Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska

http://www.umwelt-wand.de/ti/press/picproj.html

http://www.migutmedia.pl/kfoe/prezentacje/1150_KAPE.pdf

Izolacje transparentne

łączą cechy izolacji

cieplnych i materiałów transparentnych

(przezroczystych) dla promieniowania słonecznego.

Stosowanie ich pozwala na wykorzystanie energii

promieniowania słonecznego, przy znacznym

ograniczeniu strat ciepła.

Zastosowanie izolacji transparentnych:



przegrody przezroczyste (

daylight walls

),

umożliwiają dostęp energii promieniowania

słonecznego, a więc i światła, bezpośrednio do

wnętrza pomieszczeń, dają efekt japońskich

ścian papierowych (nie ma możliwości patrzenia

przez te ściany na zewnątrz);



izolacje transparentne

umieszczane są na

zewnętrznej elewacji budynków, promieniowanie

słoneczne przechodzi przez nie i jest pochłaniane

przez absorber, wskutek tego ściana nagrzewa się i

przekazuje część pochłoniętej energii przez

przewodzenie do wnętrza, część natomiast jest

wypromieniowywana ze ściany na zewnątrz w

postaci promieniowania cieplnego (długofalowego).

Promieniowanie cieplne nie może się wydostać na

zewnątrz do otoczenia, ponieważ izolacja

transparentna jest materiałem nieprzezroczystym

dla promieniowania długofalowego;

W celu uniknięcia strat ciepła

przez izolację wskutek

przewodzenia, przestrzeń w

materiale transparentnym

wypełniona jest materiałem o

małej gęstości, np. powietrzem

lub innym gazem.

http://www.migutmedia.pl/kfoe/prezentacje/1150_KAPE.pdf

Rys.1-

źródło: 'Budownictwo ogólne. Fizyka budowli‘. Tom 2, praca zbiorcza pk. Piotra Klemma

Cechy materiałów stosowanych na izolacje

transparentne:



duża transmisyjność dla promieniowania

słonecznego, szczególnie dla zakresu

widzialnego, co jest osiągane przez stosowanie

materiałów przezroczystych, np. szkła o niskiej

zawartości żelaza lub cienkich warstw z

poliwęglanów;



niska transmisyjność dla promieniowania

cieplnego, co jest uzyskiwane dzięki stosowaniu

wewnętrznych pokryć refleksyjnych, warstw o

niskiej emisyjności dla długofalowego

promieniowania podczerwonego;



niska przewodność cieplna, co jest osiągane

dzięki stosowaniu lekkich materiałów

zawierających w swej objętości znaczne ilości

gazów lub próżnię;



ograniczona wymiana ciepła wskutek

konwekcji, co jest osiągane przez stosowanie

szczelnie zamkniętych przestrzeni w celu

uniknięcia ruchu cząsteczek gazu;

W wyniku kombinacji powyższych właściwości

otrzymuje się element izolacyjny, charakteryzujący

się współczynnikiem przenikania ciepła w

granicach 0,4

÷0,6 W/(m

2

·K), przy jednoczesnym

70-cio%-owym

zapewnieniu transmisyjności dla

promieniowania słonecznego.

Rodzaje izolacji transparentnych:



o strukturze plastra miodu

(

honey comb

);



o strukturze kapilar włoskowatych zamkniętych

w przestrzeniach wypełnionych gazem;



z przestrzenią powietrzną

wypełnioną materiałem o małym współczynniku

przewodności cieplnej, jak aerożel czy włókna

szklane;

Wady :



latem pomieszczenia sąsiadujące z

przegrodami zewnętrznymi z izolacją

transparentną mogą ulegać przegrzaniu, stąd

dobrze w tym systemie stosować zewnętrzną

roletę (patrz rys.2);

Rys.2-

źródło: 'Budownictwo ogólne. Fizyka budowli‘. Tom 2, praca zbiorcza pk. Piotra Klemma



w przypadku stosowania aerożelu wadą jest

jego kruchość i zła odporność na wodę, po

zawilgoceniu struktura materiału ulega

zniszczeniu;



materiały o strukturze plastra miodu czy o

budowie kapilarnej nie są zalecane do

stosowania na ściany oświetleniowe, bowiem

ich reflektancja od strony wewnętrznej jest tak

wysoka, że dają zbyt duży (nieprzyjemny dla

oka) odblask w pomieszczeniach

;

