Facebook

Szkła cięcie gięcie

Z:A 78

KATEGORIA: Temat wydania

Szkło jest materiałem stosowanym we współczesnej architekturze chętnie i często. Nowe czasy wymagają jednak nowych rozwiązań, a to materiał na tyle elastyczny, że nadąża za potrzebami projektowymi.

Szkło w trzech wymiarach

Szkło gięte nie jest w Polsce standardem, ale pojawia się zarówno we wnętrzach, jak i przeszkleniach fasadowych. O ile wykonanie pojedynczej tafli szkła giętego do zastosowań wewnętrznych jest proste, o tyle w przypadku przeszkleń zewnętrznych i ciepłych to proces bardziej skomplikowany. Najczęściej wykorzystuje się w tym celu tzw. gięcie grawitacyjne, podczas którego materiał ułożony w piecu komorowym, podgrzany do wysokiej temperatury, dopasowuje się kształtem do zastosowanej formy. Dzięki tej technologii możemy wygiąć szkło monolityczne nawet w małych promieniach, np. w przypadku tafli o grubości 4 mm może to być nawet 100 mm. Jeżeli myślimy o szybach giętych w fasadzie zewnętrznej, to wykorzystuje się do tego specjalne piece, które jednocześnie potrafią uformować taflę do wymaganego kształtu, a następnie zahartować. Gięcie tego materiału wykorzystywanego na elewacjach jest większym wyzwaniem, gdyż mamy do czynienia ze szkłem powlekanym i promienie gięcia zaczynają się tu od 2000 mm, a wymiar maksymalny tafli oferowany na rynku nie przekracza najczęściej 2400 x 4200 mm. Należy przy tym pamiętać o starannym doborze technologii wykonania, ponieważ powłoki powinny znajdować się raczej po stronie wklęsłej wygiętego produktu, aby uniknąć problemów wizualnych. Zespalanie szyb giętych wymaga dużej dokładności, obszernej przestrzeni produkcyjnej oraz czasu, co z kolei wpływa na cenę wyrobu końcowego, która jest wielokrotnie wyższa od standardowej płaskiej szyby zespolonej. Tańszym rozwiązaniem, pojawiającym się w projektach elewacji, może być zastosowanie technologii gięcia na zimno. W tym przypadku konieczna jest dokładna analiza naprężeń w szkle oraz uszczelnienie. Geometria wygięcia, ze względu na granice wytrzymałościowe, będzie cechować się dużymi promieniami. Szyby gięte wyglądają bardzo efektownie, warto jednak zaznaczyć, że zharmonizowana norma europejska na szyby zespolone EN 1279 obejmuje swoim zakresem tylko szkło płaskie. Oznacza to, że szyby zespolone gięte nie są objęte znakowaniem CE. Producent może deklarować w tym zakresie zgodność, jednak bardzo ważna jest norma zakładowa, gdzie podane są wszystkie parametry i tolerancje, które powinna spełniać dostarczona szyba.

Foyer filharmonii w Hamburgu, proj. pracowni Herzog & de Meuron, fot. Piotr Żabicki

Szkło próżniowe

Obecne wymagania termiczne stawiane dla przegród szklanych przez Warunki Techniczne wymuszają stosowanie szyb zespolonych dwukomorowych. Taki zestaw nawet w podstawowej konfiguracji osiąga grubość 44 mm oraz wagę 30 kg/m2. Ciekawą alternatywą dla zwykłych szyb może być szkło próżniowe zbudowane z dwóch tafli, które oddziela 0,2 mm próżni. Ta warstwa izolacyjna jest utrzymywana dzięki drobnej siatce z krążków dystansowych (0,5 mm średnicy – widoczne z bliska) W każdej szybie znajduje się również mały zaworek, przez który usuwa się zbędne powietrze. Jedna z tafli powinna mieć powłokę niskoemisyjną poprawiającą parametry termiczne. Takie szkło może mieć grubość 6,2 mm i osiągnąć współczynnik 0,9 W/m2K, a bardziej zaawansowana wersja o grubości 8,2 mm uzyskuje 0,7 W/m2K. Szkło próżniowe jest znacznie cieńsze oraz lżejsze od standardowych szyb i dobrze sprawdzi się np. w obiektach zabytkowych, gdzie konieczne może być zachowanie starych ram okiennych z pojedynczymi taflami szkła. Ze względu na skomplikowany proces produkcji występują tu ograniczenia wymiarowe, co oznacza, że szyby nie mogą obecnie przekraczać wymiaru 2400 x 1500 mm. Szkło próżniowe bywa wykorzystywane jako element składowy szyby zespolonej jednokomorowej, może ona wtedy uzyskać parametr Ug nawet 0,5 W/m2K, czyli taki, jakim charakteryzują się szyby dwukomorowe.

