TRANSPARENTNE OGRADNE POVRŠINE OBJEKTA

- INTELIGENTNA OSTAKLJENJA -

mr Amira Salihbegović, dipl.ing.arh.

»Projektovanje od spolja prema unutra, kao i od unutra ka spolja, stvara potrebne napetosti koje pomažu stvaranje

arhitekture. Pošto je unutrašnjost različita od spoljašnosti, zid - tačka promene - postaje arhitektonski događaj. Arhitektura

nastaje pri susretu unutrašnjih i spoljašnjih sila upotrebe i prostora. Ove unutrašnje sile i sile okoline su i opšte i posebne,

sveobuhvatne i okolnosne.»

Robert Venturi: Složenosti i protivrečnosti u arhitekturi, Građevinska knjiga, Beograd, 1999.god. str. 180.

Transparentne ogradne površine, mjesta su komuniciranja, “mijene“ i regulisanja tokova energije (svjetlosne, toplotne, zvučne) i drugih oprečnih zahtjeva na relaciji unutra-vani.Tretirajući ih kao materiju na putu ka svjetlosti, mogu doprinijeti da arhitektonski prostor, kao fizički “zahvaćeni“ prirodni prostor, bude udoban ili neudobnan. Kao specifično materijalizirana sredstava arhitekture predstavljaju, sa aspekta potrošnje energije, “slaba” mjesta kako u zimskom tako i ljetnom periodu.

Tri osnovna elemnta:

- Ostakljenje - Konstrukcija okvira - Ugradnja

Primarna funkcija

• osvjetljenje - kontrolisano

• provjetravanje - kontrolisano

• vizure – intima

Funkcije zaštite

• toplinska

• zaštita od sunca

• zvučna

• zaštita od vremenskih nepogoda, provala, požara

Dopunska funkcija

• upravljanje sunčevom energijom,

Kompoziciono-estetska dimenzija

NAJDINAMIČNIJA MJESTA GRANICA ARHITEKTONSKOG PROSTARANAJDINAMIČNIJA MJESTA GRANICA ARHITEKTONSKOG PROSTARA

FUNKCIJE TRANSPARENTNIH OGRADNIH POVRŠINAFUNKCIJE TRANSPARENTNIH OGRADNIH POVRŠINA

Sve civilizacije imaju svoje okvire prepoznavanja. Oni su kontakt unutrašnjih egzistencijalnih sila definisanih potrebama čovjeka i vanjskih sila, definisanih prirodnim i društvenim okruženjem. Transparentne ogradne površine su dio tih okvira, pa se njihov razvoj može pratiti kroz stilove u arhitekturi:Prvobitno su to bili mali otvori u masivnom zidu ili perforacije u kamenu tzv. Tranzene, koje susrećemo na hramovima starog Egipta, Mezopotamije, Krita, Mikene.. Puno odraz materije, prazno interval materije - otvor u zidu

Hram Luksor, Egipat (kraj XIV vijeka p.n.e.)

- Od pojedinačnih elementa otvora do zidova zavjesa

Kroz cijeli tok arhitektonskog stvaralaštva, uočava se prepoznatljiv slijed razvoja tretmana arhitektonskih elemnata otvora vezan za nivo materijalizacije, razvoj konstruktivnih koncepata , tehnologije

Nivo toplinse zaštite

Staragradnjado 80-tih

Do 1993Njemačka

Do 1995Njemačka

Važeći propis BiH

III klim.zona

Nisko-energets

kakuća

Pasivna kuća

Veličina Koeficijent prolaza toplote k (U) W/m2K

PROZOR 5,20 2,60 1,80 2,90-3,70 1,10 0,7

ZID 1,80 0,60 0,50 0,80 0,30 0,15

KROV 0,90 0,30 0,30 0,55 0,20 0,13

POD 0,80 0,55 0,50 0,65 0,35 0,25

NIVO TOPLINSKE ZAŠTITE POJEDINIH ELEMENATA OBJEKTA

Krov : 25-30%

PROZORI 25-30% gubitaka toplote!

Zidovi : 25-35%

Pod : 20%

Uticaj zračenja sunčeve energijeUticaj zračenja sunčeve energije

Refleksija Refleksija svjetlostisvjetlosti

Refleksija energijeRefleksija energije

Direktna Direktna transmisija transmisija energijeenergije

Apsorpcija energijeApsorpcija energije

Solarni Solarni faktorfaktor

PropuštanjePropuštanjesvjetlostisvjetlosti

Refleksija energijeRefleksija energije Refleksija energijeRefleksija energije

4

prozorskog stakla = 0,81 W/(m K)

U= 5,8 W/(m²K)

STAKLO DEB.4,0 CM

U = 2,9 -3,0W/(m²K)

a. staklo

b. međuprostor (zrak ili plin)

c. okvir

d. upijač vlage

e. unutrašnja zaptivka, butyl

f. vanjska zaptivka, thyokol

Razmjena toplote: kondukcijom i konvekcijom

1/3 (33%)

zračenjem 2/3 (67%)

Ostakljenje sa međuprostorom punjenim suhim zrakom - propusnost vidljivog djela spektra LT oko 85%,- vrijednost U=3,0 W/ m2K, - propusnost spektra infracrvenog zračenja oko 80%,- koef. emisije = 0,85 prozorskog stakla doprinosi velikim razlikama temperatura između površine stakla i unutrašnjeg zraka.

