roku 1996) wg wymagań PN-EN ISO/IEC 17025:2005 w zakresie:

  • Badań właściwości chemicznych i fizycznych szkła jako tworzywa,
  • Badań surowców szklarskich i ceramicznych,
  • Badań wyrobów.

Posiada również:

  • Notyfikację Komisji Europejskiej Unii Europejskiej Nr 1487 (od roku 2006) dotyczącą badań szkła budowlanego wg dyrektywy UE 89/106/EEC
  • Notyfikację Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ, Genewa, Nr E20/F (od roku 1992) w zakresie badań homologacyjnych szyb samochodowych wg Regulaminu Nr 43 EKG ONZ

Obejmują one badania na zgodność z PN-EN 1279

Ważna dla wszystkich użytkowników okien z PVC-U może być informacja, że ICiMB dysponuje już odpowiednimi urządzeniami do przeprowadzania wstępnych badań koncentracji gazu w przestrzeni szyb zespolonych bezpośrednio na placu budowy. Co prawda wyniki nie będą tak dokładne jak w przypadku badań chromatograficznych, ale z pewnością pozwolą inwestorom podjąć decyzję o zleceniu kolejnych, dokładniejszych prób sprawdzających jakość kwestionowanych partii szyb w warunkach laboratoryjnych.

 

* Li - proporcja wyrażana jako procent objętościowy gazu wypływającego w ciągu roku z szyby napełnionej gazem.

** ci - koncentracja gazu w % (procentowy udział objętościowy gazu w przestrzeni międzyszybowej szyby zespolonej).
cio – nominalna koncentracja gazu w %. Komisja Europejska ds. Normalizacji ustaliła wartość nominalnej koncentracji gazu specjalnego na poziomie 90%.

Autor: Anna Kuśnierz
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych Oddział w Krakowie
Zakład Technologii Szkła

Opracowanie: OKNOTEST.PL

Więcej produktów Przejdź do kategorii „Artykuły i wiadomości branżowe” Przejdź do kategorii „Okna energooszczędne”

Bądź na bieżąco!
Newsletter!