HOE WE RAMEN BETER KUNNEN LATEN PRESTEREN Meer inzicht in de optische eigenschappen van zonlicht en warmteafgifte Ramen - de zwakke schakel Wanneer we het over ramen hebben, hebben we het technisch gezien over een opening in een gebouw die diverse doelen, hoeken, oriëntaties en materialen kan hebben. In de regel hebben we het eigenlijk meestal over glas. En hoewel glas bijzonder bouwmateriaal is waarmee we daglicht naar binnen kunnen halen en waardoor we van binnen naar de wereld buiten kunnen kijken, is het geen geweldig isolatiemateriaal. En het vangt energie van zonnestralen. Wanneer we over warmteafgifte door glas spreken, bestuderen we ofwel de directe warmteafgifte door zonlicht ofwel warmteafgifte door geleiding. De ene vorm van warmteafgifte heeft niets te maken met de andere. Warmteafgifte door geleiding vindt plaats wanneer de warmere buitentemperatuur de koelere temperatuur probeert op te warmen (of af te koelen, dan hebben we het over warmteverlies). Snel voortbewegende atomen in de warme of hete omgeving komen dan in contact met langzaam voortbewegende atomen op het glas aan de binnenzijde van een vertrek met airconditioning. De warme, sneller voortbewegende atomen proberen de koelere, langzamer voortbewegende atomen te versnellen totdat alle atomen even snel schommelen en voortbewegen. Warm of heet zoekt koud en koel altijd op en de energie stroomt ook altijd in die richting - van warm naar koud. Verschillende materialen geleiden warmte in een verschillend tempo; deze snelheden worden gemeten in uwaarden ofwel de snelheid waarmee de warmte zich verplaatst door het desbetreffende materiaal. Raamproducten die de warmteafgifte door zonlicht reguleren, worden geclassificeerd aan de hand van optische eigenschappen van het zonlicht en de zonweringscoëfficiënt. Aangezien wij ons richten op zonweringsproducten, zullen wij nader ingaan op die eigenschappen en hoe zonweringsproducten de warmteafgifte van zonlicht door glas kunnen reguleren.
De gevel van de zon en de natuur zelf Wanneer je nadenkt over warmteafgifte door zonlicht, kun je het beste bij de bron beginnen. De zon is ruwweg 100 keer groter dan de aarde en bestaat voor het grootste deel uit waterstof en helium. Deze twee elementen worden verwarmd tot ze een toestand bereiken die verder gaat dan gasvorming (plasma) en de zon zendt dan 89.000 terawatt (één terawatt = 1 miljoen megawatt) aan energie naar het aardoppervlak. Het is boeiend te weten dat de fotonen die er slechts acht minuten over doen om de afstand van bijna 150 miljoen kilometer tot
onze planeet af te leggen, eigenlijk al duizenden jaren bezig zijn met loskomen van de immense massa van de zon als ze het oppervlak van de zon bereiken en aan hun korte reis naar de aarde kunnen beginnen. Natuurlijk moeten we hier de vergelijking maken de atmosfeer van de natuur zelf die als gevel fungeert en onze planeet omhult als een beschermende 'dunne blauwe lijn'. Die 89.000 terawatt die het aardoppervlak bereikt, is ongeveer slechts de helft van alle energie die iedere dag door het koude, heldere vacuüm van de ruimte inslaat in de bovenste laag van de atmosfeer. De gevel van de natuur zelf weerkaatst, absorbeert en verstrooit het zonlicht op een sierlijke, bijna architecturale wijze. De kleinere, blauwe lichtgolven worden door de lucht verstrooid en vermenigvuldigd, wat er niet alleen voor zorgt dat wij beschermd zijn dankzij een perfecte balans van licht en energie, maar waardoor we ook die prachtige blauwe hemel zien.
