Sklo v stavebníctve a architektúre

Transparentné konštrukcie výrazne ovplyvňujú stav vnútorného prostredia budov, potrebu tepla na vykurovanie a potrebu tepla na chladenie. Komfortné vnútorné prostredie v budovách v značnej miere závisí od množstva a spektrálneho zloženia žiarenia a tepelných tokov prechádzajúcich zasklením, od jeho tepelnoizolačných, zvukovoizolačných a ďalších vlastností.

Dnešné pokrokové technológie nových transparentných konštrukcií a prvkov zmenili stavebnofyzikálne vlastnosti výrazným spôsobom. Dlhé roky prakticky nemenné vlastnosti transparentných konštrukcií na báze plochého stavebného skla nadobudli inovované optické a energetické parametre. Transparentná konštrukcia sa stáva architektonickým komponentom, ktorý sa v minulosti nemohol používať v požadovanej kvalite. Pokrokové technológie a inovácie umožnili umiestniť na trh výrobky, ktoré majú zvyčajne:

• nízkoemisné a selektívne zasklenie,
• dvoj- a viacnásobné izolačné zasklenia,
• výplne inertnými plynmi,
• dištančné profily zasklenia rozličnej materiálovej bázy a vlastností,
• tepelnotechnicky inovované rámové konštrukcie,
• zasklenia na limitovanie priepustnosti slnečného žiarenia,
• inovované materiály na tesnenie škár,
• vetranie pomocou samoregulačných klapiek, vetracích štrbín.

V poslednom období sa vyvinulo veľké množstvo nových typov zasklenia a vlastnosti mnohých druhov skiel sa vylepšili tak, aby flexibilne uspokojovali rôznorodé a náročné požiadavky architektov, projektantov a zákazníkov.

Základné vlastnosti skiel a zasklení
Základné vlastnosti skiel a zasklení sa charakterizujú minimálne týmito stavebnofyzikálnymi vlastnosťami (obr. 1):

• činiteľ svetelnej priepustnosti τV (–),
• odrazivosť svetla ρ (–),
• súčiniteľ prechodu tepla Ug vo W/(m². K),
• celková priepustnosť energie slnečného žiarenia g (–), zahrňuje priamu priepustnosť slnečného žiarenia cez zasklenie a sekundárne vyžiarený tepelný tok zasklením do interiéru,
• index selektivity τV/g,
• index vzduchovej nepriezvučnosti RW (dB).

Transparentné konštrukcie budov musia spĺňať stavebnofyzikálne požiadavky pri dodržaní podmienok tepelnej pohody, denného osvetlenia, zvukovej izolácie, racionálneho využitia energií a ekonomickej efektívnosti. Súčasne s estetikou zabezpečujú osvetlenie, vetranie, tepelnú ochranu a spojenie človeka s okolím. Zasklenie, ako aj správne fungujúca transparentná konštrukcia, musí riešiť aj ďalšie funkcie z hľadiska požiarnej bezpečnosti a ochrany osobnej bezpečnosti a majetku. Dominantou transparentnej konštrukcie je sklo. Sklo sa dnes využíva na konštrukciu progresívnych nízkoemisných a selektívnych izolačných zasklení, ktorých vlastnosti sa podstatne líšia od bežného číreho dvojskla.

Obr. 1  Niektoré fyzikálne vlastnosti zasklení

Float
Číre bezfarebné sklá sú sodnovápenaté priehľadné sklá. Vyrábajú sa plavením nepretržitého pásu skla na hladine roztaveného kovu. Majú prirodzený lesklý povrch a neskresľujúcu priehľadnosť. Sú odolné proti pôsobeniu vody a atmosférickým vplyvom. Dostupné sú v hrúbkach 2 až 25 mm. V dôsledku svojej krehkosti neodoláva toto sklo teplotným amplitúdam, tak ako iné materiály v stavebníctve. Všeobecne platí, že sklo s menšou hrúbkou odoláva náhlym teplotným zmenám lepšie ako sklá väčších hrúbok. Krátke zmeny teploty v rozsahu ± 40 K nespôsobujú kritické pnutie. Odolnosť skla proti teplotnému namáhaniu sa zušľachťuje tvrdením. Vlastnosti skla Float sú uvedené v tab. 1. Svetoví výrobcovia skiel ich vo svojom výrobnom programe pomenúvajú rozličným spôsobom. Napríklad Saint Gobain označuje tieto sklá ako PLANILUX®, AGC používa označenie PLANIBEL CLEAR®. Pri uvádzaní a deklarovaní ich fyzikálnych vlastností tým môže vzniknúť malý rozdiel, najmä ak sa preberajú údaje výrobcov z rozličných období.