KONVENCIONALNO TERMOIZOLACIONO STAKLO

Sloj bizmut-oksid, SnO2, ZnO

Zaštitni sloj NiCr,TiO2

funkcionalni sloj srebra, Ag,bakar

Sloj bizmut-oksid, SnO2, ZnO

Float staklo

Spektralno selektivan materijal sa fototermičkom konverzijom. Karakteristika selektivnosti nanosa je odnos propusnosti svjetlosti i

energije (S=LT/g).

NISKOEMISIONO ( LOW-E ) TERMOIZOLACIONO STAKLO

Karakteristike:   - vrijednost koeficijenta prolaza toplote (U<1,5 W/m2K)   - propusnost svjetlosti (LT >70%)     - propusnost sunčeve energije (g >50%) i - indeks reprodukcije boje svjetlosti (Ra >97%)

- koef. emisije 0,04 - selektivnost (S=LT/g) niskoemisionog stakla sa mehkim premazom (SC Low-e) S=2; sa trvdim premazom (HC Low-e) S=1; sa srednje tvrdim premazom (MC Low-e) S=1-1,6;

 

 

1. unutrašnja površina stakla 

2. Low-e premaz 

3. vanjska površina stakla 

4. punjenje plemenitim plinom  5. Distancer 6. Unutrašnja zaptivka Butyl I vanjska zaptivka Thyokol

NISKOEMISIONO TERMOIZOLACIONO STAKLO

Vrijednost koef. prolaza toplote, U = 1,1 W/m2K sa međuprostorom punjenim argonom,a kriptonom ili xenonom vrijednost k=0,9 W/m2K .

 

Jednostruko staklo 4 mm

 Konvencionalno termoizolaciono staklo punjeno

zrakom

 Termoizolaciono

Low-e staklo, 4+12+4

punjeno zrakom

 

TermoizolacionoLow-e staklo,

4+12+4 punjeno plinom (argon)

 vani

-10°C

 unuta21°C

       T

stakla-2,3°C

 vani

-10°C

 unuta21°C

       T

stakla9°C

 vani

-10°C

 unuta21°C

       T

staklo15°C

 vanI

-10°C

 unuta21°C

       T

staklo17°C

 

U = 5,8 W/m2K

 

U=3,0 W/m2K

 

U=1,4 W/m2K

 

U = 1,1 W/m2K

 

Vrijednosti koeficijenta prolaza toplote za različite sistema ostakljenja

 

1. Unutrašnja površina stakla 2. Višeslojni, selektivni premaz (Low-e) 3. Vanjska površina stakla 4. Druga površina stakla sa premazom (Low-e)

5. Međuprostor punjen plinom (xenon) 6. Sredstvo za sušenje 7. Distancer Unutrašnja zaptivka Butyl Vanjska zaptivka Thyokol

Vrijednost koef. prolaza toplote, U= 0,4 W/m2K

NISKOENERGETSKA STAKLA

 

STAKLA U FUNKCIJI ZAŠTITE OD SUNCA

Apsorbujuća

Reflektujuća (polureflektujuća)

Visokoselektivna (Low-e) stakla za zaštitu od sunca:

- propusnost svjetlosti (LT > 40%) - propusnost sunčeve energije (g <50%) - indeks reprodukcije boje svjetlosti (Ra >70%)- vrijednost koeficijenta prolaza toplote( U<1,5 W/m2K )

Karakteristike ostakljenja : selektivnost (S=1,24-2,0), propusnost iz područja vidljivog dijela spektra 40- 68%, propusnost sunčeve energije 27-45 % , vrijednost koef. prolaza toplote U=1,1W/m2K

 

1. Unutrašnja površina stakla

2. Vanjska povešina stakla

3. Višeslojni,selektivni premaz (Low-e)

4. Međuprostor punjen plinom-argon

5. Sredstvo za sušenje

6. Distancer

Unutrašnja zaptivka- Butyl

Vanjska zaptivka- Thyokol

VISOKO SELEKTIVNA ( LOW-e) STAKLA ZA ZAŠTITU OD SUNCA

INTELIGENTNA OSTAKLJENJA

Predstavljaju odraz mogućnosti regulisanja optičkih karakteristika stakla, odnosno materijala integrisanih u sisteme ostakljenja