Een druppel of een golf? Naarmate we meer te weten komen over de energie van de zon, kunnen we vaststellen dat lichtenergie zich eigenlijk als een golf gedraagt. Die lijkt heel anders dan een los deeltje zoals de foton, die kleine druppel energie die ik al noemde in het deel over de reis van bijna 150 miljoen kilometer in acht minuten naar de aarde. Uit sommige experimenten zal zelfs blijken dat licht een kleine, losse druppel of een deeltje is, terwijl op basis van andere experimenten licht als een golf wordt gedefinieerd. Dus wie heeft gelijk: is licht een klein, los deeltje of een continue golf? Eigenlijk blijken beide antwoorden te kloppen! 's Werelds meest briljante wetenschappelijke breinen, waaronder Newton, Maxwell, Bohr, Einstein, Feynman en vele anderen, hebben nagedacht en gediscussieerd over de vraag wat licht is. De in Groot-Brittannië geboren Sir William Bragg zei geestig: “Op maandag, woensdag en vrijdag gebruiken we de golftheorie; op dinsdag, donderdag en zaterdag denken we in stromen vliegende energiedeeltjes. En ondanks dat Einstein zich niet helemaal kon vinden in het idee dat licht zowel een deeltje als een golf kon zijn, heeft de wetenschappelijke wereld beslist dat licht de eigenschappen van zowel een deeltje als een golf heeft. Deze propositie of theorie wordt de dualiteit van golven en deeltjes genoemd. Deeltjes verplaatsen zich alleen in rechte lijnen, terwijl golven kunnen afbuigen. En hoewel ze compleet verschillend zijn, gaat het toch om hetzelfde. Voor mensen die meer over dit onderwerp willen weten, is dit razend interessant, maar de theorie kan voor niet-wetenschappers moeilijk te bevatten zijn. Door echter aan te nemen dat twee dingen compleet van elkaar kunnen verschillen maar tegelijkertijd hetzelfde zijn, wordt het eenvoudiger om ongebruikelijke gedragingen te accepteren die u zult lezen terwijl u zich in het fenomeen licht verdiept.
Hoe werkt het: Als u ooit tijdens een presentatie over zonwerings- of gevelproducten de vraag krijgt “Ja, maar hoe werkt dat dan?” stellen wij voor dat u in uw uitleg de informatie over ramen en energie achterwege laat en de desbetreffende persoon eraan herinnert (en in de meeste gevallen ervan overtuigt) dat zonlicht geen temperatuur geeft. Dat wil zeggen dat zonlicht de lucht niet opwarmt. Zonlicht bestaat voor het grootste deel uit zichtbare, infrarode en ultraviolette elektromagnetische golven die samen simpelweg 'kortegolfstraling' worden genoemd. Dit type energie verwarmt de lucht niet sterker dan het type energie dat bij een kampvuur vrijkomt. Een goede vraag die u kunt stellen om uw uitspraak te onderbouwen is: Als u bij een kampvuur staat, verwarmt het kampvuur dan de lucht om u warm te houden? Het juiste antwoord op die vraag is nee! Als het vuur de lucht zou verwarmen, zou de luchttemperatuur achter u net zo warm zijn als die voor u en dan zou u zich niet steeds om hoeven te draaien om zowel van voren als van achteren warm te blijven. De kortegolfenergie wordt geabsorbeerd door het koudere lichaam, waardoor de langzamer voortbewegende atomen in het lichaam gaan schommelen en sneller gaan bewegen. Hierdoor ontstaat warmte. Onze warme
lichaamstemperatuur straalt onze lichaamstemperatuur vervolgens uit naar de koele nachtlucht. Deze warme energie wordt langegolfenergie genoemd. Glas, en daarmee bedoel ik voornamelijk onbehandeld glas, laat kortegolfenergie door, maar blokkeert langegolfenergie. Dit is natuurlijk het verschijnsel dat we kennen van broeikassen. Kortegolfstraling komt een gebouw binnen door glas, raakt verschillende objecten in het gebouw en wordt ofwel geabsorbeerd en omgezet in warmte door iets in het raam of wordt weer naar buiten teruggekaatst door het glas door iets bij het raam (of een combinatie van beide). Zonlicht dat door onbehandeld glas binnenkomt, danst rond in de ruimte totdat het wordt geabsorbeerd door objecten in het gebouw en omgezet wordt in warmte. De truc bestaat erin het zonlicht weer via het glas terug te kaatsen als kortegolfenergie, of beter nog, het te absorberen of met gevelbekleding of zonwering die aan de buitenkant van het raam gemonteerd is terug te kaatsen in de richting waar de energie vandaan kwam.