Przezierne panele fotowoltaiczne

Skrót BIPV (Building Integrated Photovoltaics) oznacza rozwiązania fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem, a pojęcie to odnosi się do tych elementów, które zostały ulepszone o możliwość generowania energii, np. szyby fasadowe, okna, świetliki. Półprzezroczyste panele fotowoltaiczne zwykle wykonane są na bazie ogniw krzemowych monokrystalicznych, zlaminowanych pomiędzy warstwami szkła, gdzie ogniwa zajmują tylko część powierzchni, charakteryzują się więc przepuszczalnością światła. Mogą być dostarczane zarówno jako pojedyncze tafle laminowane, jak i w szybach zespolonych, co zapewnia wyjątkowe połączenie atrakcyjnego wyglądu, przepuszczalności światła, doskonałych parametrów izolacyjności termicznej oraz wysokiej sprawności przetwarzania energii. Standardowe ogniwa laminowane w szkle mają zwykle kształt kwadratów, jednak ciekawszym rozwiązaniem mogą być produkty z ogniwami w kształcie poziomych cienkich pasków. W przypadku BIPV pojedyncze moduły fotowoltaiczne o wymiarach 10,85 x 157 mm łączone ze sobą w poziome pasy rozłożone są równomiernie na powierzchni szyby, z daleka wyglądają podobnie do szkła z poziomymi pasami sitodruku. Przy elementach nieprzeziernych, np. w pasach stropowych, stosuje się spandrele BIPV. Gwarantują one całkowite pokrycie modułami fotowoltaicznymi przeszkleń pasów międzykondygnacyjnych, są atrakcyjnym architektonicznie, nieprzezroczystym rozwiązaniem o wysokiej gęstości i średniej efektywności energetycznej modułu (na poziomie 20%). Spandrele fotowoltaiczne zostały zaprojektowane jako uzupełnienie oferty produktów półprzezroczystych, pozwalają one na zwiększenie ogólnej wydajności energetycznej budynku. Obecnie trwają prace nad nowymi technologiami półprzeziernych ogniw fotowoltaicznych. Jedną z możliwości jest wykorzystanie perowskitu, którego charakterystyczna struktura sprawia, że idealnie nadaje się do budowy nisko kosztowych i wydajnych ogniw fotowoltaicznych. Nowością i rewolucją w dziale fotowoltaiki jest też technologia kropki kwantowej. Takie moduły są całkowicie przezierne i na pierwszy rzut oka nie różnią się od zwykłej szyby okiennej. Na czym polega ta technologia? Kropki kwantowe to małe półprzewodniki o wielkości kilku, kilkudziesięciu nanometrów, mają większą sprawność od krzemu i nie tracą jej z upływem czasu, a w porównaniu do perowskitu są bardziej stabilne. Dodatkową zaletą jest możliwość emitowania światła. Do rozwoju tej technologii potrzebne są jednak zaawansowane technologicznie mikroskopy elektronowe (ze względu na bardzo małe rozmiary kropek kwantowych).

West Midtown Ferry Terminal, Nowy York, architekt William Nicholas Bedouva + Associates. fot. Pilkington IGP