Složeni visoko sofisticirani sistemi koji reaguju promjenom boje i optičkih karakteristika usljed djelovanja:

- prirodnih “signala” (svjetlost i toplota sunca), - električnog toka ili - kombinacijom jednog i drugog

Promjena boje i optičkih karakteristika ostakljenja posljedica su oslobađanja elektrona iz premaza, tvari, različitih hromatskih materijala. Ovisno od mehanizma koji inicira promjene u ostakljenju razlikuju se :

- termohromatska - fotohromatska - elektrohromatska i - ostakljenja sa tečnim kristalima

Takvi sistemi reaguju na časovne, dnevne i sezonske klimatske promjene i nazivaju se i optički prelazni sistemi ili fotosenzitivna ostakljenja

SISTEMI OSTAKLJENJA SA TERMOHROMATSKIM STAKLOM

Termohromatska stakla reaguju na toplotnu energiju sunca, tako što tamne tj. prelaze od stanja providnosti do stanja difuzne bjeline. Pojava je automatska i reverzibilna.

Ostakljenja sa evakuiranim aerogelom djeluju kao transparentni sendvić panel (staklo-aerogel-staklo). Aerogel debljine 20mm ima vrijednost U=0,65 W/m2K, a vrijednost transmisije svjetlosti LT oko 70%.

Aerogel je najlakši poznati tvrdi materijal, silikatna čvrsta supstanca koja sadrži 99,8% zraka. Često se naziva zamrznuti dim ili modri dim. Veoma je krhak, ima najveću vrijednost toplotne izolacije, najnižu gustoću i najnižu zvučnu provodljivost. Krut je na lagani dodir, a mekan na čvrsti.

2,5kg teška opeka na jednom 2g laganom aerogelu

SISTEMI OSTAKLJENJA SA FOTOHROMATSKIM STAKLOM

Fotohromatska stakla reaguju na sunčevu svjetlost. Imaju dobre karakteristike u pogledu redukcije vidljivog dijela spektra, ali ne i infracrvenog zračenja.

Ona mogu da potamne više u zimskom periodu, kada je sunce niže i zraci intezivniji, nego u ljetnom periodu, što je osnovni nedostatak ovog stakla.

Ova tehnologija je u razvojnoj fazi i dosegla je komercijalni nivo za male površine stakla (naočale, automobile).

Transparentni provodnik 450nm 1800nmElektroda 400nm

Elektrolit-jonski provodnik 100nm

Elektrohromatski sloj 400nm

Transparentni provodnik 450 nm

Staklo

ElektrohromatskI film /otvoreni sistem/

SISTEMI OSTAKLJENJA SA ELEKTROHROMATSKIM STAKLOM

Ostakljenja sa elektrohromatskim staklom su aktivini, reverzibilni sistemi sa prolazom malog električnog toka. Pri tome se transparentnost ogradnih površina mijenja od providnog do potpuno zatamnjenog, ili bilo koje nijanse između.

Primjer ostakljenja sa elektrohromatskim staklom, otvoreni sistem

Promjena boje elektrohromatskih sistema ostakljenja posljedica je elektrohemijskih reakcija u materijalima koji čine ovaj složeni sistem: transparentni provodnik, WO3-elektrohromatski sloj, elektroliti - organske ili neorganske tekućine i soli, WO3 bronze - kao drugi elektrohromatski nanos i transparentni provodnik

 

Kada se sistem uključi na niski napon, aktivira se kretanje jona iz suprotno-elektrodnog sloja prema elektrohromatskom sloju. Dolazi do promjene boje, te sistem ostakljenja postaje reflektivan. Isključenjem iz napona, prouzrokuje se vraćanje jona i sistem ostakljenja ponovo postaje transparentan.

 

«Smart Windows» - ostakljenje sa elektrohromatskim staklom (zatovreni sistem)

ProizvodPropusnost

solarne energije %

LT %

Koeficijent osjenčenja b

( g/0,80)

Smart staklo

Obojeno7 13 0,21

bezbojno 31 40 0.48

Reflektujuće, bronza staklo 5 10

0, 27

Reflektujuće, plavo staklo

32 40 0.57

SISTEMI OSTAKLJENJA SA TEČNIM KRISTALIMA

Ostakljenja sa tečnim kristalima, u normalnom (“off” stanju), su djelimično prozirna, mliječno bijela. Kada se uključi električna energija (“on” stanje) ostakljenja postaju neznatno mutna, providna.

