Właściwości izolacyjne materiału służącego do wykonania izolacji transparentnej są przeważnie dużo lepsze, aniżeli, np. w przypadku zestawów szyb zespolonych. Gorsza jest natomiast przepuszczalność światła.
Sposoby zastosowania izolacji transparentnych
Omawiany rodzaj izolacji charakteryzuje się dobrą przepuszczalnością promieniowania krótkofalowego, które jest główną składową promieniowania słonecznego i utrudnioną przepuszczalnością promieniowania długofalowego, będącego składową promieniowania emitowanego z powierzchni materiałów budowlanych, instalacyjnych i elementów wyposażenia pomieszczeń.
Rozróżnia się dwa podstawowe warianty zastosowania i funkcjonowania izolacji transparentnej.
- Zastosowanie w przegrodzie pełnej, tj. nieprzezroczystej. Izolacja transparentna tworzy w tym przypadku warstwę, która przepuszcza promieniowanie słoneczne i absorbuje energię poprzez układ akumulacyjny lub akumulacyjno-kolektorowy przegrody. Jest więc elementem pośrednim systemu zysków ciepła.
- Zastosowanie w przegrodzie przezroczystej. Izolacja transparentna jest warstwą przepuszczającą promieniowanie słoneczne oraz naturalne światło do pomieszczenia. Umożliwia doświetlenie wnętrza światłem rozproszonym oraz absorpcję energii poprzez przegrody wewnętrzne wnętrza i elementy wyposażenia znajdujące się w nim. Izolacja staje się, zatem elementem bezpośrednim systemu zysków ciepła i światła.
W obydwu omawianych wariantach izolacja transparentna pełni dodatkową funkcję typowej izolacji cieplnej, tj. ograniczającej ubytki ciepła z wnętrz. Dzieje się tak zarówno wówczas, gdy brak jest promieniowania słonecznego, np. w porze nocnej, jak i podczas dnia, kiedy promieniowanie to przepływa przez izolację.
Pomijając zastosowania typowo budowlane – izolacje transparentne zaleca się stosować również
w urządzeniach grzewczych lub służących do przygotowania ciepłej wody użytkowej takich, które
w swym działaniu wykorzystują energię promieniowania słonecznego. Omawiany rodzaj izolacji pełni w nich podobną funkcję, jak w zastosowaniach budowlanych.
Izolacja transparentna, a wymiana ciepła w różnych przegrodach
Przegrody pełne
Biorąc pod uwagę przegrodę, w której zastosowano typową izolację cieplną po zewnętrznej jej stronie – wykorzystanie zysków ciepła pochodzących z promieniowania słonecznego jest praktycznie niemożliwe. Słaba akumulacyjność materiału izolacyjnego powoduje, że pochłanianie energii przez przegrodę jest bardzo nieznaczne, a większa część promieniowania zostaje odbita na zewnątrz. Przy dłuższych okresach czasu, np. biorąc pod uwagę pełen sezon grzewczy zyski ciepła, płynące z promieniowania słonecznego są w przypadku przegród izolowanych tradycyjnie całkowicie pomijane, gdyż nie mają znaczącego wpływu na ogólny bilans cieplny.
Przy zastosowaniu izolacji termicznej transparentnej możliwe jest pozyskiwanie ciepła płynącego z promieniowania słonecznego nie tylko przez przegrody przezroczyste, tj. różnego rodzaju przeszklenia. Naturalne ciepło pozyskuje się też przez przegrody pełne. Promieniowanie słoneczne płynąc przez materiał izolacyjny będący transparentnym natrafia w końcowej fazie na powierzchnię tzw. absorbera. W tym właśnie miejscu energia promieniowania zmienia się w użyteczne ciepło, które najpierw pozostaje we wnętrzu przegrody, a następnie w procesie przewodzenia trafia do wnętrz budynku. Zasada ta opiera się na wykorzystaniu efektu cieplarnianego, w sposób podobny, do tego, który wykorzystują wszystkie pozostałe pasywne systemy pozyskiwania ciepła.
Przegroda z izolacją transparentną w sprzyjających warunkach pogodowych może być przyrównana do funkcjonowania grzejnika płaszczyznowego – niskotemperaturowego. Tak samo, jak w przypadku ogrzewania płaszczyznowego możliwe jest obniżenie temperatury powietrza we wnętrzu
i zachowanie niezmienionego poziomu temperatury odczuwalnej. W rezultacie, przy odpowiednim zaprogramowaniu układu sterującego ogrzewaniem budynku, możliwe jest uzyskanie całkiem sporych oszczędności w zużyciu energii potrzebnej do celów grzewczych.
Przegrody przezroczyste
Zastosowanie izolacji transparentnej jako wypełnienia przegrody przezroczystej jest aktualnie najbardziej powszechne i dominuje w stosunku do pozostałych zastosowań. Wspomniane rozwiązanie przyczynia się do powstawania zysków ciepła w sposób bezpośredni. Posiada szczególne znaczenie w pomieszczeniach klimatyzowanych, ponieważ nie tylko zmniejsza ono zapotrzebowanie na ciepło w okresie grzewczym, ale dodatkowo ogranicza zapotrzebowanie na chłód w czasie upałów.
Atutem dodatkowym zastosowania izolacji transparentnej w przegrodzie przezroczystej jest bardziej równomierne doświetlenie pomieszczeń światłem naturalnym, aniżeli jest to możliwe w przypadku tradycyjnych przegród. Izolacja posiada, bowiem właściwość polegającą na rozpraszaniu światła naturalnego.