Balustrady całoszklane mocowane dołem

Szkło jest popularnym materiałem stosowanym w balustradach, niezakłócającym odbioru całego projektu. Szczególnie lekko i elegancko wyglądają te całoszklane, przytwierdzane wzdłuż dolnej krawędzi. Mocowanie odbywa się najczęściej dzięki specjalnej systemowej szyny, w którą wsuwa się szkło, lub za pomocą punktowych rotul. Ze względu na obowiązujące przepisy w tego typu balustradach stosuje się szkło laminowane, złożone z dwóch warstw materiału hartowanego lub wzmacnianego termicznie, pomiędzy którymi znajduje się najczęściej folia PVB. Grubość szkła dobiera się w zależności od obciążenia właściwego dla danego typu obiektu, np. dla domu prywatnego to minimum 2 x 8 mm, w przypadku budynków użyteczności publicznej lub biurowych – 2 x 10 mm, a wszędzie tam, gdzie obciążenia mogą być większe, wynosi nawet 2 x 12 mm lub 2 x 15 mm. W Polsce nie ma dokładnych przepisów odnośnie do stosowania pochwytów, jednak przy dużych obciążeniach i szczególnie w miejscach, w których możliwe jest gromadzenie się tłumu, zaleca się mocowanie pochwytu na górnej krawędzi szkła. Folia PVB, standardowo używana w szybach laminowanych, ma zmienne właściwości zależne od temperatury otoczenia oraz typu obciążenia, więc obliczenia statyczne wykonuje się dla najtrudniejszego przypadku (jakby tafle szkła w ogóle nie były ze sobą połączone). Folie PVB są dostępne w różnych kolorach, co zapewnia możliwość dostosowania się do wizji architekta. Jeżeli chcemy zmniejszyć grubość szkła laminowanego, możemy użyć specjalnej folii opartej na jonomerach, zapewniającej pełną „współpracę” tafli szkła niezależnie od warunków termicznych czy obciążeniowych. Grubsze szkło, wykorzystywane w takich balustradach, może mieć delikatnie zielonkawy odcień, ze względu na obecność tlenku żelaza. Jeżeli chcemy uzyskać neutralny efekt, to szkło odżelazione będzie idealnym wyborem.

Żebra szklane konstrukcyjne

Żebra szklane jako przezierny element konstrukcyjny wyglądają niezwykle efektownie. Takie rozwiązanie stosuje się głownie w przypadku zaawansowanych systemów punktowego mocowania szkła. Pojawiają się one również w klasycznym systemie fasadowym, gdzie mogą zastąpić aluminiową puszkę słupa. W przypadku systemów mocowanych punktowo żebra bywają wykonane z pojedynczego szkła hartowanego z testem HST (zwykle w grubości 19 mm) lub ze szkła hartowanego laminowanego w grubościach przykładowych 2 x 10 mm lub 2 x 12 mm. Układ statyczny żeber zależy od typu i wielkości fasady – elementy mogą być mocowane przy jej podstawie lub podwieszane w górnej części. Elementy mocujące wykonane ze stali nierdzewnej w połączeniu ze szkłem wyglądają estetycznie. Ograniczeniem wymiarowym przy produkcji żeber bywają możliwości technologiczne hartowania szkła, gdyż stosunek długości boków nie powinien przekraczać 1:10 (czasem 1:13). Przy projektach wymagających dłuższych elementów konstrukcyjnych można zastosować łączenie żeber za pomocą specjalnych płyt stalowych i mocowań punktowych. W przypadku dużych obciążeń żebro wykonane będzie jako szkło laminowane na folii zapewniającej większą stabilność i pełną współpracę tafli składowych.

Żebra szklane jako element dekoracyjny

W przypadku żeber szklanych stosowanych jako dekoracja zewnętrzna należy zwrócić uwagę na mocowanie oraz obliczenia materiału. Takie elementy są mocowane tylko po jednej pionowej krawędzi, więc układ statyczny będzie podobny do balustrady całoszklanej, na którą działa tylko obciążenie wynikające z działania wiatru. Stosuje się tu również szyby laminowane ze szkła hartowanego lub wzmacnianego termicznie (o grubości zależnej od obciążeń) w zestawach 2 x 6 mm lub 2 x 8 mm. Kolory żeber dekoracyjnych można uzyskać za pomocą folii kolorowych lub sitodruku wykonanego według dowolnego wzoru.