Efekat promjene boje baziran je na polarizaciji svjetlosti između dva filma, koji zatvaraju sloj sa sićušnim, polimer-disperzivnim, tečnim kristalima. Ovaj sklop lameliran je između dvije termički obrađene površine stakla. Oba lica filma su prekrivena transparentnim, elektro-provodnim zaštitnim slojem, koji je priključen na električno napajanje niskog napona.

stanje “on”

stanje “off”

Ostakljenje sa tečnim kristalima

Sistemi ostakljenja sa hromatskim materijalim su u funkciji menadžmenta energije:

• ravnomjernog osvjetljenja,• smanjenja bljeska,• optimalnih toplinskih karakteristika objekta i • kontrole solarne energije.

Energetska efikasnost zasnovana je na broju slojeva, karakteristikama stakla, premaza i materijala između površina stakla, te mogućnosti elektronskog upravljanja.

Sistemi ostakljenja sa fotonaponskim ćelijama (photovoltaic-PV) čine jednu posebnu oblast. Ovi sistemi omogućavaju aktivno korištenje energije sunca i njeno pretvaranje u električnu energiju.

S obzirom na tehnologiju solarnih ćelija postoji više grupa fotonaponskih modula:

-Monokristalni modul, stepen korisnog djelovanja od 14%-18%. - Polikristalni modul, stepen korisnog djelovanja oko 14% - Amorfni modul, stepen korisnog djelovanja od 5-7 % , - Tankoslojni modul (film od CuInSe2) u laboratorijskim uslovima može se postići stepen korisnog djelovanja do 16% na manjim površinama, dok proizvodne vrjednosti nisu veće od 8%.

Kristalne solarne ćelije su najčešće upotrbljavana vrsta. Proizvode se u obliku diskova debljine od 0.4 mm i veličine od 10/ 10 cm do 15 /15cm. Jedna takva solarna ćelija ima snagu oko 1,5 W i napon oko 0,5 V, pri punom zračenju.

OSTAKLJENJA SA FOTONAPONSKIM ĆELIJAMA

Fotonaponski moduli formiraju sklopove koji se ugrađuju između površina stakla, tako da čine jedinstven sistem.

Prikaz fotonaponskih modula

Ostakljenja sa polutransparentnim i netransparentnim (u parapetima) fotonaponskim sistemima

Prema sastavu komponenti PV modula razlikuju se:- transparentni - translucentni (polutransparenti) i - netransparentni sistemi

Procenat transmisije svjetlosti koji se može postići kroz transparentne i translucentne sisteme, ovosno o orjentaciji, kreće se između 4%-30%.

“ASITHRU” Polutransparentni sistem

Polutransparentne amorfne solarne ćelije, proizvedene djelimičnim odstranjivanjem (pomoću lasera) površina tankog filma, poznate su kao ASI-stakla. Odstranjivanjem tankog filma formiraju se providne i neprovidne trake, što doprinosi dojmu poluotvorene roletne.

“ASIOPAK”, Netransparentni sistem

Primjeri ostakljenja sa polutransparentnim amorfnim solarnim ćelijama

Energetska efikasnost ovih sistema ostakljenja pored, veličine, orijentacije, nagiba površina, ovisi od vrste komponenti solarnih ćelija.

Istraživanja u pogledu materijalizacije

transparentnih struktura omotača objekta uvijek su

aktuelna. Konzorcij partnera industrije i

istraživačkih instituta pod poroviteljstvom

Federalnog ministarstva ekonomije i rada iz Njemačke u sklopu

projekta VIG (vakuumirana izolaciona stakla) je 2005

godine ispitalo mogućnosti proizvodnje vakumiranog ostakljenja

sa toplinskim karakteristikama k<0,04

W/m2K .

Vakumirana ostakljenja

Efektivno korištenje energije sunca, uz primjenu tehničko-tehnoloških dostignuća u pogledu materijalizacije transparentnih ogradnih površina može biti put stvaranja kvalitetnog ambijenta, uštede energije i otmjenijeg načina života na Zemlji.

Na planu revizije odnosa društva naspram prirode, obavezujuća je primjena arhitektonsko-fizkalnih parametara koji definišu klimu arhitektonskog prostora. Transparentne ogradne površine imaju ključnu ulogu pri stvaranju kvalitetnog ambijenta, koji je u harmoničnom odnosu sa prirodnim okruženjem. Gubitke energije, svojstvene kod konvencionalnog načina materijalizacije transparentnih ogradnih površina i uobičajenog dizajna prirodnog osvjetljenja, neophodno je reducirati.

ARHITEKTONSKI PROSTOR DEFINISAN EGZISTENCIJALNIM POTREBAMA ČOVJEKA

(psihološko-fiziološkim i estetskim)

PRIRODNO I DRUŠTVENO OKRUŽENJE

(klima, zračenje sunca, atmosferski uticaji...,društveno-ekonomski uticaji, nivo tehnike i tehnologije, kulturološki, ekološki...)