Tworzywa sztuczne

Najczęściej wykorzystywane tworzywa sztuczne do

produkcji izolacji transparentnych to:



poliwęglan (rys. 3)

Rys. 3. Próbka izolacji
transparentnej
opracowanej przez firmę
Sto AG w formie rurek z
poliwęglanu, od zewnątrz
zamkniętych mini
soczewkami, od strony
wewnętrznej przyklejonych
do czarnej powłoki
absorbenta

Tworzywa sztuczne

-

poliwęglan

Latem

Zimą

Tynk szklany

Tworzywa sztuczne



polimetylometakryl (szkło akrylowe,

pleksiglas). Materiały te są odporne na

działanie promieniowania ultrafioletowego

(UV) i posiadają wystarczająco wysoką

odporność na temperatury panujące w

systemach izolacji transparentnych.

Właściwości szkła akrylowego:



odporność na temperaturę maksymalnie do 90

o

C

(poliwęglan zachowuje swoje właściwości w temp.

do 140

o

C)



tworzone z tych materiałów struktury wykazują dużą
wytrzymałością mechaniczną, szczególnie w
układach przypominających strukturę plastra

miodu

– honey comb



gęstość objętościowa struktur z tworzyw sztucznych
mieści się w granicach 25 40kg/m

3

.

Szkło

Szkło charakteryzuje się bardzo korzystnymi parametrami

dla struktur izolacji transparentnej z uwagi na:



niepalność,



odporność na działanie promieni UV,



odporność na temperaturę do 500

o

C.

Dzięki tym właściwościom (szczególnie dzięki odporności

na wysoką temperaturę) jest wykorzystywane m.in. do

izolacji kolektorów słonecznych.

Szkło

We współczesnych rozwiązaniach budowlanych coraz
powszechniej stosowane są szyby z powłokami o
niskiej emisyjności, co dodatkowo poprawia parametry
izolacyjne zestawów izolacji transparentnej,
osłoniętych szybami.

Źródło: Szyby z zastosowaniem aerożeli , Tadeusz Michałowski , Świat Szkła 2/2008

Transparentne elementy fasadowe OKAGEL firmy

OKALUX, wypełnione NANOGELem są nową klasą

izolacyjnych szyb zespolonych.

NANOGEL umieszczony w przestrzeni

międzyszybowej wykazuje odporność na

działanie promieni UV – elementy

zachowuję więc swój estetyczny jednolity

biały wygląd bez jakichkolwiek

przebarwień.

Własności szyb zespolonych OKAGEL



Przepuszczalność światła i energii słonecznej – wg
projektu mogą spełnić określone indywidualnie
wymagania,



Różna budowa szyby zespolonej i odpowiednia
kombinacja powłok na szkle mogą umożliwić otrzymanie
szyby zespolonej jednokomorowej o współczynniku
przenikania ciepła Ug nawet mniejszym od wartości 0,3
W/(m

2

/K)

– co oferuje zupełnie nowy zakres ich

stosowania.

W trakcie wypełniania przestrzeni międzyszybowej na

granulat jest wywierane stałe ciśnienie - granulat jest

wstępnie „sprężony” i odpowiednio „pracuje” w trakcie

ewentualnych odkształceń objętościowych szyby

zespolonej -

aby uniknąć niekontrolowanego

osiadania w trakcie użytkowania i zagwarantować

stałe właściwości fizyczne fasady przez długi okres

czasu.

Aerożele krzemionkowe

Aerożele charakteryzują się:



dużą porowatością, która może przekraczać nawet 98%,



małą gęstością objętościową – od 8 do 80kg/m

3

).

http://gallery.astronet.pl/images/02079.jpg



współczynnikiem przewodzenia ciepła od

0,012W/(m K) do 0,018 W/(m K).

Dzięki tym właściwościom płyta aerożelu grubości

2cm może zastąpić płytę o strukturze kapilarnej

grubości 10cm.

