Materialen 2 Bachelor in de interieurvormgeving
Materialen 2
Verantwoordelijke uitgever Gustavo Mulhall & Patricia Vervenne
2220140224991
Materialen 2 Bachelor in de interieurvormgeving
Materialen 2
Verantwoordelijke uitgever Gustavo Mulhall & Patricia Vervenne
2220140224991
De studiefiche van het opleidingsonderdeel is terug te vinden op www.ects.hogent.be
DEEL 2 GLAS
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Leerpad GLAS
DEEL 2 INHOUDSOPGAVE GLAS 1. Een beetje geschiedenis 2. Over kwarts en zand 3. Het materiaal glas 4. Samenstelling van glas 4.1 Grondstoffen 4.2 Additieven 5. Soorten glas 5.1 Natronglas 5.2 Halfkristalglas 5.3 Kristalglas 5.4 Laboratoriumglas 5.5 Kwartsglas 5.6 Keramisch glas 6. Glasprocédés 6.1 Het mengen 6.2 De ovens 6.3 De vormgeving 6.3.1 De vormgeving algemeen 6.3.2 De blaasmethode 6.3.3 De trekmethode 6.3.4 De gietmethode 6.3.5 De floatmethode 6.3.6 De koeling bij het vormgevingsproces 7. De kenmerken van glas in de bouw 8. Bijzondere glassoorten in de bouw 8.1 Figuurglas of gefigureerd glas 8.2 Veiligheidsglas 8.2.1 Draadglas of gewapend glas 8.2.2 Gelaagd glas 8.2.3 Gehard glas 8.3 Lichtspreidende glassoorten 8.4 Geëmailleerd glas 8.5 Anti-reflecterend glas 8.6 Bouwglas met een speciaal doel 8.6.1 Isolerende beglazing 8.6.2 Zonwerende beglazing 8.6.2.1 Warmteabsorberend glas 8.6.2.2 Warmteweerkaatsend of reflecterend glas 8.6.3 Akoestische beglazing 9. Thermische schok in bepaalde toepassingen van beglazing
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Leerpad GLAS
Glas p. 1
MATERIALEN 2 – Hoofdstuk glas
1. Een beetje geschiedenis De naam van het materiaal 'glas' is afkomstig van het Latijnse woord 'glesum'. Overigens heeft niet de mens het glas uitgevonden; glas komt ook zo in de natuur voor.
Beeld: Moldavite, natuurlijk glas gevormd door impact van meteoriet in Besednice, Bohemen
Zelfs in de vroegste tijd gebruikte de mens al glas om eenvoudige gereedschappen van te maken. We moeten terug tot 5000 jaar voor Christus om te ontdekken wanneer de mens al bezig was met het maken van glas. Rond 2000 voor Christus zien we bij de Egyptenaren bijvoorbeeld al vazen, siervoorwerpen, geĂŤmailleerde en keramische voorwerpen, speerpunten. Ook in Irak, Griekenland, China en Oost-Europa waren toen al dergelijke voorwerpen te vinden. Vlakke plaatjes glas zien we pas veel later in Romeinse gebouwen.
2. Over kwarts en zand Vanaf het allereerste begin van het maken van glas werd waarschijnlijk een zandachtig materiaal gebruikt als basismateriaal. Het materiaal kwarts werd als zwerfblokken verzameld; pas na de zeventiende eeuw werd het uit de grond gehouwen, uitgegloeid met een houtgestookt vuur, afgekoeld en daarna vermalen tot zandkorrelig fijn materiaal. Het vermalen gebeurde door mankracht of met watermolens. Pas sinds een paar eeuwen kunnen we beschikken over het juist samengestelde zand. Daarmee kwam een einde aan de dure en ongezonde verwerking van kwarts. Om kwarts of zand te kunnen gebruiken bij de fabricage van glas, moet het smeltpunt aanzienlijk worden verlaagd. Dit is lang een probleem geweest. Achtereenvolgens werden potas, glauberzout en soda gebruikt om het smeltpunt te verlagen.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 2
Zand smelt bij een temperatuur boven 1700° Celsius. Met deze temperatuur is in de industrie nauwelijks te werken, behalve tegen extreem hoge energiekosten. Om dit smeltpunt te verlagen wordt soda (natriumcarbonaat Na2CO3) of magnesium gebruikt. Om het glas voldoende hard te maken voegt men kalk (calciumcarbonaat KCO3) toe. Tijdens de smeltfase in de glasoven vermengen zich het silicium, het natron en het calcium, terwijl het CO3 (afkomstig uit het calciumcarbonaat) als koolzuur verdwijnt. Door glasscherven aan het mengsel toe te voegen wordt het smeltproces gunstig beïnvloed. De scherven geleiden de warmte van de branders (boven het glasbad) beter het 'gemeng' in. Voor één m2 glas van 4 mm dik die 10 kg weegt, is circa 8 kg aan mengsel nodig en 3,6 kg aan scherven. Het overige gewicht verdwijnt als koolzuurgas door de schoorsteen naar buiten.
Beeld: oudst mondgeblazen raamglas uit Zweden (Kosta Glasbruk, 1742). Men ziet in het midden het spoor van de blazerspijp.
3. Het materiaal glas Glas is een smeltproduct opgebouwd uit minerale grondstoffen, dat zonder kristallisatie afkoelt tot een vaste stof.
Glas is een product dat gevormd wordt door de samensmelting van kiezelzand met alkaliën en metaaloxyden, die met deze op zichzelf nagenoeg niet-smeltbare stoffen verbindingen aangaan die smeltbaar zijn en er een min of meer doorschijnende ofwel doorzichtige stof mee vormen. Deze stof is hard en broos bij gewone temperatuur en deegachtig bij grote hitte. Dit is het gevolg van de grote moleculen van de polysilicaten die de grote vastheid van glas veroorzaken bij gewone
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 3
temperatuur. Doordat die polysilicaten bij grote temperatuur uiteenvallen tot kleine moleculen, zal het glas langzaam week worden bij toenemende temperatuur. Na het afkoelen gaan de moleculen zich niet ordenen volgens een kristallijn rooster met terugkerende geometrisch patronen, (zoals vele vaste stoffen) maar ongeordend blijven. Dit noemen wij een amorfe structuur. Vloeistoffen hebben altijd een amorfe structuur. Gezien de molecule niet vast hangen aan een vaste plaats tegenover elkaar kunnen die uiteraard geen strakke patronen vormen. In feite is glas een vloeistof, waarvan de viscositeit zo hoog is dat het bij gewone temperatuur de stijfheid en de mechanische weerstand bezit van een vaste stof. Men noemt glas daarom een ondergekoelde vloeistof.