Tab. 1  Stavebnofyzikálne vlastnosti skla Float

Extra číre sklá
Extra číre sklá sa vyrábajú pod názvami Dia­mant (Saint Gobain) alebo Clearvision (AGC). Znížením obsahu železa v skle Float sa dosahuje lepšia priepustnosť svetla a energie slnečného žiarenia (tab. 2). Tým sa tieto sklá stávajú zaujímavé na konštrukciu izolačných dvojskiel a trojskiel pre vykurované budovy, kde sa žiada čo najlepšia priepustnosť energie slnečného žiarenia. Uplatňujú sa v dvojsklách a najmä v trojsklách, pri ktorých sa dosahuje najvyššia priepustnosť energie slnečného žiarenia pre nízkoenergetické budovy a pasívne domy.

Tab. 2  Stavebnofyzikálne vlastnosti skla extra číreho skla

Farbené sklá
Väčšinou ide o absorpčné sklá, ktoré sa vyznačujú zvýšenou hodnotou pohltivosti slnečného žiarenia. Táto vlastnosť sa dosahuje väčším obsahom oxidov kovov (niklu, medi, železa), čím sklo získa zafarbenie do modra, zelena alebo bronzova. Farebný odtieň je do veľkej miery ovplyvnený hrúbkou skla. Preto sa na celú fasádu musí použiť rovnaká hrúbka skla. Farebný účinok je rovnaký z vnútornej aj z vonkajšej strany. Tieto sklá môžu byť tvrdené, pokovované, ohýbané. Používajú sa v izolačných dvojsklách. Pretože absorpčné sklá pohltia viac tepla ako číre sklá, treba pri ich aplikácii počítať s dištančnými škárami. Niektoré vlastnosti absorpčných skiel sú uvedené v tab. 3.

Tab. 3  Stavebnofyzikálne vlastnosti pohltivého skla

Reflexné sklá
Reflexné vlastnosti skla sa dosahujú nanesením tenkej pyrolitickej vrstvy oxidov kovov. Táto vrstva sa nanáša buď na číre sklá, alebo na sklá farbené. Tieto sklá majú nižšiu celkovú priepustnosť energie slnečného žiarenia (tab. 4). V dôsledku reflexných vlastností povrchu skla je znečistenie a poškriabanie viditeľnejšie ako v prípade číreho skla. Fasády s týmito reflexnými povrchmi na pozícii 1 (obr. 1) sa musia častejšie umývať. Tieto sklá môžu byť tvrdené, pokovované, ohýbané. Používajú sa v izolačných dvojsklách. Reflexná vrstva však vyžaduje pri narábaní a spracovaní skla určitú opatrnosť. Pokovovaná strana skla sa musí chrániť pred stykom s náradím. Pri rezaní sa sklo musí položiť nepokovovanou stranou na stôl. Rezanie sa vykoná na pokovovanej strane, ale obrúsené zrnká skla sa z pokovovanej strany musia umyť vodou.