Mimo, że producenci zespolonych zestawów szyb okiennych osiągają coraz lepsze parametry ich izolacyjności, to elementy budowlane posiadające wkomponowaną izolację transparentną mają
w przeważającej części izolacyjność na wyższym poziomie. Należy jednak zaznaczyć, że materiały te nie posiadają na ogół dobrej przezroczystości.
Sposoby redukcji strat ciepła przez izolację transparentną
Materiały, których używa się do wykonania izolacji transparentnych zmniejszają ubytki ciepła w następujące sposoby:
- poprzez przewodzenie – podobnie jak w przypadku materiałów termoizolacyjnych. Związane jest to z faktem, że właściwy materiał izolacyjny stanowi niewielką część całej struktury. Przeważającą część objętości może wypełniać powietrze lub inny gaz.
- poprzez konwekcję – przepływ powietrza lub innego gazu zredukowany jest do minimum, ponieważ struktura materiału izolacyjnego tworzy wewnątrz małe przestrzenie, które wypełniają się gazem.
- poprzez promieniowanie – materiały wykorzystywane jako izolatory transparentne mają ograniczoną zdolność transmisji promieniowania długofalowego lub posiadają zdolność absorbowania tego promieniowania.
Materiały wykorzystywane przy produkcji izolacji transparentnych
Szkło
Szkło najczęściej wykorzystuje się w konstrukcjach zawierających izolacje transparentne, jako osłonę tych izolacji. Spowodowane jest to właściwościami fizycznymi, którymi szkło się charakteryzuje. Należą do nich niepalność, wytrzymałość na działanie wysokich temperatur oraz odporność na działanie promieni UV. Szyby z powłokami o niskiej emisyjności znacznie poprawiają parametry całych zestawów transparentnych.
Jako wypełnienie paneli oświetleniowych stosuje się włókno szklane. Ma ono za zadanie rozproszyć promieniowanie słoneczne i zapewnić dobrą izolacyjność cieplną elementu budowlanego.
Tworzywa sztuczne
Tworzywa, które najczęściej stosuje się do produkcji izolacji transparentnych to poliwęglan
i polimetylometakryl, zwany potocznie szkłem akrylowym lub pleksiglasem. Materiały te są wystarczająco odporne na działanie wysokich temperatur, panujących w systemach izolacji transparentnych, jak również wytrzymują działanie promieni UV. Ponadto, wymienione tworzywa sztuczne posiadają stosunkowo wysoką wytrzymałość mechaniczną.
Aerożele krzemionkowe
Materiały z grupy transparentnych, które nie cieszą się jeszcze powszechnością. Jednak doskonałe do produkcji izolacji transparentnych ze względu na bardzo niską przewodność cieplną, małą gęstość i dużą porowatość. Dzięki wymienionym właściwością płyta aerożelu posiadająca grubość 2 cm jest w stanie zastąpić z powodzeniem - płytę o strukturze kapilarnej mającą grubość 10 cm.
Aerożele krzemionkowe są dodatkowo odporne na działanie bardzo wysokich temperatur (nawet do 1200º Celsjusza), są zupełnie niepalne i nietoksyczne oraz posiadają dobrą izolacyjność akustyczną. Fale dźwiękowe rozchodzą się w ich przypadku jedynie z prędkością 100 m/s.
Ponadto, omawiane aerożele posiadają zdolność dyfuzyjnego rozpraszania promieniowania słonecznego. Uzyskanie przejrzystej warstwy jest możliwe przy zastosowaniu cienkiej płytki aerożelu. Odnośnie przepuszczalności światła – warto nadmienić, że i ona jest zależna od grubości warstwy aerożelu.
Mimo wielu czynników, które przemawiają za powszechnym stosowaniem aerożeli krzemionkowych do produkcji izolacji transparentnych, trzeba nadmienić, iż ten materiał na chwilę obecną posiada jeszcze liczne wady, które naukowcy próbują wyeliminować. Ze względu na to, że aerożele są kruche i nieodporne na działanie wody – trzeba umieszczać je w panelach z tworzywa sztucznego lub szkła.
Celuloza
Za stosowaniem tego materiału przemawiają dwa zasadnicze aspekty. Jest on materiałem ekologicznym i dodatkowo stosunkowo tanim. Użycie kartonu w izolacjach transparentnych sprowadza się do powstania struktury przypominającej plaster miodu. Struktura ta może być dowolnie barwiona, nie jest jednak na tyle przezroczysta, co pozostałe. Jest natomiast zdolna do izolowania akustycznego i posiada doskonałe właściwości termoizolacyjne. Dodatkowo pełni funkcję absorbera, który pochłania energię promieniowania słonecznego.
Izolacje tekturowe są stosowane nie tylko w przegrodach zewnętrznych, ale również w ścianach działowych. Jednak ze względu na słabą odporność na działanie czynników środowiskowych tego rodzaju izolacje trzeba umieszczać w szklanych panelach.
Podsumowanie
Izolacje transparentne to doskonała alternatywa dla budownictwa energooszczędnego oraz pasywnego. Jednakże poprzez stosunkowo wysoką cenę produktu – zainteresowanie nim nie jest jeszcze nazbyt powszechne. Mimo tego na rynku handlowym występują producenci oferujący panele ze szkła, tworzywa sztucznego lub zestawy szyb zespolonych wypełnione materiałami transparentnymi.
Największym zainteresowaniem potencjalnych klientów cieszą się systemy wbudowane w przegrody przezroczyste. Takie systemy transparentne charakteryzuje kilka zalet występujących jednocześnie. Bezspornie należy do nich dobra izolacyjność cieplna, przy jednoczesnej wysokiej izolacyjności akustycznej oraz możliwości dopłynięcia do wnętrz rozproszonego światła naturalnego.