4. Samenstelling van glas 4.1 Grondstoffen Naargelang de chemische samenstelling van glas onderscheidt men diverse glassoorten. Glas is een ondergekoelde smelt van silicaten en niet letterlijk een chemische verbinding. De basissamenstelling van glas wordt eenvoudig voorgesteld als bestaande uit drie oxiden: Het glasvormende oxide op basis van silicium (zand): SiO2 De smeltmiddelen of ĂŠĂŠnwaardige metaaloxiden: MI2O De stabiliserende of tweewaardige metaaloxide: MIIO Of schematisch MI2O . MIIO . n SiO2
(n is het aantal, voor glas vaak 6)
4.2 Additieven Bijkomend worden er naar wens andere stoffen toegevoegd: Glasscherven als eerste smeltkernen om de reactie tussen de resterende droge stoffen te activeren. Louteringsmiddelen met als doel een krachtige gasontwikkeling te veroorzaken. Deze mengt enerzijds de glasmassa op natuurlijke wijze en brengt anderzijds de ingesloten luchtbellen uit de glasmassa naar de oppervlakte waar die samen met andere onzuiverheden afgeschuimd worden. Ontkleuringsmiddelen Principe: door de aanwezigheid van ijzeroxide heeft de glasmassa een groene kleur. De ontkleuringsmiddelen zijn zo gekozen dat zij de
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 4
complementaire kleur zijn van het ijzeroxide, zodat eens toegevoegd het glas bij doorkijk de kleur ‘wit’ benadert. Bijvoorbeeld: Seleniumoxyde: SeO2 en/of kobaltoxyde: CoO geven respectievelijk een lichtrode en een blauwe kleuring. Het is een R(rood)G(groen)B(blauw) techniek avant la lettre. Vanaf een dikte van 12mm is de groene kleur niet meer weg te werken. Zo kan doorzichtig blank glas perfect blank zijn, en aan de randen toch groen. Kleurstoffen onder de vorm van metalen, oxyden en sulfiden. De kleur van het resultaat hangt af van de gebruikte kleurstof én van de gebruikte grondstoffen voor de glasbereiding Tabel met overzicht van kleurstoffen Kleur
Kleurend bestanddeel
Bereid door
+Robijnrood (laat violet licht door)
Colloïdaal Au
Oxidatie van AuCl3
+Robijnrood (laat geen violet lichtdoor
Colloïdaal koper
Reduceren van Cu2O
+Roze en robijnrood
Selenium
Se
Robijnrood
Colloïdaal CdS Colloïdaal CdSe
Reductie van CdS +Se
+Geel
Colloïdaal Ag
Oxidatie van Ag-zout
Geel
Colloidaal CdS
Reductie CdS + S
+Geel tot groen
UO3
NaU2O7 . 6 H2O
Geel tot bruin
FeS
Reductie Sulfaat + C geeft sulfide, dat reageert met Fe
Blauwgroen
FeII
Reductie van Fe-houdende stoffen
Geelgroen
FeIII
Oxidatie van Fe-houdende stoffen
Groen,
CrIII
Cr2O3
Blauwgroen, blauw
CuIII
CuO, CuSO4
+Blauw
CoII
CoO
Violet
MnIII
Oxidatie van MnO2
Bruin of violet
NiIII
NiO
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 5
Ondoorschijnend makende stoffen zoals: o fluoriden om ‘opaalglas’ te maken, dit wil zeggen: doorschijnend in de massa o fosfaten om ‘opaakglas’ te maken, dit wil zeggen: troebelglas dat amper lichtdoorlatend is (vgl. met porselein).
5. Soorten glas Als naargelang de samenstelling kunnen wij (niet beperkend) 6 glassoorten opsommen. 5.1 Natronglas Bij natronglas is MI = Na (natrium) en MII= Ca (calcium) dus: Na2O . CaO . 6 SiO2 wordt standaard gebruikt voor vlakglas, dus bouwglas Er worden uiteraard ook binnen deze groep andere toeslagstoffen gevoegd om bijvoorbeeld de kleur in de massa te wijzigen of om de reflectiewaarden te beïnvloeden met een ander gedrag voor licht als gevolg. 5.2 Halfkristalglas Bij halfkristalglas is MI = K (kalium) en MII= Ca (calcium) dus: K2O . CaO . 6 SiO2 wordt veel gebruikt voor laboratoriumwerk (proefbuizen enz.) 5.3 Kristalglas Bij kristalglas is MI = K (kalium) en MII= Pb (lood) dus: K2O . PbO . 6 SiO2 wordt veelal gebruikt voor huishoudartikelen. Indien er meer dan 30% loodoxide aanwezig, spreekt men van hoogloodkristal (bv. Swarovski) 5.4 Laboratoriumglas Bij laboratoriumglas wordt naast het glasvormende oxide SiO2 een deel boorzuuranhydride B2O3 toegevoegd dat het beter bestand maakt tegen reagentia. In combinatie met andere toevoegingen (tot een boroaluminosilicaat) krijgt dit glas geringe thermische uitzetting wat het zeer geschikt maakt voor toepassingen met chemische producten of onder hoge temperaturen. Laboratoriumglas komt veelal voor onder het merk Pyrex (diverse kwaliteiten beschikbaar) en Jena (eveneens diverse kwaliteiten beschikbaar). 5.5 Kwartsglas Kwartsglas is strikt genomen geen glas omdat het kristalijn is en dus niet amorf. Het wordt toch onder de glassoorten opgenomen omwille van het basismateriaal siliciumdioxide SiO2.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 6
Kwartsglas wordt veel toegepast omdat het grote temperaturen kan doorstaan en chemisch vrij inert is. Het heeft een geringe thermische uitzettingscoëfficiënt. Dit maakt het bijzonder geschikt voor de omhullende behuizing van lichtbronnen (zoals halogeen lampen enz.) Omdat het in tegenstelling tot glas –ook Pyrex- wel UV straling doorlaat, wordt het ook bij spectroscopie in het laboratorium gebruikt als cuvetmateriaal (recipiënt met het te onderzoeken product). 5.6 Keramisch glas Keramisch glas is glas dat omgezet wordt in een bijna geheel gekristalliseerde materie (dus heel strikt genomen geen echt glas meer) tijdens een beheerst kristallisatieproces, door aan de glasmassa middelen toe te voegen die de kernen van de kristallen gaan vormen. De voornaamste toeslagstoffen zijn lithiumoxides en aluminiumoxides. Het is bijzonder hittebestendig met nagenoeg geen uitzetting tot 800°C. Het laat ook zeer veel infrarode straling door (ca. 85% transparant voor IR!) Deze glassoort wordt veelal gebruikt bij haarden en kookplaten. Tabel met overzicht van glassoorten en hun hoofdingrediënten
Natronglas
Glassoort
Oxiden
SiO2 Na2O
Kaliglas
Kaliloodglas
Flessen Vensterglas/ Boheems Kristal Glazuur glas Spiegelglas 68-73.5
71-73
14-15
14-16
K2O
72
0.5-1.5
3-4.5
CaO
9-9.5
8-11
1.5-3.5
0.3-0.5
31
10
1-4 10-25 1-4
SnO2
10
PbO²²
35
As2O3 MnO
60-80
8
B2O3 Al2O3
Pyrex
2-10 18
MgO
50
Borosilicaat
0.3-0.5
50
5
1-3.5
FeO Fe2O3
0.06-2
0.08-0.1
6. Glasprocédés 6.1 Het mengen De basissamenstelling van glas is onder punt 4 algemeen behandeld. Nadat de grondstoffen heel zorgvuldig werden afgewogen, moeten ze minutieus worden gemengd zodat een uiterst homogeen mengsel ontstaat.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 7
In glasfabrieken waar dagelijks tonnen grondstoffen worden gesmolten, zijn de weeg, homogenisering- en transportinstallaties, vanaf de plaatsen waar de samenstellingen worden voorbereid tot aan de smeltovens, volledig geautomatiseerd.
