Vývoj povlaků pro stavební aplikace

SKLA S POVLAKEM
S příchodem nových technologií získáváme moderní skla s vynikající tepelnou izolací a vysokou účinností sluneční ochrany. Tyto typy skel odráží určité spektrum sluneční energie pomocí speciálního povlaku. Často se nepřesně mluví o sklech s pokovením. Povlak však může být i jiného charakteru a norma ČSN EN 1096 Sklo ve stavebnictví – Sklo s povlakem proto výraz pokovení nepoužívá. Rozlišují se dva druhy povlaků:

• Tvrdé povlaky (on-line technologie, např. pyrolytické), které jsou aplikovány na čiré nebo barvené sklo přímo na výrobní lince – tento druh skla lze použít i v pozici 1 u jednoduchého skla nebo izolačních dvojskel, případně trojskel.
• Měkké povlaky (off-line technologie, např. magnetronové) – tento druh povlaku je náchylný k oxidaci a není tak odolný vůči mechanickému poškození jako skla s tvrdým povlakem, proto skla s měkkými povlaky mohou být použita pouze uvnitř izolačních dvojskel nebo trojskel.

Ve všech budovách se zvětšuje průměrná plocha zasklení. Tento nárůst sebou nese zpřísnění požadavků na tepelně technické charakteristiky výplní stavebních otvorů, popř. lehkých obvodových plášťů budov (a v některých případech i požadavky na zvýšenou protisluneční ochranu), aby se zabezpečila jejich celková energetická bilance. Pro zajištění všech požadavků je nezbytné, aby v každém izolačním zasklení bylo použito sklo s povlaky.

VLASTNOSTI POVLAKŮ – TEPELNÁ IZOLACE
Sklo jako základní materiál má malé izolační vlastnosti. Součinitel hodnoty tepelné vodivosti je λ = 1,35 W/m · K. Pro zajištění lepších tepelně izolačních vlastností nám nepomůže pouhé zvětšování tloušťky skla (obr. 1).

Pro docílení standardní hodnoty součinitele prostupu tepla U_g = 1,1 W/m² · K bychom museli použít jednoduché sklo v celkové tloušťce 700 mm (obr. 2).

Pro snížení spotřeby energie na vytápění budov v zimním období, a tím současně snížení emisí škodlivého CO₂, se používají izolační skla s povlakem s nízkou emisivitou. Jejich tajemství spočívá v takřka virtuální, neviditelné vrstvě kovů nanesené na povrch skla. Povlak výrazně zvyšuje tepelně izolační vlastnosti izolačního skla. Nízkoemisivní povlak funguje v podstatě jako zrcadlo pro dlouhovlnné infračervené záření a výrazně tak redukuje unikání tepla z interiéru. Skla s nízkoemisivními povlaky se používají pro výrobu izolačních dvojskel a trojskel.

Velmi dobré tepelně izolační vlastnosti izolačních skel je možné ještě vylepšit použitím vzácného plynu do meziskelní dutiny, který má nižší tepelnou vodivost než vzduch (obr. 3). Pro plnění meziskelní dutiny se nejčastěji používá inertní plyn argon, případně krypton. Pro dosažení nejlepších tepelně izolačních vlastností v izolačním trojskle je nutné použít dvě skla s nízkoemisivním povlakem a meziskelní dutiny vyplnit inertním plynem (argonem případně kryptonem).

VLASTNOSTI POVLAKŮ – SVĚTLO A SOLÁRNÍ OCHRANA
Skla s povlaky umí také vyřešit další problém, a to nepříjemné přehřívání interiéru, a zároveň zajistit dostatečný světelný prostup. Vlastnosti zasklení jsou definovány pomocí několika málo veličin – světelných faktorů, energetických faktorů a selektivity.

Světelné faktory:
Světelné parametry jsou výhradně definovány na viditelné části slunečního záření (mezi 380 nm až 780 nm). Světelný činitel prostupu τ_v (Light transmitation – LT) a světelný činitel odrazu ρ_v (Light reflection – LR) jsou definovány jako část viditelného světla, které projde přes zasklení do interiéru, respektive které je odraženo zpět do exteriéru. Záření pohlcené do hmoty skla není viditelné a je zpravidla zanedbatelné.

Energetické faktory:
Při dopadu slunečních paprsků na zasklení se celkové sluneční záření (mezi 300 nm až 2 500 nm) rozkládá na: 

• část energie ρ_e, která je odražena zpět do exteriéru; ρ_e (Energy reflection – ER) je činitel odrazu přímého slunečního záření,
• část energie τ_e, která je přenesena přes zasklení do interiéru; τ_e (Direct energy transmition – DET) je přímý energetický prostup,
• část energie α_e, která je pohlcena do hmoty skla; α_e (Energy absorption – EA) je činitel pohlcení přímého slunečního záření.
  Tato energie je následně:
  • vyzářena do exteriéru q_e; q_e je činitel pohlcení přímého slunečního záření 1,
  • vyzářená do interiéru q_i; q_i je činitel pohlcení přímého slunečního záření 2.

