Szyby zespolone, a promieniowanie słoneczne

Dawno temu, wielkim przebojem festiwalu w Zielonej Górze była piosenka „Zawsze niech będzie słońce”. Nic dodać, nic ująć, zawsze niech będzie! Jednakże słońce, to nie tylko pożytki ze światła, którym poświęciliśmy poprzedni artykuł. Słońce, to także promieniowanie. W trzecim z kolei artykule cyklu „LATO Z GLASSOLUTIONS” kilka słów o zaletach i wadach promieniowania słonecznego, czyli o tym jak z szyby uczynić dodatkowy grzejnik, co to jest efekt cieplarniany i dlaczego blakną dywany, tapety i farby na ścianach.

Skład promieniowania słonecznego

Docierające do Ziemi promieniowanie słoneczne składa się w 3% z promieni ultrafioletowych (UV), w 55% z promieni podczerwonych (IR) oraz w 42% ze światła widzialnego. Te trzy składowe promieniowania słonecznego odpowiadają trzem zakresom długości fali. Długość fali promieniowania ultrafioletowego wynosi 0,28-0,38 μm*, widzialnego: 0,38-0,78 μm, a podczerwonego: 0,78-2,5 μm.

Poniższy wykres przedstawia rozkład energetyczny promieniowania słonecznego w zależności od długości fali, między 0,3 a 2,5 μm (widmo), na powierzchni prostopadłej do kierunku padania promieni. Widmo to jest zgodne z definicjami zawartymi w normie PN-EN 410 oraz z szeregiem znormalizowanych parametrów dotyczących powietrza i promieniowania rozproszonego.

Percepcja światła

Nasze postrzeganie światła dotyczy jedynie promieniowania elektromagnetycznego o długości fali między 0,38, a 0,78 μm. Tylko ten typ promieniowania wywołuje zjawisko fizjologiczne zwane widzeniem, którego skuteczność zależy od długości fali. Skuteczność świetlna różnych rodzajów promieniowania pozwala na przekształcenie strumienia energii wysyłanego przez źródło promieniowania w strumień światła.

Parametry spektrofotometryczne

Promieniowanie

Kiedy światło dociera do szyby, jego część ulega odbiciu, część zostaje pochłonięta przez samo szkło, a część przechodzi na drugą stronę szyby. Stosunek między każdą z tych trzech części a całością światła padającego na szybę, to tzw. współczynniki odbicia, pochłaniania i przepuszczalności, charakteryzujące daną szybę. Wykresy tych wartości dla wszystkich długości fali tworzą tzw. krzywe widmowe szkła. Wartości te zależą od barwy szkła, od jego grubości oraz w przypadku szkła powlekanego od rodzaju powłoki. Tytułem przykładu, pokazujemy poniżej krzywe przepuszczalności widma dla następujących typów szkła:

• szkło bezbarwne SGG PLANILUX 6 mm,
• szkło barwione SGG PARSOL Brązowy 6 mm

Współczynniki przepuszczalności, odbicia i pochłaniania energii

Współczynniki przepuszczalności, odbicia i pochłaniania energii to stosunek między strumieniem energii prze chodzącym, odbijanym lub pochłanianym przez szkło, a strumieniem energii padającym na szybę. Współczynniki te określa się dla fali o długości między 0,3 a 2,5 μm.

Współczynniki przepuszczalności i odbicia światła

Współczynniki przepuszczalności i odbicia światła to stosunek między strumieniem światła przechodzącym lub odbijanym przez szkło, a strumieniem światła padającym na szybę. Szkło bardzo grube lub kilku warstwowe (szyby zespolone i szkło laminowane), nawet niebarwione, może mieć lekki odcień zielonkawy, którego intensywność zależy od całkowitej grubości szyby lub jej składników.

Solar Factor „g”

Solar Factor „g” (dawniej FS), to stosunek między całkowitą energią docierającą do danego pomieszczenia przez szybę, a całkowitą energią słoneczną padającą na tę szybę. Owa energia całkowita jest to suma energii słonecznej bezpośrednio przechodzącej przez szybę oraz energii wydzielanej przez samą szybę na skutek jej nagrzewania się w wyniku pochłaniania energii.