Beeld: het mengprocédé van de glasingrediënten
6.2 De ovens De verglaasbare mengsels worden continu in de oven gevoerd. De ‘wanoven’ bestaat hoofdzakelijk uit een kuip van vuurvaste materialen waarin het glas wordt gesmolten. Deze kuip bevindt zich onder een gewelf, eveneens opgetrokken in vuurvast materiaal. Het verwarmen gebeurt rechtstreeks, overwegend met branders die gevoed worden met zware of extrazware stookolie of met aardgas. De vlammen bevinden zich boven de smeltende glasmassa. Aan die massa worden geleidelijk de nieuwe grondstoffen toegevoegd. Er bestaan ook ovens met een laag of matig vermogen, die elektrisch door het Joule-effect worden verwarmd. Deze energiebron wordt ook gebruikt als aanvulling; daarbij worden elektrodes rechtstreeks in de smeltende glasmassa gebracht. Voor kleinere vermogens of voor artistieke doeleinden bestaan er ook potovens (of kroesovens) waarin de grondstoffen discontinu worden aangevoerd en kleine kuipovens die volgens een dagcyclus werken. De oventemperaturen schommelen in de smeltzone rond de 1500°C. Bij die temperatuur is het glas betrekkelijk vloeibaar.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 8
Beeld: inwendig zicht in de smeltoven
6.3 De vormgeving 6.3.1
De vormgeving algemeen
Om het glas een zekere consistentie te geven zodat het achteraf kan worden bewerkt, moet de temperatuur worden verminderd tot om en bij de 1000°C. Dit gebeurt ter plaatse voor de potovens of dagovens, of geleidelijk, wanneer het glas bij de continue procédés wordt geleid naar de vormgevingsmachines (trekmethode, gietmethode of floatmethode). Tegenwoordig zijn glasovens thermisch sterk geïsoleerd om het energieverbruik maximaal te beperken. Deze nieuwste ovens zijn op het vlak van rookemissie milieuvriendelijker. 6.3.2
De blaasmethode
Aanvankelijk werd vlakglas vervaardigd via de blaasmethode. Dit is een verouderde maar wel spectaculaire methode die al eeuwenlang toegepast wordt. Vandaag wordt het nog gebruikt voor de restauratie van monumenten of voor glas met bijzondere kenmerken (kleur en uitzicht, zie HTML presentatie bij leerpad “Glas” in CHAMILO). Het blazen gebeurt met een stalen pijp, de blaaspijp, voorzien van een houten handvat die aan het uiteinde een houten mondstuk heeft terwijl aan het ander uiteinde een verbreding is aangebracht. Onderstaand schema geeft een overzicht van het glasprocédé voor geblazen glas.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 9
Beeld: procedé geblazen glas
Door indompelen in de gesmolten glasmassa en rond draaien blijft een bepaalde hoeveelheid glas aan dit uiteinde hangen (a). Door verschillende manipulaties, die een zeer grote handigheid en oefening vereisen, zoals draaien, blazen, laten uitzakken enz. wordt een glascilinder geblazen van ca. 2m lengte en een doorsnede van 0.3m tot 0.5m (b). Het onderste deel wordt open gesneden en de ontstane cilinder wordt in de lengte open gesneden (c) en in een strekoven onder verwarming open gestrekt (d). Hierna volgt de geleidelijke koeling in de koeloven. 6.3.3
De trekmethode
Sinds het begin van de 20ste eeuw werd het vensterglas geproduceerd door een continu trekproces, volgens de Fourcault-, Pittsburgh- of Libbey-Owensprocédés (zie illustraties). De trekmachines worden rechtstreeks gevoed door leidingen afkomstig van het werkgedeelte van de kuipovens. De voornaamste productiemethodes van vensterglas (getrokken glas) onderscheiden zich van elkaar door de manier waarop de glasfilm (of glaslint) wordt gemaakt en de beweging ervan. Na het vormen wordt het vlakglaslint, afhankelijk van het procédé, aangedreven of door rollen ondersteund. Het glas wordtgeleidelijk aan afgekoeld, tot op een punt waar het kan worden versneden. Door de snelheid van het trekken te wijzigen, ontstaat glas met verschillende diktes (gaande van 0,5 mm tot 20 mm). In België wordt dit procédé enkel nog toegepast voor extra dun glas.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 10
Beeld: methode van Fourcault
Beeld: methode van Libbey-Owens
6.3.4
De gietmethode
Dit discontinu procedĂŠ wordt voornamelijk toegepast voor de productie van glasplaten van uitzonderlijke afmetingen. De gesmolten glasmassa (uit de smeltoven of smeltkroes) wordt op voorverwarmde, vlakke en gladde bronzen en gietijzeren platen uitgestort. Deze platen zijn 6 Ă 7 m lang op 4 m breed en voorzien van koperen verstelbare randen. Deze verstelbare randen laten toe de gewenste dikte en grootte van de ruiten in te stellen. Direct na het gieten gaan zware rollen over de voornoemde randen lopen en de glasmassa platwalsen. Na het langzaam afkoelen wordt het definitief op maat gesneden.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 11
Beeld: gegoten glas
Voor de productie van hoogwaardiger glas zonder oneffenheden en optische vervormingen, werd de productie van spiegelglas toegepast. De industriële productie van spiegelglas begon omstreeks 1850. De benaming is te verklaren vanuit de wens om glas te maken die nagenoeg geen vervorming geven bij toepassing voor spiegels. Dit betekent dat de glasoppervlakte van een onberispelijke vlakheid moest zijn. Dit was altijd een arbeidsintensieve bewerking omdat het vlakken van de oppervlakte uitgevoerd wordt door polijsten (van grof naar fijn) tot het perfect is. Deze methode was eerst volledig handmatig, dan met geautomatiseerde polijsttafel (per zijde, dus het blad moest na bewerking van de ene zijde omgedraaid worden) en tenslotte via een dubbelzijde polijstinstallatie. Deze methode laat toe om heel erg dikke glasbladen te vervaardigen (tot diktes van meer dan 25mm dus ruim boven de mogelijkheden met andere vormgevingsmethodes). Voor het polijsten werden mechanische hulpmiddelen gebruikt, zoals zand met een steeds fijnere korrelgrootte en viltenpolijstschijven die in ijzeroxide werden gedrenkt. Daarna schakelde men over op continue gietprocedés waarbij de glasmassarechtstreeks uit de kuipovens naar de walsinstallatie werd getapt. Een interessante link over de geschiedenins en de vervaardiging van spiegelglas kan je online vinden onder http://www.glas.nl/geschiedenis/7-spiegelglas-gekwalificeerd-vlakglas. 6.3.5
De floatmethode
Tegenwoordig wordt vlakglas enkel nog vervaardigd volgens het “floatprocédé”. Dit procédé maakt het mogelijk om een product te bekomen met een optische kwaliteit die identiek is aan die van spiegelglas (gegoten en gepolijst glas). Bij floatglas zijn de vlakken volmaakt evenwijdig en vertonen geen oppervlakteonregelmatigheden, rol- of wrijvingssporen. Dit proces dankt zijn naam aan de techniek waarmee het glaslint wordt
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 12
gevormd. Het gesmolten glas komt uit de oven en wordt over een bad van vloeibaar tin gegoten. De lagere densiteit van het glas ten opzichte van de densiteit van het metaal zorgt ervoor dat het glas kan “floaten” (To float = drijven). De “boordrolletjes” die zich aan weerszijden van het lint bevinden, trekken het glas tot de gewenste dikte en breedte. Alle onregelmatigheden in de dikte worden automatisch weggewerkt. De oppervlakken getuigen van een optimale kwaliteit omdat het glas niet met vaste, refractiemateriaal of met metalen materialen in contact komt. Het lint wordt vervolgens van het tinbad gescheiden door rollen die het blad naar de koelinstallatie transporteren waar de bladen worden gecontroleerd en gesneden.
Beeld: het floatproces
Ook de vormgeving van vlakglas is gebaseerd op drijven. Vlakglas wordt daarom floatglas genoemd. Na de smeltoven wordt het vloeibaar glas over een bad van vloeibaar tin gegoten, waar het drijft of “float” naar het andere eind van het tinbad. Intussen daalt de temperatuur van het glas geleidelijk van 1100° C tot 600°C. Aan elke kant trekken de “top rollers” het glas tot de gewenste dikte en breedte.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 13
Beeld: schematische voorstelling van de productielijn van floatglas
Aan het einde van het tinbad heeft het een min of meer vaste vorm en wordt door een koelgalerij getrokken om de spanningen eruit te halen zodat er geen risico op breuk ontstaat. Na de koeling wordt het glaslint geĂŻnspecteerd door een optische laser op eventuele afwijkingen zoals ongesmolten gemeng. Het glaslint wordt nadien automatisch in bladen van grote afmetingen (6 x 3,21m) gesneden in diktes gaande van 4mm tot 19mm. Deze bladen worden daarna volautomatisch per bestelling verdeeld, op grond van de kwaliteitseisen van de klant. Ook kunnen de glasplaten verschillende coatings krijgen om bijvoorbeeld extra energie te besparen in de gebruiksfase. In de laatste stap plaatsen stapelmachines alles op laadblokken en is het verzendklaar.
