Pasivna kuća – 26. dio Staklo – 2. dio


Čvrstoća ravnog stakla

Kod stakala bez termičkog prednaprezanja čvrstoća stakla u biti je karakterizirana osjetljivošću na urezivanje površine pod vlačnim opterećenjem. Tlačna čvrstoća stakla značajno je veća pa za uobičajene namjene u području građenja nije od interesa. Stoga se čvrstoća stakla u praksi većinom označava kao vlačna čvrstoća odnosno čvrstoća na savijanje. Praktična čvrstoća stakla na savijanje značajno je manja nego teoretska molekularnih spojeva koja iznosi 5000-10000 N/mm2. Stvarna tehnička čvrstoća normalnog ohlađenog stakla nalazi se u području od oko 30-100 N/mm2. osim mogućih strukturnih pogrešaka u materijalu površina stakla se pod okolnostima također oštećuje i prilikom proizvodnje, prilikom kasnije obrade površine i u praktičnoj primjeni mehaničkim djelovanjima. Djelovanjem urezivanja pri vlačnom opterećenju nastaju vršci od naprezanja na dnu pukotine koji dovode do loma.

Otkazivanje funkcija, kao i kod drugih lomljivih materijala, nastupa gotovo iznenada bez primjetnog prethodnog upozorenja. Tehnička čvrstoća stakla stoga nema apsolutno nikakvu vrijednost, nego u biti na nju utjecaj imaju mikroskopski i makroskopski defekti površine.

Karakteristična čvrstoća na savijanje ravnog stakla se navodi u DIN 1249-10 s 45 N/mm2. Definicija karakteristične čvrstoće na savijanje znači da ona naprezanja na savijanje koja dovode do vjerojatnosti loma od 5%, sa statističkom sigurnošću od 95% su veća od karakteristične čvrstoće na savijanje. Zbog osjetljivosti površine na urezivanje i fenomena subkritičnog rasta pukotine karakteristična čvrstoća na savijanje se pak ne može gledati kao fiksna karakteristična vrijednost materijala. Ona predstavlja kvalitetno obilježje za sposobnost površine tvornički novih uzoraka stakla. Vrijednosti mehaničke čvrstoće, koje se uobičajeno ispituju u kratkotrajnom pokusu, moraju se stoga značajno smanjiti za korištenje pod trajnim opterećenjem.

Čvrstoća jednostrukog sigurnosnog stakla (ESG)
ESG, često pogrešno nazivano kaljeno staklo, je takvo staklo koje se ponovnim zagrijavanjem sve do točke transformacije i nastavnim brzim hlađenjem (ispuhivanjem zrakom) postavlja u stanje vlastitog naprezanja kod kojeg se jezgra ploče nalazi pod vlačnim opterećenjem a površina pod tlačnim opterećenjem.
Nakon prednaprezanja staklo se zbog energije pohranjene u stanju vlastitog naprezanja može obraditi samo uvjetno. Stoga se obrade rubova, bušenja ili isječci u biti moraju obavljati prije postupka prednaprezanja. Prilikom projektiranja mora se obratiti pozornost na činjenicu da zbog termičke obrade mogu nastati tolerancije mjera u području bušenja kao i lagana deformacija.
ESG ploča zbog velike energije koja je pohranjena u stanju vlastitog naprezanja prilikom loma, raspada se u male kockaste krhotine. Time se smanjuje rizik od velikih posjekotina. Specijalna struktura loma je karakteristična za ESG. Komadi stakla s tupim rubovima vise jedan ispod drugog uglavnom u većim komadima. Maksimalno dopuštene veličine krhotina navedene u DIN 1249-12 ne odgovaraju više trenutnom stanju tehnike, budući da je ESG danas bitno homogenije prednapregnut te da pokazuje krhotine koje su manje od 1 cm2.

Emajlirano staklo
Termički prednapeto staklo kod kojeg se tijekom procesa prednaprezanja sloj emajla u boji utiskuje paljenjem. To može biti po cijeloj površini ili samo mjestimično.
Emajliranje stakla
Kod emajliranja stakla (također se naziva otiskivanje) keramički se slojevi u boji tijekom proizvodnje termički prednapetog stakla utiskuju paljenjem u površinu. Emajl se u roku od nekoliko sekundi rastopi po staklu te tvori čvrsti spoj sa staklenom osnovom. Boje stakla se u biti sastoje od dvije sastavnice; tekućeg stakla (70% – 95%) i pigmenata (5% – 30%). Debljine slojeva utisnutog emajla iznose 10 – 100 mm, time se ravnomjerno mogu realizirati transparentni i neprozirni slojevi. Keramičke boje su nakon postupka utiskivanja paljenjem krajnje postojane na grebanje i postojane na vremenske utjecaje.

Premazivanja se provode u postupku sitotiska, postupku valjanja ili postupku prskanja. Emajliranje koje se označava i kao staklovina (tvar nužna za izradu stakla) zbog tehničkih razloga se obavlja na strani zaštitnog plina izolacijskog stakla. Emajlirane ploče mogu se bez daljnjega dalje obraditi u svrhu dobivanja spojnog sigurnosnog ili izolacijskog stakla. Kod spojnog sigurnosnog stakla se utisnuta strana zbog tehničkih razloga većinom priređuje u PVB foliji. Kod izolacijskih stakala premazivanja se raspoređuju u prostoru između ploča kako bi se spriječilo onečišćenje lako konveksnog emajliranja.
Emajliranjem se ipak smanjuje savitljivost stakla, npr. kod emajliranog ESG na fc,t = 70 N/mm2 tako da je za takve ploče dopušteno manje naprezanja savijanja. Ovisno o koloritu emajlirana stakla mogu pak postati problematična i u termičkom pogledu. Zbog lokalnog zagrijavanja ploča putem djelovanja sunčevih zraka i s tim u vezi povezanog raspona temperature mogu nastati značajna prisilna opterećenja koja mogu dovesti do termički indiciranog zakazivanja funkcija ploča. Stoga bi se tamne boje što više trebale izbjegavati pri oblikovanju ploča na pozicijama koje su izložene djelovanju sunca.