Tab. 4  Stavebnofyzikálne vlastnosti reflexného skla

Bezpečnostné sklá
Bezpečnostné sklá majú zabezpečiť aktívnu a pasívnu bezpečnosť. Pasívnou bezpečnosťou sa rozumie ochrana človeka pred poranením spôsobeným samotným sklom. Tieto požiadavky možno zabezpečiť tvrdeným bezpečnostným sklom. Pri jeho rozbití vzniknú úlomky s tupým okrajom, čím sa zmenší riziko zranenia. Takéto sklá sa vyrábajú float kalením. Iným riešením je lepené bezpečnostné sklo. Pri jeho rozbití viaže pružná vrstva medzi sklami sklenené úlomky. Nevznikajú voľné časti s ostrými okrajmi a otvor v skle ostáva uzavretý. Sklenené tvárnice vďaka ich mechanickej pevnosti garantujú bezpečnosť.

Sklá nízkoemisné a selektívne
Pre nízkoemisné a selektívne zasklenie sú charakteristické dve podstatné vlastnosti:

• prívlastok nízkoemisná znamená, že jeden povrch skla do uzavretej vzduchovej (prípadne plynovej) vrstvy má zníženú emisivitu proti tepelnému sálaniu (infračervenému žiareniu) ε = 0,03 až 0,2,
• prívlastok selektívna znamená že, zasklenie má rozdielne vlastnosti v rôznych oblastiach spektra elektromagnetického žia­renia (vyjadrené indexom selektivity τV/g).

Pokovovanie povrchu skla predstavuje tenký kovový film, menší ako jedna tisícina milimetra. Tento film je charakteristický nízkou emisivitou (pohltivosťou) infračerveného žiarenia (tepelného sálania) a súčasne je transparentný (priepustný) pre slnečné žiarenie. Tenký kovový povlak má nízku emisivitu, a teda vyššiu schopnosť odrážať dlhovlnné tepelné sálanie. Tenké kovové povlaky sa nanášajú na sklo, prípadné plastickú fóliu pri výrobe. Používa sa pritom pyrolýza, to znamená štiepenie kovu teplom (tvrdé pokovovanie) alebo pokovovanie rozprašovaním (mäkké pokovovanie). Hrúbka vrstvy pri rozprašovaní je iba 1/10 000 hrúbky ľudského vlasu. Pokovovanie rozprašovaním vo vákuovej komore je nízkoteplotný proces, a preto sa môže aplikovať aj na plastické fólie. Optické a tepelnotechnické vlastnosti takýchto zasklení sa podstatne líšia od parametrov štandardného číreho stavebného skla.

Funkciou nízkoemisnej vrstvy je vytvárať takzvané tepelné zrkadlo pri šírení tepla sálaním v priestore medzi sklami. Šírenie tepla sálaním sa tu odohráva v dlhovlnnej oblasti spektra žiarenia. Číre sklo má emisivitu povrchu 0,84. Pokovované sklá dosahujú emisivitu 0,03 až 0,2. Emisivita povrchu môže z dôvodu technológie kolísať. Čím je emisivita nízkoemisného kovového povlaku nižšia, tým vyšší tepelný odpor uzavretej vzduchovej (prípadne plynovej) vrstvy sa dosiahne. Čím je tepelný odpor uzavretej plynovej vrstvy vyšší, tým nižší je súčiniteľ prechodu tepla zasklenia. Výrobcovia udávajú radšej U-hodnotu zasklenia ako emisivitu pokovovaného povrchu skla. Namerané aj vypočítané hodnoty súčiniteľov prechodu zasklenia sa udávajú bez vplyvu dištančného profilu v konštrukcii izolačného dvojskla. Táto metodika sa štandardizuje v systéme európskych noriem.