Cząsteczki krzemionki mają zazwyczaj wymiary

2

5nm, natomiast wymiary porów średnio 20nm.

Firma Cabot Aerogel

ze względu na zastosowaną do

ich wymiarowania jednostkę miar nanogel, nazwała

wytwarzany przez siebie materiał - aerożel.

Jest on produkowany m.in. w postaci granulek

wielkości 0,5 4mm (rys. 4), taśm i płyt.

Rys. 4. Próbka granulatu aerożelu firmy Cabot Aerogel wraz z

powiększeniem mikroskopowym struktury materiału;

Źródło: www.cabort-corp.com

P100/P400

P200

P300

Zakres

wielkości

granulek

0,01-4,00mm

0,01-

1,20mm

1,20-

4,00mm

Średnica porów

~20nm

Porowatość

90%

Gęstość granulek

120-180kg/m

3

Gęstość nasypowa

80-100 kg/m

3

75-95 kg/m

3

65-85 kg/m

3

Zwilżalność
powierzchniowa

Całkowita hydrofobowość

Rys. 5. Tkanina z włókien poliestrowo-

polietylenowych z udziałem aerożelu firmy

Cabot Aerogel

Zastosowanie:
• Izolacje w budownictwie
• Izolacje ropociągów
• Izolacje gazociągów

Standardowa grubość tkaniny

3,5mm/6mm/8mm

(

możliwa inna

grubość na zamówienie)

Standardowa szerokość rolki

56cm

Długość rolki

do 100m

Gęstość

ok. 70kg/m

3

Siła zrywająca

ok. 517kPa

Skład włókien

poliestrowe i polietylenowe

Zakres odporności
temperaturowej

-

200st.C do 125st.C (odporność ciągła),

do 160st.C max

Przepuszczalność światła

ok. 20% przy gr. 8mm

Źródło: www.cabort-corp.com



zaletą aerożeli jest dyfuzyjne rozpraszanie

promieniowania słonecznego (przez co widziany

przez nie obraz jest mglisty),



właściwości optyczne zależą w głównej mierze od

grubości elementu i jednorodności ziaren

(praktycznie możliwe jest osiągnięcie przejrzystej

warstwy

aerożelu).



Struktury

aerożelowe, dzięki średnicy porów

mniejszej od długości fali promieniowania

widzialnego

zachowują stałe właściwości w zakresie

przepuszczalności promieniowania słonecznego,

niezależnie od nachylenia elementu i orientacji

względem stron świata, a więc kąta padania

promieniowania

słonecznego.



Przepuszczalność światła zależna jest od grubości

warstwy

aerożelu.

W

przypadku płytek aerożelowych o grubości 10mm

może wynosić nawet 85 94%.

Panele wypełnione granulatem aerożelu (rys. 5) o

grubości 13mm charakteryzują się

przepuszczalnością światła rzędu 73%, a przy

grubości 64mm już tylko 21%.

Rys. 5. Ilustracje paneli z poliwęglanu wypełnionych aerożelem

firmy Cabot Aerogel

Źródło:

www.cabort-corp.com

Aerożele są całkowicie niepalne, nietoksyczne, odporne

na bardzo wysokie temperatury (do 1200

o

C).

h

tt

p

:/

/w

w

w

.a

e

ro

g

e

ls.

p

l/

p

l/

czym

-j

e

st

-a

e

ro

g

e

l

h

tt

p

:/

/w

w

w

.a

e

ro

g

e

ls.

p

l/

p

l/

czym

-j

e

st

-a

e

ro

g

e

l



Aerożele krzemionkowe są dobrym izolatorem

akustycznym, fale dźwiękowe rozchodzą się w

tym ośrodku z prędkością tylko 100m/s.



Produkowane obecnie

aerożele mają niestety

poważne wady:



są kruche i nieodporne na działanie wody,

która niszczy ich wewnętrzną strukturę. Jest

to przyczyna ograniczonego wykorzystania

Celuloza

Materiał ten charakteryzuje się dwoma poważnymi

atutami:



zaliczany jest do grupy materiałów

ekologicznych i jest stosunkowo niedrogi



wykonywane są z niego struktury typu „plaster

miodu” (rys. 6), uzyskuje się je z kartonu

produkowanego z makulatury.

