Fasady ze szkła o zmiennych właściwościach optycznych
46
W ciągu ostatnich kilkunastu lat obserwujemy dynamiczny rozwój
inżynierii materiałowej. Wśród wielu innowacyjnych rozwiązań uwagę
zwraca grupa materiałów o zmiennych właściwościach fizycznych. Okre-
ślane są anglojęzycznym terminem
smart
, który najczęściej (niezbyt traf-
nie) tłumaczony jest na język polski jako „inteligentne”
1
. Charaktery-
zują się zdolnością do reagowania na zmiany w otoczeniu wywoływane
określonym impulsem, np. termicznym, świetlnym, chemicznym, elek-
trycznym. Wówczas w ich wewnętrznej strukturze materiału zachodzi
natychmiastowa i przewidywalna zmiana
2
.
Materiały typu smart stosowane są coraz szerzej w różnych dziedzinach
przemysłu, np. elektronicznym, sportowym, medycznym, motory-
zacyjnym. Ich wykorzystanie w budownictwie jest jeszcze relatywnie
niewielkie. Najliczniej reprezentowane są w grupie szkieł budowla-
nych, które dzięki nowoczesnym technologiom mają zdolność regulacji
dostępu promieniowania słonecznego. Ta cenna właściwość pozwala
efektywniej niż dotychczas gospodarować w budynku energią ciep-
lną i świetlną pochodzącą ze słońca. Szkła tego rodzaju nazywane są
w języku angielskim
switchable glass
, co oddaje sposób ich działania.
Impuls powoduje widzialny efekt – zmianę przezierności lub koloru
szkła. W istocie zaś dochodzi do modyfikacji właściwości w zakresie
absorbowania, przewodzenia lub odbijania promieniowania świetlnego.
Istnieje wiele rodzajów szkła o zmiennych właściwościach. Ich nazwy
łączą w sobie informacje na temat impulsu (pierwszy człon nazwy)
i efektu, jaki wywołuje (drugi człon nazwy). Impulsem może być
np. zmiana temperatury (termo-), światła (foto-), czynnik elektryczny
(elektro-) lub chemiczny (chemo-). Efektem zaś, w przypadku szkła,
zmiana koloru (-chromowy bądź -chromatyczny) lub innych właściwo-
ści optycznych, najczęściej objawiających się matowieniem (-tropowy).
I tak np. szkło fotochromowe zmienia barwę pod wpływem światła,
a elektrotropowe matowieje wskutek działania impulsu elektrycznego.
Podstawowy podział szkła typu smart wyróżnia dwie grupy rodza-
jowe. Pierwsza z nich obejmuje wyroby, których działanie warunkuje
impuls pochodzący z otoczenia, niepodlegający kontroli, np. tempe-
ratura powietrza lub natężenie światła słonecznego. Szkło zmienia się
samoczynnie, reagując na bodźce z otoczenia. Druga grupa to wyroby
działające pod wpływem impulsu kontrolowanego, np. elektrycz-
nego. Najtrafniej określa je termin
switchable
, gdyż zmianę można
wywołać na życzenie, niezależnie od uwarunkowań zewnętrznych.
Poniżej zostanie omówionych kilka rodzajów szkła (z obu wymienionych
grup), które stopniowo znajdują zastosowanie w budownictwie jako
materiał fasadowy.
x x x
Szkło termotropowe
Szkło termotropowe reaguje na temperaturę otoczenia i na skutek jej
wzrostu ulega zmatowieniu. Dzięki tej właściwości dochodzi do samo-
czynnego zahamowania przenikania promieniowania słonecznego do
wnętrza przez powierzchnię szklenia, gdy temperatura powietrza w oto-
czeniu osiągnie określoną wartość (ustalana jest ona podczas produk-
cji i nie ma możliwości jej zmiany w gotowym wyrobie). Można zatem
uniknąć problemu przegrzewania i prześwietlania wnętrz w porach
intensywnej insolacji bez zastosowania jakichkolwiek dodatkowych
systemów przeciwsłonecznych.
Aby uzyskać taki efekt, wykorzystuje się polimery termotropowe,
które na zmianę temperatury reagują przekształceniem konfiguracji
cząstek w swojej wewnętrznej strukturze. Poniżej temperatury progo-
wej tworzą ją rozciągnięte, swobodne łańcuchy przepuszczajce promie-
niowanie słoneczne. Po jej przekroczeniu grupują się i lokalnie zagęsz-
czają, powodując wizualny efekt zmętnienia, a tym samym blokadę
dostępu promieniowania (rys. 1). Wahania w zakresie przepuszczalno-
ści światła wynoszą od 80 do 90% w stanie przezroczystym, od 10 do
50% w stanie zmatowienia, zaś w zakresie przepuszczalności energii
słonecznej oscylują między 80–90% a 5–40%.
Badania nad szkłem termotropowym prowadzone są m.in. w Instytucie
Fizyki Budowli Fraunhofera IBP w Sztutgarcie i w berlińskim Instytucie
Materiałów Stosowanych WITEGA. W latach 90. XX wieku wprowa-
dzono na rynek kilka produktów z tego rodzaju szkła, przeznaczonych
do budownictwa, np. system Cloud Gel amerykańskiej firmy Suntek
oraz Tald i T-Opal z IPB.
Jedną z technologii produkcji jest wykorzystanie hydrożelu, w którym
wskutek zawartości wody dochodzi do zmiany stanu skupienia. Tem-
peratura progowa może zostać ustalona na poziomie mieszczącym się
w zakresie od kilku do kilkudziesięciu stopni, np. 25–40°C dla produktu
Cloud Gel i 5–60°C dla Tald. Stosuje się także bezwodne mieszanki poli-
merowe, w których zainicjowanie procesu mętnienia może zachodzić
w bardzo szerokim przedziale temperatur – między 25 a 120°C (w zależ-
ności od zawartości wykorzystanej mieszanki). Wyższe zakresy tempe-
raturowe umożliwiają zastosowanie tego rodzaju szkła do ochrony przed
przegrzewaniem kolektorów słonecznych.
Pomimo że technologia polimerów termotropowych uznawana jest za
tanią, to nie została ona do dziś rozpowszechniona. Wciąż trudno jest
pokonać bariery techniczne związane np. z odpornością na czynniki oto-
czenia, szczelnością przy produktach wykorzystujących hydrożel czy rów-
nomiernością efektu zmatowienia.
x x x
Szkło fotochromatyczne
Szkło fotochromatyczne (fotochromowe) zmienia kolor pod wpływem
światła. Dotyczy to zakresu promieniowania ultrafioletowego oraz krót-
kofalowego pasma światła widzialnego. Najbardziej znanym produktem
Fasady ze szkła o zmiennych
właściwościach optycznych
dr inż. arch. Katarzyna Zielonko-Jung
PolitechnikaWarszawska
ekspert
rys. K. Zielonko-Jung
Rys. 1. Schemat działania szkła termotropowego
Promieniowanie słoneczne
Szyba
Szyba
Szyba
Szyba
Polimer termotropowy
Polimer termotropowy
Zimno
Ciepło