Voor een algemeen aanvullend overzicht over de productie van glas raden wij volgende link aan: https://www.youtube.com/watch?v=gzEw-1O7ZmE#t=67 Bron: Vereniging van Nederlandse Glasfabrikanten en Pilkington Andere aanvullende en interessante links: https://www.youtube.com/watch?v=ig4G5WbOMLc https://www.youtube.com/watch?v=OVokYKqWRZE
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 14
6.3.6
De koeling bij het vormgevingsproces
Bij een temperatuur rond de 1500°C is de viscositeit van de gesmolten glasmassa laag. Het gevaar voor “ontglazen” is echter afwezig, omdat kristalvorming bij zulke hoge temperaturen onmogelijk is. Tussen 1100°C en 700°C is het gevaar voor kristalvorming reëel daar de viscositeit dan zo laag is dat de groei van kristalkernen mogelijk wordt, terwijl de temperatuur niet te hoog is om kernvorming te beletten. Van 700°C af neemt de viscositeit zeer snel toe. Zelfs al zouden er kristalkernen ontstaan dan zouden zij niet kunnen groeien. Beneden 550°C is de viscositeit zo hoog (101³ Poise) dat verdere transformatie onmogelijk is. Bij het afkoelen van de gesmolten glasmassa dient het temperatuursgebied tussen 1100°C en 700°C snel te worden doorlopen. Nadat de producten hun vorm hebben gekregen moeten ze om uiteindelijk te kunnen worden gebruikt geleidelijk worden overgebracht naar de omgevingstemperatuur. De temperatuurverschillen die bij de afkoeling in de massa van de producten ontstaan, veroorzaken een ongelijkmatig krimpen waardoor inwendige spanningen optreden. Bij het koelen worden de producten afgekoeld zodat er slechts spanningen ontstaan die verenigbaar zijn met het gebruik. Dit gebeurt doorgaans in tunnels die de naam koelovens, galerijen of strekovens dragen en waarin de producten op rollen of tapijten naar geconditioneerde zones met heel specifieke temperaturen worden geleid. Afhankelijk van het thermische profiel van de koelovens vertonen de gekoelde producten min of meer “restspanningen”. Optisch glas en glas bestemd voor bijvoorbeeld de fabricage van thermometers, mogen haast geen interne spanningen vertonen. De restspanningen moeten zodanig gestabiliseerd zijn dat de optische en mechanische eigenschappen van het glas niet meer evolueren in de tijd.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 15
7 De kenmerken van glas in de bouw De kwaliteit van glas wordt in eerste instantie bepaald door de chemische samenstelling. In tweede instantie worden de kenmerken van het glas bepaald door het vormgevingsproces. Zoals getrokken glas, gegoten glas, floatglas enz. Bovendien kan de kwaliteit van elke glassoort nog beïnvloed worden door nabehandeling. Zoals het harden voor mechanische sterkte, het coaten voor zonnewering of warmte reflectie, het lagen voor veiligheidstoepassingen en/of esthetische doelstellingen en uiteraard het samenstellen tot dubbele of drievoudige beglazing. Al deze handelingen laten toe de eigenschappen van het eindproduct zo goed mogelijk af te stellen op het beoogde doel.
Glas heeft als belangrijkste en hoofdkenmerk dat het lichtdoorlatend of transparant kan zijn. Vooreerst moet bij deze bewering het woord ‘belangrijkste’ genuanceerd worden. Geen eigenschap of kenmerk is belangrijk op zich maar is belangrijk in functie van iets. Wij kunnen stellen dat er geen eenduidige benadering is op die bewering omdat het afhankelijk is van de doelstelling of toepassing. De meeste glassoorten laten licht door (niet allemaal, bv opaakglas weinig of niets) Licht dat invalt op een glasblad en doorgelaten wordt is aan de andere zijde ervan waarneembaar. De invallende lichtstraal wordt gebroken op de glasplaat en nogmaals gebroken bij het verlaten van het glasblad om dan verder te gaan. Men spreekt van ‘doorschijnende beglazing’ of van ‘translucide beglazing’ wanneer er licht en in bepaalde mate contouren zichtbaar zijn door het glas. Dit wordt verklaard doordat de invallende stralen niet in dezelfde richting worden gebroken. Zo ziet men door het glas wel licht en eventueel een diffuus beeld (dus geen scherp beeld of soms zelfs helemaal geen beeld en enkel licht). Wanneer het invallend licht evenwijdig breekt (dus niet diffuus) zal men aan de andere zijde, naast licht, ook de juiste vormgeving scherp waarnemen. In dit geval spreekt men van ‘transparant glas’ of ‘doorzichtig glas’. Wanneer wij spreken over de transparantie van glas bedoelen wij de eigenschap van glas om licht door te laten. Om te begrijpen hoe dit in elkaar zit is het belangrijk enkele begrippen te verduidelijken. Licht is een elektromagnetische straling dus een vorm van energie. Anders dan bijvoorbeeld geluid (dat een mechanische golf is) hebben elektromagnetische golven geen medium (middenstof) nodig om zich voor te planten dus kunnen zij zich in vacuüm voorplanten. Elektromagnetische straling uit zich onder de verschijning van fotonen. Deze fotonen zijn eigenlijk massaloze deeltjes (eigenlijk een hoeveelheid energie met bepaalde kenmerken) die zich voortbewegen als een stroom met de snelheid
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 16
van het licht (tenminste in het luchtledige) en de kenmerken van een golf. Dit is belangrijk om te begrijpen hoe de interactie met materialen gebeurt. Alle elektromagnetische stralingen (ook bv. de radiogolven of de X-stralen) verschijnen onder de vorm van fotonen, maar niet alle fotonen zijn zichtbaar licht. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid energie en de frequentie waarmee die trillen. Het gebied van ‘wit licht’ is het gedeelte dat wij ‘zichtbaar licht’ noemen. Dit gebeurt dankzij onze optische sensoren die voor die straling gevoelig zijn (nl. onze ogen!). Wit licht bestaat uit de range rood, oranje, geel groen en blauw indigo en violet.
