inteligentna ostakljenja

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 unutravani.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
FUNKCIJE TRANSPARENTNIH OGRADNIH POVRŠINA
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 PROSTARA
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
Stara
gradnja
do 80-tih
Veličina
Do 1993
Do 1995
Njemačka
Njemačka
Važeći
propis
BiH
III klim.
zona
Niskoenergets
ka
kuća
Pasivna
kuća
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%
Zidovi : 25-35%
Pod : 20%
PROZORI 25-30% gubitaka toplote!
Uticaj zračenja sunčeve energije
Propuštanje
svjetlosti
Refleksija
svjetlosti
Direktna
transmisija
energije
Refleksija energije
Apsorpcija energije
Refleksija energije
Refleksija energije
Solarni
faktor
4
STAKLO DEB.4,0 CM
λ prozorskog stakla = 0,81 W/(m K)
U= 5,8 W/(m²K)
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%)
KONVENCIONALNO TERMOIZOLACIONO STAKLO
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 ε = 0,85 prozorskog stakla doprinosi velikim razlikama temperatura
između površine stakla i unutrašnjeg zraka.
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%)
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).
- koef. emisije≈ε 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
vani
-10°C
unuta
21°C
T
stakla
-2,3°C
U = 5,8 W/m2K
Konvencionalno
termoizolaciono
staklo punjeno
zrakom
vani
-10°C
unuta
21°C
T
stakla
9°C
U=3,0 W/m2K
Termoizolaciono
Low-e staklo,
4+12+4
punjeno zrakom
vani
-10°C
unuta
21°C
T
staklo
15°C
U=1,4 W/m2K
Termoizolaciono
Low-e staklo,
4+12+4 punjeno
plinom (argon)
vanI
-10°C
unuta
21°C
T
staklo
17°C
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
premazom (Low-e)
stakla
sa
5. Međuprostor punjen plinom
(xenon)
6. Sredstvo za sušenje
7. Distancer
Unutrašnja zaptivka Butyl
Vanjska zaptivka Thyokol
NISKOENERGETSKA STAKLA
Vrijednost koef. prolaza toplote, U= 0,4 W/m2K
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 )
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
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
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).
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.
Transparentni provodnik 450nm
Elektroda 400nm
1800
nm
Elektrolit-jonski provodnik 100nm
Elektrohromatski sloj 400nm
Transparentni provodnik 450 nm
Staklo
ElektrohromatskI film /otvoreni sistem/
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, WO3elektrohromatski 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 suprotnoelektrodnog 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)
Propusnost
solarne
energije %
LT
%
Koeficijent
osjenčenja b
( g/0,80)
7
13
0,21
bezbojno
31
40
0.48
Reflektujuće, bronza staklo
5
10
0, 27
Reflektujuće, plavo staklo
32
40
0.57
Proizvod
Smart
staklo
Obojeno
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.
stanje “on”
stanje “off”
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.
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.
OSTAKLJENJA SA FOTONAPONSKIM ĆELIJAMA
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.
Fotonaponski moduli formiraju sklopove koji se ugrađuju
između površina stakla, tako da čine jedinstven sistem.
Prikaz fotonaponskih modula
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%.
Ostakljenja sa polutransparentnim i netransparentnim
(u parapetima) fotonaponskim sistemima
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.
“ASITHRU” Polutransparentni
sistem
“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.
Vakumirana ostakljenja
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 .
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.
Efektivno korištenje energije sunca, uz primjenu tehničkotehnoloških dostignuća u pogledu materijalizacije
transparentnih ogradnih površina može biti put stvaranja
kvalitetnog ambijenta, uštede energije i otmjenijeg načina
života na Zemlji.
PRIRODNO I DRUŠTVENO OKRUŽENJE
(klima, zračenje sunca, atmosferski uticaji...,društveno-ekonomski uticaji, nivo
tehnike i tehnologije, kulturološki, ekološki...)
ARHITEKTONSKI PROSTOR DEFINISAN
EGZISTENCIJALNIM POTREBAMA ČOVJEKA
(psihološko-fiziološkim i estetskim)

Download Report