Filharmonia w Hamburgu, proj. pracowni Herzog & de Meuron, fot. Piotr Żabicki

Narożniki całoszklane w elewacjach

Współczesna architektura to duże przeszklenia na całą wysokość kondygnacji, gdzie elementy konstrukcyjne nie są mile widziane. Dąży się do minimalizacji ram, słupów i rygli, nie zawsze jest to jednak osiągalne. Możemy ewentualnie zrezygnować ze słupa fasadowego w narożniku elewacji. W takim miejscu łączymy dwie sąsiednie szyby zespolone pod kątem 90 stopni bez dodatkowych elementów nośnych. Ze względu na odkryte krawędzie obie narożne szyby muszą być uszczelnione specjalnym silikonem strukturalnym, odpornym na działanie promieniowania UV. Zazwyczaj jedna z szyb zespolonych ma zewnętrzną taflę większą o kilkadziesiąt milimetrów wzdłuż krawędzi styku, aby zakryć równą krawędź drugiej szyby. Jest to tzw. step – zaczerniony silikonem używanym do uszczelnienia szyby, więc z zewnątrz widać tylko czarny pas o szerokości około 70–80 mm. Szkło do takich narożników należy sprawdzić pod kątem statyki i dobrać zgodnie z zaleceniami dostawcy. Stepowana tafla zewnętrzna powinna być szkłem hartowanym o odpowiedniej grubości, a klejenie szyb trzeba przeprowadzić na budowie za pomocą silikonu strukturalnego jednoskładnikowego. Wykonawcy stosują często do tego zwykły silikon pogodowy, takie rozwiązanie może okazać się jednak niewystarczające, szczególnie przy większych wymiarach lub znacznych obciążeniach wiatrem. Dobre połączenie zapewnia odpowiednią pracę szyb i trwałość całego rozwiązania. W przypadku bardzo dużych obciążeń i wymiarów konieczne może okazać się wstawianie wewnątrz narożnika dodatkowych stalowych wzmocnień w postaci kątownika, jednak nie wpływa to na końcowy efekt estetyczny. Aby uniknąć przemarzania narożnika, pomiędzy spoinami silikonowymi należy umieścić materiał termoizolacyjny. Zaleca się zamówienie szyb zespolonych z ciepłymi ramkami dystansowymi.

Jonsvollskvartalet – budynek biurowy w Bergen, proj. Arkitektgruppen Cubus AS i Brandsberg-Dahl Arkitekter AS, fot. Øystein Klakegg, mat. Pilkington IGP

Szkło widoczne dla ptaków

Każdego roku na całym świecie miliardy ptaków giną lub zostają ranne w zderzeniu ze szklanymi powierzchniami. Zielone siedliska wewnątrz budynków, m.in. przeszklone atria, mogą stanowić dla nich pułapkę. Szklane narożniki lub wąskie przejścia zachęcają ptaki do próby spenetrowania siedliska, znajdującego się po drugiej stronie budynku. Odbijanie się w szybach roślinności, nieba i innych budynków (efekt tzw. lustra) może być dla zwierząt złudne. Ptaki w locie nie są w stanie odbierać sygnałów wzrokowych z otoczenia i zlokalizować ram okien, które wskazują na położenie szyby, tak jak potrafiłby rozróżnić te elementy człowiek. W przeciwieństwie do ludzi widzą one światło w widmie ultrafioletowym i na tej zasadzie zostały oparte najnowsze rozwiązania. Specjalne szkło, z wzorzystą powłoką wzmacniającą odbicie UV, powoduje zaburzenie refleksów świetlnych, dzięki czemu ptak może zauważyć barierę. Jednocześnie od wewnątrz powłoka pozostaje ledwo widoczna dla ludzkiego oka. To innowacyjne szkło zostało dokładnie sprawdzone przez Martina Rösslera w stacji obrączkowania ptaków, w austriackim Hohenau, oraz pomyślnie przeszło test WIN – szczegółowy proces miary zachowania ptaków lecących w kierunku odbić, występujących na szkle. Podczas tego badania ptak wypuszczany jest do tunelu, na którego końcu znajdują się obok siebie różne produkty szyby: pokryta oznakowaniem oraz bez niego. Ptak wybiera kierunek, który uważa za lepszy. Warto zaznaczyć, że tego typu test jest całkowicie bezpieczny, przed szybami umieszczono bowiem specjalną siatkę ornitologiczną. Oprócz zderzeń ptaków, wynikających z występowania na szybie odbicia, inną znaną przyczyną kolizji jest przejrzystość powierzchni. Ptaki usiłują pokonać szklaną ścianę, aby uzyskać dostęp do potencjalnie atrakcyjnych dla nich miejsc znajdujących się wewnątrz lub po drugiej stronie budynku. Takie „przeloty” i kolizje są przyczyną negatywnego wpływu na niektóre obiekty i większość ekranów akustycznych oraz wiat przystankowych. Podczas gdy szkło ze specjalną wzorzystą powłoką może zredukować świetlne refleksy i odbicia, które są przyczyną zderzeń, szkło z sitodrukiem może być bardziej odpowiednie, kiedy za kolizję z budynkiem odpowiada głównie tzw. przelot. W tej technologii nanoszona jest na szkło emalia w dowolnym wzorze. Na podstawie różnych badań zostały zidentyfikowane parametry kluczowe dla tych szablonów, aby zapewnić widoczność dla ptaków: wzory powinny pokrywać całą powierzchnię (naklejane jastrzębie się nie sprawdzają) oraz nie mogą być oddalone od siebie bardziej niż o 2 cale w poziomie lub 4 cale w pionie.