Rys. 6. Próbka izolacji transparentnej celulozowej produkowanej firmę Gap-Solar GmbH barwiona

i osłaniana np. szkłem strukturalnym

Źródło: www.gap-solar.at



karton stosowany w izolacjach transparentnych

może być barwiony w różnych kolorach



struktura plastra miodu z kartonu nie jest tak

przezroczysta jak w przypadku innych izolacji

transparentnych (rys. 7).

Rys. 7. Celulozowa izolacja transparentna firmy Gap-Solar GmbH w panelu izolacyjnym ograniczającym

dopływ światła i mającym za zadanie ograniczenie kontaktu wizualnego

Źródło: www.gap-solar.at



Struktury papierowe charakteryzują się bardzo

dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi, ale

także pełnią funkcję absorbera pochłaniającego

energię promieniowania słonecznego



Celuloza wykorzystywana jest również do

budowy struktur quasi-homogenicznych.

W tym przypadku występuje ona w postaci nietkanej

siatki (maty) białych włókien celulozowych

umieszczonych na przykład pomiędzy dwiema

płytami kanałowymi z poliwęglanu. Taki zestaw,

poza dobrą izolacyjnością, posiada właściwości

efektywnego dyfuzyjnego rozpraszania

promieniowania słonecznego.

Ciekłe kryształy

Izolacje transparentne ciekłokrystaliczne znajdują się

obecnie w fazie badań i nie są produkowane na skalę

przemysłową. Koncepcja tego materiału polega na

wytworzeniu kropelek o wymiarach rzędu 1 mm w

cienkiej warstwie osłony polimerowej i wykorzystaniu

podwójnego załamania promieni wewnątrz kryształów.



Opracowano na podstawie publikacji

Dr inż. Adama UJMY z Politechniki
Częstochowskiej

Kompromis pomiędzy dużą izolacyjnością
materiału i przepuszczalnością dla
promieniowania słonecznego oznacza
konieczność stworzenia materiału
przepuszczającego ciepło tylko w jedną stronę –
do wewnątrz budynku.



Panele RymSol

łączą w sobie zalety jakie ma wełna

mineralna i izolacja transparentna.



Wełna mineralna wykorzystana w panelach jako

izolator termiczny ma w swojej warstwie wydrążone

specjalne kanały powietrzne służące do

jednokierunkowego transportu ciepła.



Umieszczona z przodu panelu warstwa izolacji

transparentnej pochłania promieniowanie słoneczne

w strukturze wełny. Ogrzana wełna mineralna

wymusza obieg powietrza w kanałach warstwy

izolacyjnej i ogrzewa mur, do którego jest

przytwierdzona. W nocy powietrze ulega stratyfikacji

w kanałach i nie dopuszcza do ucieczki ciepła na

zewnątrz.

W ten sposób panele RymSol doprowadzają ponad

100 razy więcej ciepła do muru w ciągu słonecznego

dnia niż tracą w ciągu nocy.

Oznacza to, że nawet gdyby jeden dzień słoneczny

przypadał na 50 dni pochmurnych to i tak panele

RymSol

miałyby dodatni bilans energetyczny, czego nie

jest w stanie zapewnić żadna izolacja konwencjonalna.

1

Panel słoneczny RymSol

2

3

4

1. Ramka
2. Poliwęglan komorowy
3. Izolacja RymSol
4. Mur zewnętrzny

Wymiary: 100 x 60 x 19 cm

Izolacja: wełna mineralna (skalna)

Warstwa zewnętrzna: poliwęglan komorowy lub szkło

Waga: 17 kg/m

2

Absorpcja słoneczna: do 40%

Izolacyjność: do 0,4W/m

2

K, najczęściej 0,2W/m

2

K

Dla warunków polskich:
• zysk słoneczny netto 150 kWh/m*a
• dodatkowo dla ściany południowej do
100kWh/m*a - zysk izolacyjny

Czynnik transportu ciepła: powietrze

Przykłady realizacji obiektów

z zastosowaniem paneli RymSol

Warszawa, 1996

http://www.masatherm.pl/realizacje

Kraków, 2008

http://www.masatherm.pl/realizacje