Ostakljenje za zaštitu od topline i sunca
Tok topline kroz izolaciono staklo
Tok topline u izolacijskom staklu u biti se određuje putem sljedećih sastavnica:
– isijavanje toplinskog zračenja apsorbiranog od strane stakla uslijed mogućnosti emisije površine staklene ploče
– toplinska vodljivost stakla u prostoru između ploča (SZR)
– konvekcija plina u SZR

k051-urednistvo-STAKLO-01-400.gifOzrcaljenje (oblaganje zrcalima), pozicija, Iow-e premazivanje
Izolacijska stakla se označavaju staklima za toplinsku izolaciju ako je barem na jednoj ploči nanesen sloj toplinske izolacije. Premazivanje može značajno smanjiti gubitak toplinske izolacije iz udjela toplinskog isijavanja. Kod izolacijskih stakala se premazivanje plemenitim metalima ili metalnim oksidima većinom raspoređuje u prostoru između ploča kako bi se izbjegla oštećenja prilikom korištenja i čišćenja.

k051-urednistvo-STAKLO-02-400.gifPremazivanja se kod izolacijskih stakala s toplinskom zaštitom uobičajeno raspoređuje na poziciji 3, tj. na vanjskoj strani unutarnje ploče izolacijskog stakla.

Ako se premazivanje u posebnim slučajevima rasporedi na poz. 2, može se promijeniti vizualni utisak prilikom promatranja stakla. Osim toga smanjuje se stupanj prolaznosti ukupne energije, g-vrijednost izolacijskog stakla, za oko 2-3 %. Trenutno se primjenjuje pretežni udio izolacijskog ostakljenja u području stakla s toplinskom izolacijom.

Toplinsko zračenje iznosi oko 2/3, a toplinska vodljivost i konvecija ukupno iznose 1/3 toplinskog gubitka. Bitno za toplinski gubitak je dakle toplinsko zračenje a time i sposobnost emisije staklene površine. To iznosi oko e = 0,85 kod stakla na koja nije nanesen izolacijski sloj, tj. pojednostavljeno to znači oko 85% topline se isijava na staklenoj površini. Jednim sasvim tankim metalnim slojem (debljine od samo 10 nm = 1/00.000 mm) ova se mogućnost emisije smanjuje na oko e = 0,04, a da se ne utječe na optički vidljivu propusnost svjetla kroz staklo. Stoga se stakla/izolacijsko premazivanje nazivaju i Iow-e stakla odnosno Iow-premazivanje (Iow-e = Iow-emission). Premazivanje je tako učinkovito budući da slojevi reflektiraju samo dugovalne toplinske zrake a propuštaju kratkovalne vidljive sunčeve zrake.

k051-urednistvo-STAKLO-03-400.gifSvatko poznaje ovaj efekt kod automobila koji je duže vremena bio na suncu: Kratkovalne sunčeve zrake prodiru kroz staklene površine, zagrijavaju sjedišta u automobilu koja pak reflektiraju dugovalne toplinske zrake. One se samo djelomično prodiranjem kroz staklene površine odbijaju, a unutarnji prostor postaje vruć. Premazivanjem sloja toplinske zaštite dio toplinskog zračenja koji izlazi van se značajno smanjuje.

Punjenje plinom i stupanj punjenja
Korištenjem plemenitih plinova kao što su argon, ksenon ili kripton koji su značajno teži od zraka dodatno se smanjuje udio gubitka iz konvekcije plina u prostoru između ploča.
S obzirom na tehniku proizvodnje stupanj punjenja plinom se ne može povećavati proizvoljno. S jedne strane, 90% punjenja plinom se može izvesti u laboratoriju, ali iskreno gledajući, u masovnoj proizvodnji stakala s toplinskom izolacijom, predstavlja još uvijek želju.
Kao što se iz tablice može prepoznati, kod stupnja punjenja plinom od 90%, SZR 16 mm i mogućnost emisije od en = 0,04 proizlazi Ug vrijednost od 1,2 W/m2K.

Brzo se prepoznaje: Što je stupanj punjenja veći, utoliko je niža = povoljnija Ug vrijednost.

  • Kod relativno skupljeg plemenitog plina kriptona i kod još puno skupljeg plina ksenona koji se ne može dobiti u većim količinama poboljšanje je posebno upečatljivo vrlo velikim stupnjevima punjenja.

Držači razmaka
Materijali držača razmaka se danas optimiraju kako bi se smanjio toplinski gubitak ovog toplinskog mosta („topli rub“). Umjesto aluminija ili pocinčanog čelika koristi se u tu svrhu umjetni materijal (npr. TIS-držač razmaka) ili plemeniti čelik. Time su moguća poboljšanja U vrijednosti za oko 0,1 W/m2K.

Uredništvo stručnog časopisa Korak

Literatura:
1. Brošura – STAKLO – izdavač “Gealan-Odjel za savjete arhitekata”

PODIJELI