Beeld: breed spectrum van elektromagnetische golven met in kleur het gedeelte “licht”…
Wanneer elektromagnetische straling een materiaal ontmoet kan het interageren op verschillende manieren. Deze interactie is afhankelijk van de aard van de straling, zoals de golflengte of de frequentie (die houden verband met elkaar, nl. zij zijn omgekeerd evenredig) en de energie. De golven zullen, als gevolg van de ontmoeting met het materiaal, een combinatie van reflectie, absorptie en doorlating ondergaan. Bv. radiogolven (dit zijn fotonen aan een zeer hoge frequentie dus lange golflengte) zullen nagenoeg niet geabsorbeerd of gereflecteerd worden door een muur uit baksteen. Materialen zoals glas en proper water zullen het grootste deel doorlaten van de elektromagnetische straling dat overeenkomt met het lichtspectrum, dus voor ons zichtbaar licht. Materialen die geen licht doorlaten worden ondoorschijnend of ‘opaak’ genoemd. Veel substanties zijn selectief in de manier waarop zij licht of gedeelten van het licht absorberen, reflecteren of doorlaten. Materialen zoals glas en water zullen niet noodzakelijk transparant zijn voor andere stralingen van fotonen met andere frequenties (dus met andere golflengtes) die er op afkomen zoals bv. infrarood IR of ultraviolet UV die respectievelijk gereflecteerd en geabsorbeerd worden door glas.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 17
De reden waarom specifiek die straling er wel door geraakt valt enigszins te verklaren op twee niveau’s, nl. van de elektronenconfiguratie en op het moleculair niveau. o Op elektronisch niveau heeft het te maken met de mogelijkheid van de de buitenste orbitalen (rond de atoom) om, binnen bepaalde regels (selectieregels), een hoeveelheid lichtenergie of fotons op te slorpen (absorberen). Voor glas zijn er geen of weinig zulke orbitalen waardoor er zeer geringe absorptie is voor de frequenties van ‘wit licht’. Dan kan de rest van de energie gereflecteerd of doorgelaten worden en dat is ook nog afhankelijk van het tweede niveau. o Op atomair of moleculair niveau heeft de absorptie te maken met de eigenheid van de chemische bindingen, meer specifiek de moleculaire trilling enerzijds en de ordening en de grootte van de moleculen anderszijds. Hierbij nog een aspect, hoe kleiner de tussenafstand van de moleculen in verhouding tot de golflengte van de straling hoe moeilijker de straling erdoor komt. Ook de ordening van de struktuur kan een grote invloed hebben op de doorlaatbaarheid. Zo zijn metalen, met een zeer compacte (dichtste bolstappeling) kristallijne structuur, zeer ondoorschijnend. De meeste vloeistoffen en wateroplossingen zijn doorgaans zeer transparant, zoals water, olie, alcohol, lucht, aardgas. De afwezigheid van structurele afwijkingen (wegens amorf) samen met de moleculaire structuur van vloeistoffen zijn mede hoofdverantwoordelijk voor de optische transmissie (transparantie). De natuurlijke neiging van vloeistoffen om interne ‘defecten’ van de structuur te ‘genezen’ via visceuze vloei is een van de redenen waarom vezelachtige stoffen als papier of textiel, transparanter worden als zij nat zijn. De vloeistof vult de gaten om het materiaal meer structureel homogeen te maken. dit deel is louter informatief en geen deel van de examenstof.
Een ander hoofdkenmerk van glas is dat het tal van vormgevingmogelijkheden heeft. Dit is mogelijk omdat glas zeer vervormbaar is bij hogere temperaturen. In visceuze toestand is glas relatief eenvoudig vorm te geven onder andere door middel van blazen, persen, gieten enz. Dit laat ons toe om tal van voorwerpen te vervaardigen zoals holglas (flessen, bokalen, glazen, enz ) of optisch glas (brillen, lenzen, enz) of technisch glas (glasvezels in diverse gedaantes). Een ander hoofdkenmerk is uiteraard dat glas kan aangewend worden om vlakglas van verschillende soorten te maken. Dit vlakglas kan op zijn beurt veel nabehandelingen en bewerkingen krijgen, waaruit andere bijzondere eigenschappen naar voor kunnen komen.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 18
8 Bijzondere glassoorten in de bouw 8.1 Figuurglas of gefigureerd glas Figuurglas behoort tot de ondoorzichtige glassoorten. Met ondoorzichtig glas bedoelt men glas waardoor men wel iets kan onderscheiden maar niet herkennen. Voor de vervaardiging van figuurglas gaat men op dezelfde manier te werk als voor continu gegoten glas, men dien verstande dat één van de twee walsen de figuratie vertoont van het glas zodat de figuratie aan één zijde van het glas aanwezig is. Soms past men een herbakkingsproces tussen in.
Beeld: proces figuurglas
Er zijn verschillende patronen mogelijk zoals: -
gehamerd glas geribd glas kathedraalglas antiek glas
Er zijn in de handel, minder dan vroeger, maar nog steeds een groot aantal figuren verkrijgbaar. Bij toepassing is men aangewezen op recente documentatie van de glasproducenten. Daar ziet men naast het patroon ook de verkrijgbare diktes en kleuren.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 19
Beeld: geel figuurglas
8.2 Veiligheidsglas Er bestaan tal van interpretaties rond het begrip veiligheid van beglazing zoals inbraakbeveiliging, brandbeveiliging, beveiliging tegen straling‌ Vaak spreekt men van veiligheidsglas met betrekking tot verwonding door het breken van het glas. Het breken van glas kan moeilijk belet worden maar men kan wel rekening houden met de gevolgen bij het breken. Zo spreekt men van veiligheidsglas wanneer bij breuk de kans op verwonding beperkt wordt. Wij onderscheiden in dit verband enkele soorten: 8.2.1 draadglas of gewapend glas Gewapend glas of draadglas wordt meestal ondoorzichtig gemaakt door eenzijdige figuratie. De fabricage van dit glas komt overeen met dat van figuurglas, waarbij echter tevens een metalen netwerk met vierkante mazen door een indrukwals in de gloeiend hete glasband wordt gedrukt.
Beeld: proces draadglas
Door de draad is de massa van draadglas ongeveer 2.6Kg/m² per mm dikte. Dit kan echter variÍren naargelang de maaswijdte van het metalen netwerk.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 20
Draadglas of gewapend glas behoort tot de veiligheidsglassoorten, maar kan soms ook gefigureerd gebruikt worden. Immers, bij breuk worden de scherven samengehouden door het draadnet. Het zal daarom toegepast worden waar de kans op breuk groot is. De breuk wordt niet belet maar de kans op kwetsuren ten gevolge van glasscherven wordt beperkt. Ook de brandwerendheid van draadglas is hoger dan van gewoon glas, zonder dat wij van brandwerende beglazing kunnen spreken. In het verleden werd deze glassoort veel gebruikt om die reden maar heden bestaan er veel geschiktere glassoorten in het kader van brandwerendheid.
Beeld: diverse soorten “draadglas”
8.2.2 Gelaagd glas Gelaagd glas bestaat uit twee of meerder lagen glas, aan elkaar verbonden door middel van één of meerdere dunne lagen kunststoffolie. Deze kunststoffolie is volkomen doorzichtig en is meestal PVB (polyvinylbutyraal) Het toegepaste glas is vandaag altijd vlakglas van het type floatglas maar kan in theorie ook “vensterglas” zijn of eveneens “spiegelglas”. Bij breuk worden de glasstukken bijeen gehouden door de tussenliggende PVB laag. Om gelaagd glas te maken worden de glaspanelen eerst op maat versneden, dan grondig gereinigd en dan worden de lagen glas met tussenlagen kunststoffolies (één of meerdere, tot vier ineens!) samengevoegd. Een eerste walsing, na opwarming, verwijdert het grootste gedeelte van de aanwezige klucht tussen de bladen. Daarna volgt de autoclaafbehandeling, waar onder invloed van verhoogde druk en temperatuur (ca. 145°C), de overige lucht verwijderd wordt en de kunststof week waardoor het sterker aan het glas kleeft.