Rzeźbiarska fasada Centrum Kultury i Sztuki K11 wykonana z 475 szklanych rur o wys. 9 m, proj. SO-IL, Hongkong, Chiny, fot. ot. Kris Provoost / Pilkington IGP

Szkło w walce z COVID-19

 Ze względu na epidemię koronawirusa przez ostatni rok wiele się zmieniło w naszym życiu. Więcej pracy zdalnej, mniej kontaktu osobistego. Zmieniły się pewne przyzwyczajania i zachowania. Modyfikacji uległy też wnętrza. W sklepach, urzędach, biurach pojawiły się przegrody, najczęściej wykonane z plastiku – nie zawsze estetyczne i rzadko spełniające swoją funkcje jako bariery sanitarne. Ciekawym pomysłem na takie przegrody (ale również do wszystkich przeszkleń narażonych na dotyk) może być szkło antymikrobowe. Jest ono powlekane transparentną powłoką fotokatalityczną, która pod wpływem ekspozycji na promieniowanie UV zapewnia ochronę przed bakteriami i wirusami. Testy wykazały, że powłoka zachowuje swoje właściwości nawet 2 godziny po zakończeniu ekspozycji na słońce, obniżając tym samym ryzyko przenoszenia drobnoustrojów. Szkło antymikrobowe może być używane we wszystkich miejscach, w których „narażone” jest na dotyk: w szpitalach, obiektach służby zdrowia, budynkach opieki, szkołach i uczelniach, sklepach, hotelach, biurowcach, ogrodach zoologicznych, lotniskach, bibliotekach, transporcie publicznym itp. Ten nowy standard w stosunku do typowej przeszklonej powierzchni zapewnia zdrowsze, czystsze i bezpieczniejsze otoczenie. Jak to działa? Szkło wykorzystuje powłokę na bazie TiO2 osadzoną bezpośrednio na powierzchni szkła podczas procesu produkcyjnego. Powłoka aktywuje się, kiedy jest wystawiona na działanie promieniowania UV ze światła naturalnego lub z urządzeń. Następnie reaguje z parą wodną zawartą w powietrzu w procesie fotokatalitycznym, w którym powstają reaktywne formy tlenu. Zapewniają one szereg funkcji, w tym możliwość rozłożenia organicznych osadów. Gdy powlekana powierzchnia jest poddawana dezynfekcji UV, jej skuteczność jest zwiększona, a w niektórych przypadkach nawet podwojona, w porównaniu ze szkłem niepowlekanym. Mimo że szkło to materiał z długą przeszłością, ciągle ewoluuje i pokazuje w architekturze różne, często zaskakujące oblicza. Architekci je lubią, bo przez swą przezierność łączy dwa przeciwieństwa: dzieli i integruje. Pomaga uzyskać efekt lekkości i daje sporo możliwości architektonicznej kreacji. Dlatego jest przed nim jeszcze w architekturze obiecująca przyszłość.

Szymon Piróg
Szymon Piróg

inżynier budownictwa, kierownik Biura Doradztwa Technicznego, prelegent na konferencjach branżowych i szkoleniowiec; odpowiedzialny za wsparcie techniczne dla architektów i klientów na rynku krajowym oraz rynkach eksportowych w Pilkington Polska; z NSG Group związany od 2006 roku

reklama

Warto przeczytać