Energia słoneczna

Energia słoneczna docierająca do pomieszczenia przez szybę jest pochłaniana przez przedmioty i ścianki wewnętrzne, które nagrzewając się, emitują promieniowanie termiczne przede wszystkim z zakresu podczerwonego (o długości fali powyżej 5 μm) . Szkło, nawet bezbarwne, nie przepuszcza promieniowania o długości fali powyżej 5 μm. Energia słoneczna docierająca przez szybę zostaje więc za trzymana w pomieszczeniu, które zaczyna się nagrzewać. Jest to tzw. efekt cieplarniany, który możemy, na przykład, zaobserwować w zaparkowanym samochodzie, stojącym w pełnym słońcu z zamkniętymi oknami.

Ochrona przeciwsłoneczna

Aby uniknąć przegrzewania się pomieszczeń, można:

• Zapewnić dobrą cyrkulację powietrza;
• Stosować żaluzje, ale w taki sposób, aby nie stały się one przyczyną pękania szkła pod wpływem czynników termicznych. Trzeba ponadto pamiętać, że żaluzje umieszczone wewnątrz pomieszczenia są mniej skuteczne, gdyż osłaniają przed promieniowaniem słonecznym, ale dopiero po jego przejściu przez szybę. W przypadku żaluzji zewnętrznych należy uwzględnić problemy związane z ich konserwacją;
• Stosować szyby ze szkła o ograniczonej przepuszczalności energii, tzw. szkła z ochroną przeciwsłoneczną, które przepuszcza tylko określoną część energii słonecznej, dostarczając dużo światła, a mało ciepła, co pozwala uniknąć przegrzewania się pomieszczeń.

Ochrona przeciwsłoneczna dzięki szkłu

Ochrona przed słońcem to oddziaływanie na poniższe parametry:

• Solar Factor g - przepuszczalność energii słonecznej, to parametr pokazujący, jaka część promieniowania słonecznego padającego pod kątem zbliżonym do 90°, przepuszczona jest przez przeszklenie do wnętrza pomieszczenia.
• Współczynnik przepuszczalności światła Lt - to parametr pokazujący, jaka część światła widzialnego, padająca pod kątem bliskim 90° przepuszczana jest przez szkło. Współczynnik przepuszczalności światła „Lt” podawany jest zawsze, jako wartość %. Im wyższa jest % wartość współczynnika przepuszczalności światła, tym więcej światła przenika przez szybę do wnętrza pomieszczenia.
• Współczynnik U - można go opisać, jako ilość ciepła traconego przez element konstrukcyjny, np. okno w ustalonych warunkach, gdy różnica między otoczeniem zewnętrznym i wewnętrznym wynosi 1* K (lub 1° C). Im niższa jest wartość współczynnika przenikania ciepła szyby „U”, tym lepiej okno chroni przed stratami ciepła. Jednostką współczynnika przenikania ciepła jest W/(m² *K).

SAINT-GOBAIN GLASS oraz GLASSOLUTIONS oferują szeroki asortyment szkła z ochroną przeciwsłoneczną, o rożnych parametrach i rożnych walorach estetycznych. Przykładowe parametry szyb do zastosowań elewacyjnych z ochroną przeciwsłoneczną przedstawia poniższa tabela.

Oświetlenie

Znajomość współczynnika przepuszczalności światła, cechującego dane szkło, pozwala na określenie orientacyjnego poziomu oświetlenia, jakie uzyskamy wewnątrz pomieszczenia przy założeniu określonego poziomu oświetlenia na zewnątrz. Stosunek między oświetleniem w określonym punkcie pomieszczenia, a oświetleniem zewnętrznym, mierzonym w płaszczyźnie poziomej, jest, bowiem niezmienny niezależnie od pory dnia. Stosunek ten nosi nazwę „współczynnika światła dziennego”.