Beeld: schema van vervaardiging van gelaagd glas
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 21
Er zijn meerdere soorten gelaagd glas, waaronder: - triplexglas: 2 lagen glas + 1 of tot 4 lagen PVB - Inbraakvertragende beglazing: 3 lagen glas met telkens minimum 1 laag PVB. Wanneer men een stuk wil snijden uit het dit soort glas met een diamantsnijder kan dat uitgesneden stuk glas niet loskomen daar het vastgekleefd zit aan de tweede laag door middel van de PVB. Opgelet een “raamkraak” overleeft het glas niet vandaar het niet meer “inbraakwerend” mag genoemd worden en wel inbraakvertragend! - Kogelvrij gelaagd glas: minimum 4 lagen glas + 3 lagen (al dan niet enkelvoudig) PVB. Vaak wordt ook een extra laag PC (polycarbonaat) voorzien aan de binnenzijde. Het aantal lagen, de diktes ervan en het aantal tussenfolies zijn afhankelijk van het te bereiken resultaat. Een krachtiger vuurwapen impliceert een sterker gelaagd glas om de veiligheid te garanderen. Opmerking: anders dan gehard glas (zie later) kan gelaagd glas wel versneden worden na vervaardiging. Multiplexglas (minimum 3 glaslagen) dient verzaagd te worden maar triplexglas kan mits de juiste maatregelen gewoon versneden worden. De dikte van de tussenlaag PVB is 0.38mm maar kan zoals vermeld in veelvouden gebruikt worden (tot maximum 4) en de dikte vermeerdert dan tot 0.76mm, 1.14mm, enz. Gelaagd glas krijgt een speciale benaming, zo wordt symmetrisch sandwich glas van 8mm met dubbele PVB laag 44.2 genoemd. De twee eerste cijfers voor de dikte van de glaspanelen, het cijfer na het punt geeft aan hoeveel lagen kunststoffolie tussen de glaspanelen er zijn, hier dus 2. Om producten te beschermen in uitstalramen tegen verkleuring door UVstralen van de zon, kan men gelaagd veiligheidsglas gebruiken dat bescherming biedt door PVB lagen te gebruiken die de UV stralen tegenhoudt. Dat glas is in dit geval lichtjes gekleurd.
Beeld: diverse soorten gelaagd waar de kunststoffolie in de dikte waar te nemen is
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 22
8.2.3 Gehard glas Thermisch gehard Thermisch gehard glas behoort eveneens tot de categorie van veiligheidsglas. Het is veel sterker dan gewoon glas en als het breekt gebeurt het in kleine stukjes. Het thermisch harden van glas bestaat in het brutaal afkoelen van warm glas. Hiertoe wordt het te harden glas (eerst op maat gesneden!) bij middel van schaarklemmen opgehangen bij verticale ovens of op een luchtkussen bij horizontale ovens. De ovens zijn meestal elektrische ovens waar het glas verwarmd wordt tot dicht bij de verwerkingstemperatuur (ca. 650°C). Daarna wordt het gebracht op afblaasrekken waar men het snel afkoelt door middel van perslucht. Door het zogenaamd afschrikken wordt de buitenoppervlakte gehard. De buitenzijde koelt immers veel rapper af dan de kern. In die buitenzijden ontstaan hierdoor drukspanningen, wat een soort voorspanning geeft in de glasbladen. Wanneer er breuk optreedt, zal door de inwendige spanningen het ganse blad uiteenvallen in kleine stukjes. Daar gehard glas in zijn geheel breekt bij beschadiging van de geharde laag is nabewerking van gehard glas niet mogelijk, zoals snijden, boren van gaten en slijpen van randen. Thermisch gehard glas kan soms ook gefigureerd gebruikt worden (zoek documentatie over “securit deuren”) Chemisch gehard Chemisch gehard glas draagt de benaming VHR-glas (de Franse afkorting van Verre de Haute Résistance) Het wordt vooral onder de vorm van gelaagd glas gebruikt. Gelaagd VHR glas is relatief dun en zeer buigzaam. Het kan grote vervormingen weerstaan alvorens te breken. Het biedt bijgevolg een uitstekende bescherming bij ontploffingen. De harding gebeurt door een chemische behandeling van gewoon glas. Daartoe wordt het glas ondergedompeld in een bad van gesmolten zouten bij een temperatuur van 300°C. Hierdoor grijpt een uitwisseling plaats van alkalische elementen in de oppervlaktelaag van het glas. Daardoor zal een uitzetting optreden in deze oppervlaktelaag wat deze onder spanning zet (gezien de kern niet mee wil uitzetten). Een typische toepassing zijn de ruiten van supersonische vliegtuigen. Zoals vermeld is gehard glas sterker. Ter vergelijking volgende cijfers. De sterkte van diverse glastypes en diktes wordt aangetoond door vergelijking van de valhoogte van een stalen kogel van 227g, nodig om het glas, geplaatst in een genormaliseerde positie, te breken.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 23 Tabel: glassterkte
Algemeen wordt gehard glas toegepast: -
in plaatsen waar er slipgevaar is zoals scheidingswanden van stortbaden urinoirs, … In plaatsen met een permanent ontploffingsgevaar zoals pompstations, gasstations, petroleumraffinaderijen, laboratoria, fabrieken van chemische producten… Alle beglazing die door kinderen tijdens het spelen kan worden geraakt, dus scholen, jeugdhuizen, … Voor ruiten in wagens Voor deuren, wanden en meubels en ook haarden en kachels. Voor schrijnwerk dat onderworpen wordt aan sterke maar niet over de ganse oppervlakte verspreide bezonning (gevaar op glasbreuk wegens oplopende inwendige spanningen, teveel voor gewoon glas!)
In tegenstelling tot een wijdverspreide mening, biedt gehard glas geen doeltreffende beveiliging tegen inbraak, omdat een harde slag volstaat om het volledig te breken. Om die reden is het ook niet als valbeveiliging bij borstweringen. Het kan wel gelaagd worden om dan enkele voordelen te combineren van gehard glas met dat van gelaagd glas! Gelieve voor het minimaal correct gebruik van het juiste type veiligheidsglas in functie van de toepassing de norm te raadplegen: Bescherming van personen tegen verwondingen en doorvallen NBN S 23-002: 2007 en de NBN S 23-002/A1: 2010
8.3 Lichtspreidende glassoorten Dit zijn de glassoorten die niet transparant zijn maar een diffuse lichtspreiding geven. Deze worden vaak gebruikt om verblinding tegen te gaan of om privacy redenen. Meestal waren die op basis van enkelglas waarbij een oppervlakte behandeling (aan één zijde) ervoor zorgt dat het “wittig” wordt en dus diffuus.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 24
De voornaamste methode van behandelen zijn dan het zandstralen of het behandelen met waterstoffluoride, een zuur dat de oppervlakte aantast en zo diffuus maakt. Er bestaat ook een lichtspreidende dubbele beglazing waarbij tussen de glaslagen een dunne spouw voorzien wordt om die te vullen met laagjes glasvezels (van 1.5mm tot 3mm). Hierdoor krijgt men nagenoeg evenveel licht maar geen zicht!
Er bestaan vandaag goede alternatieven voor het enkelglas onder de vorm van gelaagd glas. Men kan de tussenliggende transparante kunststoffolie vervangen door “melkfilm” of zelf gekleurde film. Door de combinatie van kleuren tot 4 lagen kan men tal van kleuren verkrijgen. Een goede te raadplegen bron om de ruime mogelijkheden van gelaagd glas te ontdekken is:
www.vanceva.com 8.4 Geëmailleerd glas Geëmailleerd glas bestaat uit een glasplaat (mag van diverse soorten zijn) waarop een gekleurde glas-email laag is aangebracht. De email laag wordt in het glas gebrand aan één zijde op een temperatuur van 700°C en dan redelijk snel afgekoeld. Dit maakt dat het eigenlijk een soort thermisch gehard glas wordt. Het behoort eigenlijk onbedoeld ook tot het veiligheidsglas en is bovendien zeer weerbestendig. Het wordt vaak toegepast op gevelplaten. Geëmailleerd glas behoort tot de ondoorschijnende glassoorten. Aangezien dit glas uitgehard wordt dienen alle bewerkingen uitgevoerd te worden vóór het emailleren. 8.5 Anti-reflecterend glas Dit soort glas kan gebruikt worden om de weerspiegeling die het doorzicht hindert te verminderen. Het glas is gewoon blank (d.w.z. klaar glas) waarvan de oppervlakken aan beide zijden een specifieke behandeling ondergaan hebben. In feite is meestal maar één zijde van belang maar om te beletten dat het per abuis verkeerd zou worden geplaatst (achterstevoren) worden beide vlakken
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 25
behandeld. Het versnijden of verslepen en boren van dit glas kan zonder bijkomende moeilijkheden. Dit glas wordt voornamelijk gebruikt bij het inlijsten van schilderijen, etsen, ‌ Bij gewoon glas wordt het beeld van lichtbronnen sterk weerkaatst zodat waarneming van wat zich achter het glas bevindt bemoeilijkt wordt. Dit verschijnsel neemt toe naarmate de afbeeldingen achter het glas donkerder worden. Bij gebruik van anti-reflecterend of ontspiegeld glas wordt de lichtsterkte van de spiegelbeelden sterk verzwakt door de verspreiding van het licht in alle richtingen. Voor het beste resultaat dient het waar te nemen materiaal goed tegen het glas aan te sluiten. 8.6 Bouwglas met een speciaal doel 8.6.1 Isolerende beglazing De energieprijzen en de bewustwording rond het thema milieu en duurzaamheid hebben ons gebracht tot een zuiniger omgang met energie. Voor beglazing behelst dit twee luiken, de isolerende beglazing met het oog op minder warmteverlies in de winter en de zonwerende beglazing met het oog op een geringere nood aan koelinstallaties in de zomer (hier later meer over). Isolerende beglazing is gemeengoed geworden in landen zoals BelgiÍ. Zij bestaat uit minstens twee glasbladen hoewel het meer en meer drie bladen worden. Het principe is dat de lagen van elkaar gescheiden worden door een laag droge lucht en/of andere gassen. Vanzelfsprekend zijn die lagen hermetisch met elkaar verbonden door specifieke assemblagetechnieken (zie HTML file op chamilo).
Beeld: detail van de rand van dubbele beglazing
Het warmteoverdrachtprincipe kort toegelicht: Tussen twee voorwerpen met een verschillende temperatuur heeft een energiewisseling plaats. Deze uitwisseling gebeurt op drie wijzen:
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 26
- Door geleiding, warmteoverdracht doorheen de materie - Door convectie, warmteoverdracht via een fluïdum - Door straling, transmissie van licht, IR- of UV-stralen In het geval van enkel glas of gelaagd glas gebeurt de warmtetransmissie vooral door geleiding en door straling. Bepaalde stralen gaan door het glas (bv. licht) terwijl anderen worden tegengehouden, d.w.z. weerkaatst of geabsorbeerd. Ingeval van glasproducten met een gastussenlaag kunnen de drie wijzen van warmtetransmissie voorkomen. De convectie heeft dan plaats in de laag gas. Hieronder een grafiek die duidelijk toont hoe het temperatuurverschil tussen binnen en buiten verschilt al naargelang het type beglazing.
Beeld: verschil in temperatuurverloop tussen buiten (koud) en binnen warm bij diverse glassoorten
De U-waarde drukt de hoeveelheid warmte uit die per seconde per m² en per graad temperatuurverschil tussen de ene en de andere zijde van een wand doorgelaten wordt. Dit werd vroeger de K-waarde genoemd vandaar dat het in oudere literatuur zo vermeld staat. Dit wil zeggen: hoe lager de U-waarde hoe isolerender de glaswand. De isolerende beglazingen die op de markt zijn verschillen van elkaar, niet alleen door de aard van de glasbladen (dikker, dunner, blank, gekleurd, gehard, gelaagd, enz. ) maar ook door de tussenlagen en de aangebrachte coating aan de één of de andere zijde van de glasvlakken in functie van het te bereiken resultaat. 8.6.2 Zonwerende beglazing In gebouwen met grote glasoppervlakten kan de zon teveel warmte aanvoeren. Dit geeft aanleiding tot het “broeikaseffect” of “serre effect”. Als de straling een oppervlak treft, kan reflectie, absorptie of transmissie plaatshebben. Het aandeel (of de fractie) van elk van deze verschijnselen wordt uitgedrukt door een coëfficiënt, namelijk:
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 27
-
Reflectiecoëfficiënt Absorptiecoëfficiënt Transmissiecoëfficiënt
r a t
Steeds is r + a + t = 1 Deze coëfficiënten verschillen per lichaam en zijn afhankelijk van de toestand (bv ruw, gepolijst) van zijn oppervlak, de temperatuur en de golflengte van de invallende straling. Glas is een materiaal waarvan de drie coëfficiënten r, t en a sterk afhankelijk zijn van de golflengte. Zo is glas zeer goed doorlaatbaar voor licht (elektromagnetisch spectrum met golflengte tussen 380nm en 780nm (dit zijn nanometers en geen millimeters!): - r licht 0 - a licht 0 - t licht 1 Zo absorbeert glas praktisch alle UV-stralen (ultraviolet): 0 - r U.V. - a U.V. 1 - t U.V. 0 Zo reflecteert glas praktisch alle I.R.-stralen (infrarood): 0 - r U.V. - a U.V. 1 - t U.V. 0 Zonnestraling bestaat uit 1% U.V-straling, 43% zichtbaar licht en 46% I.R.-straling. Wanneer deze straling op beglazing valt dan wordt enkel het zichtbare licht (optische straling) doorgelaten. De U.V.-straling wordt geabsorbeerd en de I.R. stralen worden gereflecteerd. Het zichtbaar licht dat in de ruimte valt wordt door het raken van de voorwerpen gedeeltelijk of volledig geabsorbeerd (afhankelijk van materialen en kleuren!). Door die absorptie worden die materialen warmer en geven opnieuw warmtestralen of I.R.-stralen af. Deze zijn voornamelijk langgolvig (meer dan 5000nm). Aangezien glas niet doorlaatbaar is voor I.R.-stralen zitten die stralen als het ware gevangen in de ruimte: Dit is het serre-effect of broeikaseffect. Deze warmte kan enkel naar buiten door geleiding via de wanden of luchtvervanging. Met isolerende beglazing is dit effect bijzonder voelbaar omdat die per definitie een slechte warmtegeleider is. Dit effect kan bestreden worden door: - de oppervlakte van de beglazing te beperken - externe bescherming als luifel, luiken, of groen (m.a.w. schaduw) - speciaal glas te gebruiken met lage zontoetredingsfactor of anders gezegd zonwerende beglazing te gebruiken.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 28
De verschillende beglazing worden op hun zonwerende factor vergeleken aan de hand van de g-waarde of zontoetredingsfactor (ook ZTA genoemd en soms S vooral in Engelse literatuur = Sun). De G-waarde is de verhouding tussen de totale doorgelaten zonne-energie (of warmte) en de totale invallende zonne-energie en wordt uitgedrukt in %
Beeld: schema van het verloop van zonne-energie als het op glas valt
Hierna ziet u een schematische voorstelling voor de berekening van de factor g of ZTA, telkens voor enkele en dubbele beglazing en respectievelijk met blank glas en met groen glas of een combinatie van groen en blank glas (voor de dubbele beglazing).
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 29
705W/m Invallende Straling (= 658+47)
617,6 W/m² Totale doorlating (=529,7+35.8+52.1)
weerkaatsing weeruitzending
= 55,0 W/m² (= 50.0+5.0) = 32.4 W/m² _____________ = 87.4 W/m²
totale uitzending
705W/m² Invallende straling (= 658+47)
530,0 W/m² Totale doorlating (=434.9+30.1+65.0)
weerkaatsing = 89.7 W/m² (= 82.2+7.5) weeruitzending = 85.3 W/m² ____________ totale uitzending =175.0 W/m²
Zontoetredingsfactor G of ZTA of S
Zontoetredingsfactor G of ZTA of S
ZTA = 617.6/705 x 100 = 87.6%
ZTA = 617.6/705 x 100 = 87.6%
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 30
705W/m Invallende Straling (= 658+47)
429.5 W/m² Totale doorlating (=283.0+24.3+122.2)
weerkaatsing weeruitzending
= 40.8 W/m² (= 36.8+4.0) =234.7W/m² _____________ =275.5W/m²
totale uitzending
705W/m² Invallende straling (= 658+47)
337,0 W/m² Totale doorlating (=242.0+21.0+74.0)
weerkaatsing = 54.8 W/m² (= 82.2+7.5) weeruitzending =313.2W/m² ____________ totale uitzending =368.0 W/m²
Zontoetredingsfactor G of ZTA of S
Zontoetredingsfactor G of ZTA of S
ZTA = 429.5/705 x 100 = 60.9%
ZTA = 337.0/705 x 100 = 47.8%
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 31
De lichttoetredingsfactor of LTF is daarentegen de verhouding tussen de doorgelaten lichtstroom tot de invallende lichtstroom, ook dit wordt in percent uitgedrukt. Bij zonwerende beglazing kan men kiezen uit warmte absorberende beglazing, warmte reflecterende beglazing of een combinatie van de twee. Opgelet: - de LTF van enkel glas is 89% en van dubbel glas 80%. Men dient de LTF van zonwerende beglazing hiermee te vergelijken en niet met 100%! - Bij de meeste zonwerende beglazing zal het doorgelaten lichtspectrum een andere spectrale samenstelling hebben. Dit kan aanleiding geven tot “verkleuring” van de ruimte. Zo kan het, indien meer blauw licht overheerst, een koeler gevoel ontstaan in de ruimte of omgekeerd als er meer rood doorgelaten wordt, een warmer gevoel. 8.6.2.1 Warmteabsorberend glas Dit glas gaat een deel van de zonne-energie vasthouden door absorptie. Dit wordt mogelijk gemaakt door de toevoeging van bepaalde metaaloxyden aan de vloeibare glasmassa. Dit glas is altijd gekleurd. Het kan standaard in groene, grijze en bronzen kleur geleverd worden. Groen verkrijgt men door toevoeging van ijzeroxide Grijs verkrijgt men door toevoeging van ceriumoxide Brons verkrijgt men door toevoeging van kobaltoxide. De geabsorbeerde warmte in het glas wordt gedeeltelijk opnieuw uitgestraald, het grootste deel naar buiten en een geringer deel naar binnen. Het eindresultaat is een verbetering van de ZTA (zoals kan afgeleid worden uit de voorbeeldberekeningen van vorige pagina’s) Warmteabsorberend glas wordt vlugger warm dan helder glas. Bij niet-egale bezonning kan dit aanleiding geven tot grote spanningen in het glas. Het is hierom in vele gevallen aangeraden om het glas te harden, bijvoorbeeld als het gedeeltelijk in de schaduw zit. Het harden maakt het mechanisch sterker waardoor het beter bestendig is tegen grotere spanningen. 8.6.2.2 Warmteweerkaatsend of reflecterend glas Wanneer wij warmteabsorberende beglazing gebruiken wordt een deel van de geabsorbeerde warmte terug naar binnen gestraald. Om dit effect te reduceren heeft men warmtereflecterend (warmteweerkaatsend) glas ontworpen. Dit effect wordt verkregen aan de hand van een metaallaag (geen metaaloxide!), aangebracht op het vlak meestal aan door middel van pyrolyse waardoor het een geheel vormt met de ruit. Beglazing van dit type heeft per definitie een spiegelend effect en dient daarom zorgvuldig toegepast te worden.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 32
8.6.3
Akoestische beglazing (lees ter illustratie ook korte bijlage rond akoestiek)
Wanneer trillingen of golven zich voortplanten door lucht, vloeistof of vaste stof, zoals bijvoorbeeld een muur, krijg je minieme luchtdrukveranderingen. Binnen een bepaald frequentiegebied (20Hz-20KHz) registreren we via ons trommelvlies. Dit noemen wij geluid. Geluid bestaat uit verschillende toonhoogtes, uitgedrukt in Hertz. Hoe hoger het aantal trillingen per seconde, hoe hoger de toon. Het aantal decibel duidt aan hoe hard of zacht een geluid is. Hierbij is 0 dB de gehoorgrens en 140 dB de pijngrens. Akoestische beglazing werd ontwikkeld om de geluidsoverdracht van één zijde van de beglazing naar de ander zijde te beperken. Meestal zal men dan gebruik maken van gelaagde beglazing in combinatie met dubbele beglazing. Telkens gaat men proberen om verschillende ruitdiktes te hanteren omdat dat elk gunstiger werkzaam is op andere frequenties en ander geluiden kan filteren.
Beeld: typische samenstelling van akoestische beglazing voor algemeen doel
Het is hierbij belangrijk op te merken dat het toepassen van akoestische beglazing maar zinvol is nadat andere factoren geoptimaliseerd werden. Zo heeft het geen zin om bijzondere beglazing te voorzien als het schrijnwerk waarin het geplaatst wordt geen goede akoestische kenmerken heeft. Hierbij is ook de bevestiging van het schrijnwerk op de wand ook cruciaal!. Er mag geen luchtlek zijn om akoestische lekken te vermijden! Luchtlekken in de constructie (wand of andere) of in de koppeling tussen de constructiedelen doen alle andere akoestische verbeteringen teniet.
8
Thermische schok in bepaalde toepassingen van beglazing
Thermische schokken manifesteren zich door het breken van het glas te wijten aan een temperatuurverschil tussen verschillende delen van het oppervlak van een ruit of ook tussen de zijden ervan. Rekening houdend met de lineaire uitzettingscoëfficiënt (0.910 -5 / K) en de thermische geleidbaarheid (0.8 W/Km) ontstaat er een spanning aan de grens tussen de zone in uitzetting en de koude zone.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
Glas p. 33
Een inwendig temperatuurverschil van 30° kan al voldoende zijn om glasbreuk te veroorzaken. Meestal wordt beglazing verwarmd door bezonning of door verwarminselementen in de ruimte in de onmiddellijke nabijheid van de ruit. Het meest aan thermische schokken door bezonning blootgestelde glas is in de massa gekleurd glas omdat het een groter deel van de zonnestraal absorbeert en bijgevolg zelf meer opwarmt. Gekleurd glas gemonteerd in dubbele of drievoudige isolerende beglazing is meer belast dan enkel gekleurd glas omdat de binnenzijde dan minder verlucht wordt en dus geen warmte afgevoerd wordt. De gevoeligheid van glas voor thermische schokken vermeerdert met zijn dikte. Een gevoelig punt is de sponning (dit is waar het glas vast zit in het schrijnwerk, de rand waar het gegrepen wordt) omdat dit deel van de beglazing koud blijft terwijl de rest verwarmd wordt. Volgend elementen vormen risicofactoren: schaduw geworpen door balkons venster- en deurstijlen blinden bomen aangrenzende gebouwen donkere interieurelementen onmiddellijk achter de beglazing! Radiatoren te kort op de beglazing geplaatst Decoratieve banden of affiches op de ruiten In de volgende afbeeldingen vindt u enkele schaduwtypen en hun invloed op het gevaar van thermische glasbreuk.
De beste garantie tegen thermische breuk is juist toegepast gehard glas te gebruiken.
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK
docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Glas
DEEL 2 Bijlagen
1ste Bachelor Interieurvormgeving KASK docent: Gustavo Mulhall Materialen 2 - Leerpad GLAS
bijlage akoestiek bij Glas p.1
bijlage akoestiek bij Glas p.2
bijlage akoestiek bij Glas p.3
bijlage akoestiek bij Glas p.4
bijlage akoestiek bij Glas p.5
bijlage akoestiek bij Glas p.6
bijlage akoestiek bij Glas p.7
bijlage akoestiek bij Glas p.8
bijlage akoestiek bij Glas p.9
bijlage akoestiek bij Glas p.10
bijlage akoestiek bij Glas p.11
bijlage akoestiek bij Glas p.12
bijlage akoestiek bij Glas p.13
DEEL 3
)PPGETUVL
)PPGETUVL
)PPGETUVL