Nízkoemisné dvojsklá majú nižší súčiniteľ prechodu tepla ako trojsklá z bežného číreho skla. Najčastejšie sa sklo z nízkoemisným povlakom kombinuje s obyčajným čírym sklom, niekedy s absorpčným sklom na vonkajšej strane. Vo vykurovaných budovách sa nízkoemisná vrstva umiestňuje na vnútorné sklo (teda na pozíciu 3 – obr. 1), pričom tvorí jeden povrch vzduchovej (prípadne plynovej) vrstvy v dvojskle. V niektorých špeciálnych prípadoch sa môže umiestniť nízkoemisná vrstva súčasne na pozíciu 2 a 3. Zníženie súčiniteľa prechodu tepla v porovnaní s iba jedným pokovovaným povrchom plynovej vrstvy nie je však významné. Toto platí najmä pre emisivitu povrchov ε = 0,03 až 0,1. Preto stačí, aby bol pokovovaný zvyčajne iba jeden povrch do plynovej vrstvy a nezanedbateľná je aj cena, ktorá je v prípade nízkoemisného skla vyššia. Tepelný tok v uzavretej vzduchovej (plynovej) vrstve pozostáva zo zložky šírenej vedením, prúdením a sálaním. V štruktúre tepelného toku cez tradičné dvojsklo s čírymi sklami prevláda sálanie 63 %, vedenie 32 % a prúdenie 5 %. Sklá so súčiniteľom tepelnej vodivosti λ = 0,8 – 1 W/(m . K) prakticky neprispievajú k tepelnému odporu zasklenia. Nízkoemisnou vrstvou v priestore medzi sklami sa znižuje zložka tepelného toku šírená sálaním, čím sa dosahujú nižšie hodnoty Ug ≤ 1,1 až 1,8 W/(m² . K).

Kvalita izolačného skla, pri ktorom výrobca použil deklarované sklené tabule, tesniace tmely, ktoré neprepúšťajú plyn z uzavretej dutiny izolačného skla a naplnil dutinu predpísanou koncentráciou plynu, sa preukazuje splnením požiadaviek harmonizovanej európskej normy STN EN 14 351-1: 2006: Okná a dvere. Norma na výrobky, funkčné charakteristiky. Časť 1: Okná a vonkajšie dvere bez požiarnej odolnosti a/alebo tesnosti proti prieniku dymu. Na Slovensku pôsobilo v nedávnej minulosti asi 50 výrobcov izolačných skiel rôznej úrovne výroby, ale aj s rozličnou úrovňou vnútropodnikovej kontroly, prostredníctvom ktorej sa sleduje plnenie požiadaviek relevantných noriem. Na základe skúseností získaných pri energetickej certifikácii budov, žiaľ, treba konštatovať, že v niektorých prípadoch je veľký problém identifikovať sklá a zasklenie. Mnohí výrobcovia okien masívnou reklamou propagujú okná ako drevené, plastové, kovové, a pritom nič nehovoria o vlastnostiach zasklenia. Treba si však uvedomiť, že rám a krídlo tvorí iba 20 až 30 % plochy otvorovej konštrukcie.

Niektoré izolačné dvojsklá, dostupné na stavebnom trhu v Slovenskej republike, sú uvedené v tab. 5.

Tab. 5  Vlastnosti izolačných dvojskiel

Záver
Pri efektívne izolovaných nepriesvitných fragmentoch stien možno dosiahnuť U = 0,3 W/(m² . K). Tradičné dvojsklo s čírymi sklami má Ug = 2,9 až 3,0 W/(m² . K), teda desaťnásobne vyšší tepelný tok (tepelná strata v zimnom období) sa šíri prechodom tepla cez tradičné zasklenie ako cez stenu. Uplatnenie nízkoemisných zasklení s výplňou inertným plynom tento veľký rozdiel podstatne zmierňuje. Uplatnenie týchto moderných zasklení je pritom efektívne jednak v novej výstavbe, jednak pri rekonštrukciách budov. Použitím nízkoemisných zasklení v budovách sa pozitívne ovplyvňujú tepelnotechnické vlastnosti budov, ako sú povrchové teploty na zasklení, negatívne studené sálanie v blízkosti zasklených plôch, rozsah a výskyt povrchovej kondenzácie na zasklení, tepelné straty a spotreba energie na vykurovanie budov.

TEXT: prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD.
OBRÁZOK: autor

Prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD., pracuje na Katedre konštrukcií pozemných stavieb Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Literatúra:
1.    www.yourglass.com
2.    CHMÚRNY, I.: Tepelná ochrana budov. JAGA GROUP, Bratislava, 2003.
3.    Saint Gobain: Stavební sklo. Praha, 1999.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály