Cladiri mai elegante cu ajutorul transparentei sticlei

Scurt istoric

Utilizarea sticlei este atestata arheologic de aproximativ 5000 de ani. Vechii greci o foloseau pentru bai si alte incaperi, in timp ce sticla a fost folosita pentru ferestre incepand cu seclolul trei. Primii fabricanti ai sticlei au fost probabil asirienii. Sticla babiloniana era un simplu amestec topit de cenusa de soda, siliciu si nisip. Sticlarii ii dadeau forma dorita, modelandu-l pe cand era inca fierbinte. Acesti mesteri ingeniosi si-au perfectionat mestesugul dupa cucerirea egipteana (1400 inainte de Hristos). Vasele, farfuriile si vazele se obtineau prin turnarea mai multor straturi de sticla topita in matrite de nisip. Decoratiunile se obtineau prin turnarea unor picaturi de sticla colorata pe modelul final.

Cei care au descoperit ca sticla se poate modela prin suflarea intr-un tub de metal au fost egiptenii, iar procedeul lor ramane.

Sticla pentru ferestre isi are originea in Roma antica, dar calitatea ei nu ii permitea o buna transparenta, dete fiind grosimile ei. Prin ea putea patrunde lumina, dar nu se putea vedea in afara.

In 1291, pe insula italiana Murano a fost obtinuta o sticla cu mare claritate, aproape transparenta, pe care italienii o numeau cristallo.

In Evul Mediu, fabricarea sticlei era inca un proces manual. Sticla pentru ferestre se obtinea prin taiat si apoi reincalzit si aplatizat. In secolul al XVI-lea, englezii au descoperit ca folosirea carbunelui in locul lemnelor pentru cuptoare producea o sticla mai limpede. Desi foile de geam erau valurite si pline de bule, iar uneori cu o nuanta de ametist sau chihlimbar, era pentru prima data cand se putea vedea intr-adevar prin ele

Francezul Louis Lucas de Nehou a dezvoltat, in 1688 un proces pretentios de fabricare a sticlei plate. Procesul dura in total 16 zile si producea o sticla atat de scumpa incat putini si-o puteau permite. In urmatoarele doua secole s-au facut progrese in privinta surselor de energie pentru topirea materiilor prime si a cantitatilor care se puteau produce. Progresele tehnologice care au facut posibila producerea pe scara larga a sticlei, asa cum o cunoastem astazi, au aparut abia in secolul XX.

Sticla moderna

In zilele noastre, sticlaria e o industrie foarte sofisticate. Geamgiii folosesc o mare varietate de materiale. In esenta, sticla este nisip, cu un continut bogat de siliciu, caruia i se adauga alte materiale: saruri, cenusa sodica, sulfat impur de sodiu, carbonat de calciu, sedimente dolomitice, feldspar, spartura de sticla. Cioburile pot ramane de la un amestec precedent sau de la prelucrarea geamurilor la dimensiunile dorite. Amestecul se topeste mai usor prin adaugarea acestor cioburi. Mixtura rezultata este topita si racita. Prin racire, se solidifica, fara a forma cristale. Cristalele sunt blocuri tridimensionale care rigidizeaza o substanta. Absenta cristalelor transforma tehnic sticla intr-un lichid, nu intr-un solid. Tot acest fapt da si transparenta sticlei

Tipuri de sticla

Sticla ia felurite forme, cea mai mare parte fiind totusi plata. Ea se obtine printr-un proces de macinare si slefuire. Sticla plata e inlocuita in tot mai multe tari de sticla float. Procesul de fabricare a acesteia din urma a fost perfectionat in 1959 de compania britanica Pilkington Brothers Ltd. Sticla float se obtine prin turnarea sticlei topite intr-un cuptor, intr-o cavitate care contine un pat de cositor topit. Atmosfera din interiorul cavitatii e controlata cu grija. Sticla pluteste (to float, engl. = a pluti) pe cositor si ia forma containerului. Se intinde pe 230-355 cm, la o grosime determinate de fabricant. Suprafata superioara e denumita “fata aeriana” si se lustruieste cu flacara. Suprafata inferioara, “fata de cositor”, nu sufera acest tratament.

Din aceasta cavitate, sticla intra in cuptor unde este racita incet, la o rata specifica. Procesul de calire elibereaza sticla de presiunile interne. Rata de racire e cruciala pentru succesul produsului final. Sticla iese din cuptor ca o banda continua. Este plata, finisata cu ajutorul flacarii la suprafate si are suprafete netede, paralele. Cutite automate taie marginile si lungimile dorite.

Pentru ca procesul este atat de automatizat, foile individuale nu sunt inscriptionate. Transporturile contin loturi de 1-2 tone sau containere de 2-5 tone, cu specificatii privind dimensiunile, cantitatea si calitatea.

Tipurile de sticla float sunt: transparenta, semitransparenta sau termoizolanta. Cea mai mare proportie e ocupata de sticla transparenta, incolora. In functie de grosime, ea permite trecerea a 75-92% din lumina vizibila ce o strabate. Sticla mata este termo-absorbanta si se obtine prin adaugarea de coloranti in mixtura initiala. Culorile care se pot adauga includ: bronz, gri, albastru si verde. Geamul mat permite trecerea unei cantitati mai mici de lumina, absorbind mai mult din razele solare. Densitatea culorii creste o data cu grosimea geamului. Transferul luminii solare prin geamul mat variaza intre 14 si 83 de procente. Starea muchiilor este si ea esentiala pentru eficienta geamului mat, intrucat o fisura il va impiedica se absoarba caldura. Fisurile sunt cauzate de caldura sau presiune. Primele apar intr-un unghi de 90 de grade pe suprafate si seamana cu niste curbe fine. Sparturile cauzate de presiune apar pe suprafate, in special, la colturi

Sticla rulata se produce prin turnarea sticlei din furnal intr-o serie de rulouri. I se da apoi grosimea dorita, este calita si taiata la dimensiunile dorite. Exista doua tipuri de sticla rulata: cu model si cu plasa de sarma.

Sticla cu modele este decorativa si obscura. E disponibila in grosimi de la 1/8 la 3/8 toli. Acest tip de sticla se obtine prin trecerea prin role cu modele. Modelul se imprima pe una sau pe ambele fete ale geamului. Modelul controleaza transmiterea luminii, face difuze detaliile obiectelor, fiind si decorativ. Paleta coloristica disponibila este limitata. Unele modele au adancimi care impiedica operatia de calire.

Plasa de sarma, cu diverse modele, se introduce in sticla topita inainte de trecerea prin instalatia de rulare. Plasa nu creste rezistenta la impact a sticlei, dar tine cioburile la un loc atunci cand geamul se sparge. Modelele de plasa sunt diverse, dar cele mai intalnite sunt in forma de diamant sau patrate. Si acestei sticle i se pot aplica modele, fie pe o parte, fie pe ambele.

Sticla cu plasa e folosita cu bune rezultate in incaperi care au nevoie de protectie ignifuga. Nu trebuie sa existe fire neacoperite cu sticla. Suprafetele deschise acoperite cu un astfel de geam sunt limitate. In unele cazuri, marginile geamului trebuie inchise pentru a preveni oxidarea. Nu trebuie confundata cu o sticla securizata, desi are o buna rezistenta la foc. Ba chiar are jumatate din rezistenta unei sticle calite de aceeasi grosime, ea neputand suporta un astfel de tratament.

Intarirea sticlei

Rata de racire afecteaza in mod direct rezistenta sticlei. Aceasta este scazuta, pentru procedeul folosit in mod curent la geamul float. Se pot obtine doua tipuri de sticla intarita: prin incalzire si prin calire. Prima este racita la o rata mai mare decat cea obisnuita, in vreme ce al doilea tip sufera un proces si mai accelerat de racire. O alta metoda de intarire a sticlei este laminarea, constand din lipirea a doua foi de sticla cu un strat de plastic. Motivele pentru care este cautata sticla ranforsata sunt: obtinerea unei rezistente mai mari la impact, impotriva vantului sau la diferentele de temperatura. Arhitectii trebuie sa ia in calcul forta vantului atunci cand aleg geamurile unei cladiri. Vantul cauzeaza refractarea sticlei. Rezistenta la vant se coreleaza si cu forta de impact, caci vantul poate purta diverse obiecte, praf sau pietricele, sau chiar obiecte de mari dimensiuni, in cazul fenomenelor meteorologice extreme, tot mai intalnite.

Prin incalzire, sticla isi mareste volumul, cu precadere in centru, unde temperatura este mai mare. Stresul termic descreste catre margini si mai ales catre colturi. De aceea, marginile determina cat de rezistenta va fi sticla. Marginile cu o “taietura curata” vor asigura o rezistenta mai mare la spargere, un fapt important in cazul geamurilor termoizolante. Si o fenestratie bine proiectata reduce stresul asupra ferestrei.

Sticla intarita termic e de aproximativ doua ori mai rezistenta decat sticla racita prin procedeul clasic, la dimensiuni si grosimi similare, dar mai putin rezistenta decat sticla temperata. Cioburile sunt mari si ascutite, ca la sticla obisnuita, fapt ce nu o califica pentru a fi folosita ca sticla securizata si, doar cu prevederi speciale, pentru cabine de dus si vitrine. Se poate monta cu succes pe cladirile inalte pentru ca infrunta stresul termic si pentru ochiurile obscure de geam, in forma de arc de cerc.

Prin calire, sticla capata o tarie considerabila, de aproximativ patru ori mai mult decat sticla normala. Singura caracteristica afectata de acest proces este flexibilitatea. Creste, in schimb, ductibilitatea prin care e sporita rezistenta la fortele cauzate de caldura si vant. Nu sunt afectate culoarea, compozitia chimica, transparenta, rezistenta la compresiune, temperatura de dilatare la caldura, rigiditatea.

Principalele motive pentru utilizarea acestui tip de sticla sunt capacitatea de a se sparge in cioburi cubice, deci poate fi considerata sticla securizata; are o rezistenta la impact, la forta vantului mai buna decat sticla intarita prin incalzire, in cadrul unui sistem de ferestre bine proiectat.

Calirea se face in mod uniform. Grosimea variaza intre1/8 si 3/4 toli. Racirea se face brusc, prin suflarea de aer, in mod uniform, concomitent pe ambele fete. Racirea rapida creste fortele de compresiune de la suprafata si elasticitatea in interior. Se foloseste o calire verticala, prin fixarea cu ajutorul unor lamele in partea superioara cu care se deplaseaza pe verticala furnalului, si o calire orizontala, caz in care deplasarea se face cu ajutorul unor dispozitive de rulare din otel inoxidabil sau ceramica. Ultimul procedeu este mai des folosit. Calirea sticlei e marcata de o eticheta permanenta, plasata intr-un colt al fiecarei foi, aceasta nemaiputand suferi interventii ulterioare prin taiere sau perforare.

Sticla laminata se obtine prin aplicarea unui strat de polivinil butiral (PVB) intre doua sau mai multe foi de geam. Si sticla laminata poate fi translucida sau mata, cu grosimi intre 0,15 si 0,90 de toli, putand ajunge la 120 de toli. Foile sunt “sudate” la caldura, sub presiune, intr-un cuptor special denumit autoclava. Laminarea se poate aplica mai multor tipuri de sticla amintite: transparenta, mata, reflexiva, calita sau securizata.

Atunci cand sticla laminata se sparge, cioburile nu sar si nu cad la pamant pentru ca au aderenta pe PVB. Anumite combinatii de sticla si grosimi ale stratului de PVB situeaza sticla laminata sub standardele care definesc o sticla securizata, de exemplu sticla obtinuta din laminarea cu un strat de 0,30 PVB a doua foi de 2 mm grosime. Geamul laminat este fonoizolant si poate fi folosit ca perete de protectie impotriva agresiunilor variate din partea hotilor sau chiar a gloantelor. In lucarne, se folosesc pe partea interioara.

Mai nou, se foloseste laminarea cu rasini pentru geamurile curbate. In acest proces se unesc doua foi la 0,30-0,60 toli distanta. Substanta este turnata cand geamurile sunt asezate in montajul vertical, fiind necesar un timp de asteptare de doua, pana la zece ore.

Tipuri mai noi de geamuri

Ultimele tipuri de geam sunt folosite in mai multe scopuri, in special pentru a controla cantitatea de lumina si caldura care trece prin ele.

Geamul reflexiv este translucid si are un strat extrem de mic metalic sau de oxid metalic pe suprafata. Stratul reflectorizant reduce transferul termic permitand trecerea luminii vizibile a soarelui. Sticla da cladirilor un aspect de oglinda, straturile de suprafata disponibile sunt: argintiu, bronz, auriu sau brun. Efectul este mai spectaculos prin combinarea cu o sticla opaca. Pentru ca reflecta si absoarbe razele soarelui este redusa cantitatea de radiatie solara care intra in cladire, fapt ce poate aduce economii la cheltuielile cu incalzirea si aerul conditionat. Cu acest profil sunt reduse variatiile de temperatura din interiorul cladirii, deci un plus de confort.