W przypadku pomieszczeń, których współczynnik światła dziennego wynosi 0,10 w pobliżu otworu okiennego i 0,01 w głębi pomieszczenia (przeciętne wartości w typowym pomieszczeniu), światło zewnętrzne o natężeniu 5000 luksów (pochmurny dzień, gruba warstwa chmur) pozwoli na doświetlenie wnętrza o 500 luksów w pobliżu otworu okiennego i o 50 luksów wgłębi pomieszczenia. Natomiast światło zewnętrzne o natężeniu 20000 luksów (pochmurny dzień, cienka warstwa chmur) pozwoli na doświetlenie wnętrza odpowiednio o 2000 i 200 luksów.

Komfort świetlny

Oświetlenie powinno przyczyniać się do dobrego samopoczucia przebywających w pomieszczeniu osób, zapewniając optymalne warunki dla oczu z punktu widzenia ilości i rozkładu światła (w taki sposób, aby uniknąć zarówno ryzyka oślepień, jak i niedoświetlonych kątów). Komfort świetlny związany jest z właściwym wyborem przepuszczalności światła, a także z rozmieszczeniem, kierunkiem i wymiarami szyb, o czym zdecydowanie więcej napisaliśmy w artykule pod tytułem: „Szkło, a światło”.

Blaknięcie kolorów

Światło słoneczne, niezbędne dla postrzegania otaczającego świata, to taki rodzaj energii, który może niekiedy powodować odbarwienie przedmiotów wystawionych na jego działanie. Odbarwienie przedmiotów wystawionych na działanie promieniowa nia słonecznego następuje w wyniku stopniowego niszczenia więzi molekularnych barwników pod wpływem fotonów o wysokiej energii. Takie działanie fotochemiczne ma przede wszystkim promieniowanie ultrafioletowe oraz w nieco mniejszym stopniu światło widzialne o małej długości fali (fiolet, błękit).

Na skutek pochłaniania promieniowania słonecznego przez powierzchnię przedmiotów następuje wzrost temperatury, który także może wywołać reakcję chemiczną powodującą blaknięcie kolorów. Zjawisko to w większym stopniu dotyczy barwników organicznych, w których więzi chemiczne są mniej stabilne niż w pigmentach mineralnych.

W jaki sposób ograniczyć blaknięcie kolorów?

Ponieważ każde promieniowanie jest nośnikiem energii, nie ma możliwości całkowitego wykluczenia zjawiska blaknięcia kolorów, z wyjątkiem przechowywania przedmiotów w chłodnym miejscu, z dala od światła i szkodliwych warunków atmosferycznych. Odpowiednie typy szkła dają jednak skuteczne możliwości ograniczenia zjawiska blaknięcia kolorów.

Najlepszym rozwiązaniem jest wyeliminowanie promieni ultrafioletowych, które pomimo swego niewielkiego udziału w promieniowaniu słonecznym, stanowią główną przyczynę niszczenia więzi molekularnych. Można w tym celu użyć szkła laminowanego z folią PVB np. SGG STADIP, które prze puszcza zaledwie 0,4% promieni UV (wobec 44% w przypadku szkła SGG PLANILUX o grubości 10 mm).

Można również użyć w tym celu szkła barwionego, które selektywnie filtruje światło słoneczne, np. szkła ornamentowego żółtego, które pochłania przede wszystkim światło o długości fali odpowiadającej barwie fioletowej i niebieskiej. Natomiast szkła o niskim Solar Factor pozwalają na zmniejszenie nagrzewania na skutek promieniowania słonecznego. Żaden jednak typ szkła nie może całkowicie zagwarantować wyeliminowania zjawiska blaknięcia kolorów. Dobór szkła polega zawsze na znajdowaniu kompromisu między rożnego rodzaju parametrami, z uwzględnieniem czynników estetycznych i ekonomicznych.

Opracowanie: OKNOTEST.PL
Na podstawie „Przewodnik po szkle” SAINT-GOBAIN GLASS oraz materiałów firmy GLASSOLUTIONS.