Pro tyto činitele platí zákon zachování energie:

ρ_e + τ_e + α_e = 1 nebo ER + DET + EA = 100

Celkový činitel prostupu slunečního záření g (Solar factor, solární faktor – SF) reprezentuje celkovou energii přenesenou přes zasklení – je to suma energie přenesené přes zasklení (DET) a energie následně vyzářené do interiéru:

g = τ_e + q_i

Selektivita:
Sluneční záření, tj. viditelné světlo, ultrafialové záření (UV) a infračervená radiace (IR) přináší do interiéru staveb teplo. Tuto tepelnou energii můžeme omezit bez výrazného snížení prostupu světla použitím vysoce účinného nízkoemisivního povlaku na povrchu skla, který zabrání prostupu UV a IR záření a zároveň propustí viditelné světlo. Takové zasklení se nazývá selektivní. Selektivita zasklení se dá vyjádřit pomocí podílu světelného činitele prostupu (LT) a celkového činitele prostupu slunečního záření(SF):

Donedávna platilo, že selektivita skla s povlakem může dosahovat hodnot 0 až 2.

• 0 pro opakní sklo, které nepropouští světlo (LT=0),
• 2 bylo považováno za nejlepší možnou hodnotu selektivity.

Viditelné světlo tvoří 50 % z celkového rozsahu slunečního spektra. Proto se např. pro zasklení s LT = 50 % uvažovalo s nejlepším možným SF = 25 %. S příchodem nových materiálů a technologií již lze dosáhnout hodnoty selektivity vyšší než 2. Selektivita je jeden z nejdůležitějších parametrů, který určuje efektivitu a výkon zasklení.

VÝVOJ „MĚKKÝCH“ MAGNETRONOVÝCH POVLAKŮ
Povlaky s jednou vrstvou stříbra:
Jedná se o nejzákladnější povlaky používané převážně do běžných izolačních dvojskel a trojskel. Jejich použití je hlavně pro běžnou rezidenční výstavbu. Hlavní funkční vrstvou v konstrukci povlaku je vrstva stříbra a oxidy kovů. Jako každý “měkký“ povlak je opatřen krycí vrchní vrstvou, která chrání jednotlivé funkční vrstvy před poškozením.

Selektivita (poměr mezi světelnou prostupností a solárním faktorem) základních povlaků dosahuje hodnot maximálně 1,6.

Povlaky se dvěma vrstvami stříbra
Povlaky vyvíjené zejména pro aplikaci v nerezidenčních stavbách. Z hlediska parametrů byly tyto povlaky dlouho považovány za nejlepší a obtížně překonatelné. Hlavní funkční vrstvou v konstrukci povlaku jsou dvě vrstvy stříbra oddělené oxidy kovů a absorpční mezivrstvou. Povlak je také opatřen krycí vrstvou, která chrání jednotlivé vrstvy před mechanickým poškozením.

Selektivita (poměr mezi světelnou prostupností a solárním faktorem) těchto povlaků dosahuje hodnot maximálně 1,85.

Povlaky se třemi vrstvami stříbra
Jedná se úplnou a převratnou novinku v oblasti vývoje povlaků pro stavební aplikace. Je to povlak, kde jsou poprvé použity tři funkční vrstvy stříbra v kombinaci s ostatními kovy a prvky. Díky unikátní kompozici této vrstvy dosahují izolační skla selektivity vyšší než 2, což bylo dlouho mylně považováno za maximální možnou hodnotu.

Selektivita těchto revolučních povlaků dosahuje hodnot až 2,15.

ZÁVĚR
I když celková tloušťka povlaků je v řádu nm, neobejdeme se bez nich v žádném izolačním zasklení. Díky izolačním sklům s nejnovějšími a nejvýkonnějšími povlaky můžeme dosáhnout výrazných úspor v celkové energetické bilanci každé nové nebo případně rekonstruované budovy. Můžeme tím tak výrazně přispět k významné redukci emisí CO₂ a dosáhnout tak maximální efektivnosti staveb vzhledem k jejich vlivu na životní prostředí.

ZDROJE INFORMACÍ:

• AGC Glass Europe

Development of Coatings for Building Applications
The following papers explains the function of magnetron coatings and their importance for reaching the thermal and solar parameters of glazing. The article describes also the evolution of soft magnetron coatings for building applications. A new type of soft magnetron coating – triple silver coating which offers the best possible parameters is mentioned at the end of document.

Autor

• Ing. Wondrak Pavel