Stratul de la suprafata e aplicat prin trei metode: depunere chimica umeda, in vid sau pirolitica. In cadrul primului proces, sticla e scufundata intr-un recipient care contine solutii chimice. Transferul oxidului metalic se face printr-o reactie chimica. Stratul e foarte fragil si trebuie protejat imediat, cel mai frecvent prin folosirea intr-un geam izolant sau laminat. In cazul celei de-a doua metode, aplicarea se face intr-o camera vidata, cu o atmosfera controlata. Atunci cand se descarca energie electrica, are loc o reactie complexa magnetica in urma careie atomii de metal lovesc suprafata sticlei cu mare viteza, acoperind suprafata in mod uniform. Acest tip de improscare are cateva dezavantaje. Nu se mai poate aplica un tratament termic pentru intarire intrucat caldura ar distruge stratul de la suprafata. Tratamentele termice aplicate anterior, sunt necesare pentru ca noul tip de geam va absorbi mai multe raze solare Stratul foarte fin poate fi usor deteriorat inainte de instalarea propriu-zisa. Compatibilitatea cu sistemele de etanseizare e limitata.

In aplicarea prin piroliza, oxidul de metal e adaugat pe suprafata cat timp sticla este inca fierbinte, fie intr-un cuptor sau in timpul fabricarii sticlei float. De obicei, astfel de geamuri se instaleaza cu partea tratata la exterior. Stratul reflecta cea mai mare parte a razelor soarelui inainte de a ajunge la sticla. Acelasi fapt elimina necesitatea tratarii termice. Straturile aplicate pirolitic sunt mai durabile decat cele aplicate intr-o cuva cu agenti chimici lichizi sau prin electroliza. Calirea si alte tratamente care implica folosiree caldurii se pot aplica fara a distruge stratul de la suprafata.

Sticla low-e Denumirea este o prescurtare de la “emisivitate redusa”. E un tip de sticla tot mai populara pentru birouri si resedinte. Stratul low-e e un adaos metalic extrem de subtire, care scade transferul de lumina vizibila cu aproximativ zece procente, aplicat prin piroliza sau in vid. Cea mai importanta caracteristica este reducerea caldurii pierdute prin ferestre. Caldura absorbita de la soare este retransmisa in camera. Permite soarelui sa patrunda, fara sa lase sa mai iasa caldura din locuinta. Este rezistenta la razele ultraviolete, ceea ce protejeaza covoarele, mobila si draperiile de decolorare.

In zonele nordice, capacitatea unica a acestor geamuri permite patrunderea caldurii solare a zilei polare, limitand pierderile de caldura din interior. In zonele sudice, se foloseste sticla low-e mata sau colorata cu bronz, verde sau gri, reusindu-se respingerea razelor solare. Cavitatile geamurilor low-e sunt umplute de obicei cu gaz, de exemplu argon, kripton, xenon sau combinatii ale acestora.

Valorile de transmitere termica se situeaza intre 1,0 si 2,2. Folosirea gazului SF6 imbunatateste izolatia fonica si ridica gradientul termic cu aproximativ 0,3 W/m2K. Stratul triplu cuprinde trei foi de geam si doua cavitati umplute cu unul dintre gazele amintite mai sus. Acesta poate ajunge la indici de transfer termic de aproximativ 0,5-0,8 W/mZK. Este foarte important ca valorile sa se bazeze pe calcule cu EN 673 si pe definiri clare ale emisivitatii stratului protector si ale gazului din cavitate, singura cale de a obtine rezultate obiective. Fabricantul e responsabil de mentinerea valorilor specificate. Tinand cont de proprietatile sale, fiecare gaz are o cavitate optima. Pentru castigul de energie pasiva, stralucirea ar trebui sa admita cat mai multa energie.

Sticla izolanta e formata din doua sau mai multe foi de geam care au intre ele un spatiu de aer inchis etans. Rama metalica de pe marginea geamului izolant e denumita distantier si are grosimi de cel putin 3/16″. Se umple cu o solutie deshidratanta. Acest tip de geam reduce tendinta de formare a condensului pe peretele cu geamul. Mentine o temperatura constanta. Este redusa caldura pierduta pe timpul iernii si cea primita pe timpul verii. Sticla izolanta are rezultate bune si in reducerea nivelului de zgomot transmis. Intre rama metalica si sticla pot exista unul sau doua sisterne de etanseizare.

Fabricarea sticlei izolante urmeaza cativa pasi esentiali:

– curatarea sticlei;

– taierea pe dimensiuni a ramelor;

– introducerea unui colt intr-un capat al ramei;

– umplerea ramei cu substanta absorbanta;

– asamblarea ramelor;

– aplicarea unei benzi de poliso-butilena (PIB) pe o parte a distantierelor;

– fixarea ramei pe prima foaie de geam;

– aplicarea celei de-a doua benzi de FIB pe fata ramelor cu sigiliu dublu

– fixarea celei de-a doua foi de geam;

– sigilarea perimetrului.

Geamurile cu un singur sigiliu folosesc butil topit fierbinte, polisulfid, silicon sau uretan pentru lipire. Geamurile cu sigiliu dublu pot folosi banda PIB pentru primul strat si butil topit fierbinte (o parte silicon si doua parti polisulfid, pentru al doilea sigiliu). Unitatile izolante trebuie alcatuite din acelasi tip de geam, inclusiv geamuri tratate termic. Atunci cand se foloseste un geam cu model, modelul trebuie sa fie spre exterior. Daca suprafata reflectorizanta este montata la interior, e necesara calirea cel putin a unei foi pentru a evita spargerea din cauza frigului.

Fiecare fata este inscriptionata cu un numar: 1 – catre exterior, 2 – catre interiorul primei fete, 3 – catre numarul 2 si 4 – catre interior. Cand un geam reflectorizant e inclus intr-un montaj izolant, suprafata pe care e aplicata pelicula metalica e foarte importanta. De exemplu, un praf de bronz aplicat pe fata 1 creeaza un efect de oglinda. Acelasi invelis, aplicat pe fetele 2 sau 3, creeaza un efect de bronz, opac.

Eficienta energetica

Geamul low-e, reflexiv sau izolant, contribuie la eficientizarea energetica prin cresterea izolatiei. Eficienta energetica e masurata in doua feluri: valoarea U si valoarea R.

U este o masura a caldurii castigate sau pierdute prin sticla, ca urmare a diferentelor termice dintre exterior si interior. Cu cat valoarea U este mai redusa, cu atat se transmite mai putina caldura prin sticla.

R masoara rezistenta generala la transferul de caldura. Valoarea R este reciproca lui U. Cu cat R este mai ridicat, cu atat se transmite mai putina caldura prin geam. De exemplu, un material cu o valoare R de 19 este un izolator mult mai bun decat un material cu valoare R de 6.

Geamuri speciale

Sunt aproape tot atatea tipuri de geamuri cate utilizari pot fi imaginate:

– Geamuri oglinda

– Bombate

– Laminate

– Sticla artistica

Oglinzile sunt facute dintr-un geam float tratat termic prin aplicarea unui strat de argint pe una din fete. Fata aleasa e cea superioara pentru ca partea asezata pe patul de cositor nu accepta foarte bine pulberea de argint. Calitatea oglinzii, deci reflexivitatea ei, depinde de grosimea stratului de argint, grosimea si culoarea geamului. Oglinzi de inalta calitate pot fi placate si cu cupru, peste stratul de argint, oferind o excelenta protectie. Oglinzile se deterioreaza rapid in contact cu aerul, deci filmul de metal trebuie protejat de un alt strat. Sticla e incalzita anterior aplicarii peliculei la 50 – 60 de grade. Se poate aplica un strat sau doua straturi de materiale compatibile.

Daca partea metalica a unei oglinzi se deterioreaza, argintul se innegreste, un fenomen controversat. Unii expertii considera ca aceasta stare e produsa de clorul din apa, altii ca este vorba despre solutiile casnice care intra in contact cu oglinda. Sigilarea marginilor unei oglinzi este totusi o piedica in calea acestui fenomen. Vitraliile sunt disponibile in grosimi foarte mari, fiind in general modele unicat. Nu pot suferi tratamente termice.

(articol publicat in revista Constructii civile si industriale, septembrie 2005)