Reflectie Zijn we het eens dat wanneer een donkergekleurd raamproduct aan de binnenkant van het glas gemonteerd wordt, het kortegolfenergie absorbeert en deze omzet in langegolfenergie op de plek waar de energie wordt opgevangen? Je zou dan ook denken dat lichtgekleurde materialen kortegolfenergie zouden reflecteren door het glas voordat deze energie wordt omgezet in langegolfenergie, maar zo eenvoudig ligt het niet. Het boek “QED” (Quantumelectrodynamics) van Feynman draagt niet voor niets de subkop “De zonderlinge theorie van licht en materie”. En licht is inderdaad iets zonderlings en verschilt tevens van de meeste dingen waarover we doorgaans nadenken. Licht is zowel een elektrisch als een magnetisch veld, en het gedrag ervan hangt vaak af van het materiaal waarmee het in contact komt. En ondanks dat we helder glas zien als materiaal dat zonne-energie doorlaat, heeft het nog steeds een ZTAwaarde van .86 (enkel glas). Het feit dat energie wordt afgestoten of verloren gaat in een gebouw, is te wijten aan de variërende reflectiecoëfficiënt vanwege verschillende invalshoeken van het zonlicht, de straalbreking en absorptie of de dichtheid van het zonlicht. Wanneer we proberen zonne-energie die door glas een gebouw binnenkomt te weerkaatsen via dat glas, worden we tegengewerkt door dezelfde reflectiecoëfficiënt, straalbreking en absorptie als bij binnenkomst van het licht. De uitdaging van het terugkaatsen van lichtenergie door glas wordt nog complexer wanneer we te maken hebben met meerlaags glas, omdat we dan proberen licht te weerkaatsen vanaf de voorkant en achterkant van elke laag en de meerdere lagen glas. Ook moeten we rekening houden met het oppervlak van het licht of het reflecterende materiaal. Als dit oppervlak niet geheel glad is, worden de fotonen mogelijk niet in een rechte lijn ten opzichte van de invalshoek weerkaatst. In plaats daarvan zullen ze zich waarschijnlijk verspreiden en in meerdere hoeken weerkaatsen, waardoor het lastig is om een nauwkeurige schatting te maken van de reflectiecoëfficiënt. Als warmteafgifte door zonlicht echter een probleem vormt, is het altijd beter om korte golven door het glas te weerkaatsen dan deze te laten absorberen in het gebouw. Om de prestaties van deze producten te kunnen begrijpen, is het handig iets te weten over de optische eigenschappen van zonlicht en de zontoetredingsfactor - of ten minste te begrijpen hoe licht zich gedraagt.
Zontoetredingsfactor (ZTA) ZTA is de eenheid voor de mate waarin raambekleding directe warmteafgifte door zonlicht kan reguleren op een schaal van nul tot Zichtba ar één (hoe lager de ZTA-waarde, hoe lager de Radiogolf Microgolf InfraroodUltraviolet Röntgen Gamma Straal warmteafgifte) wanneer deze raambekleding Lage frequentie Hoge frequentie aan de binnenkant of de buitenkant van het glas is gemonteerd. Met deze waarde wordt ook de warmteafgifte door glas gemeten als er geen Korte golflengte raambekleding is gemonteerd. Sommige Lange golflengte informatie van de ZTA-waarde houdt mogelijk rekening met het gehele raam, inclusief kozijn en de raamstijlen, terwijl bij andere informatie puur naar het midden van het glas wordt gekeken. Als de ZTA-waarde een meting is van het midden van het glas, komt hij meer overeen met de G-waarde die in Europa gehanteerd wordt. Soms wordt ook gesproken over de SHGC-waarde van het midden van het glas of de G-waarde; dit is hetzelfde als de ZTA-waarde. Veel fabrikanten van zonwering verstrekken een ZTA-waarde van hun materiaal voor gebruik in combinatie met verschillende soorten beglazing (helder enkelglas, helder dubbelglas, warmte-absorberend glas, glas met een laag emitterend vermogen, enz.) ter vergroting van de nauwkeurigheid. U kunt ook wel eens een oudere eenheid tegenkomen, de zonweringcoëfficiënt (SC). Maar waar u ook op let, de SC-, ZTA- of G-waarde, hoe lager het getal, hoe lager het percentage warmteafgifte door zonlicht. Dus als warmteafgifte door zonlicht een probleem is, kunt u het beste voor het laagste getal kiezen.
Optische eigenschappen van zonlicht Zonlichttransmissie is het percentage zonnestraling dat door het product het gebouw binnenkomt en in het gebouw blijft. Ongeveer de helft van het zonlicht dat door het glas komt, is zichtbaar licht; de andere helft is infrarood en ultraviolet (infrarood en ultraviolet zijn met het oog niet zichtbaar). Een deel van deze energie wordt geabsorbeerd, een ander deel wordt weer naar buiten teruggekaatst en de rest wordt doorgelaten, wat betekent dat het in ongewijzigde vorm het gebouw binnenkomt. Zonlichtreflectie is het percentage zonnestraling (niet het zichtbare licht) dat door het product teruggekaatst wordt door het glas naar buiten, het gebouw uit. Zichtbare transmissie is het percentage zichtbaar licht (niet zonnestraling) dat in het gebouw wordt doorgestraald. Hoewel dit logisch lijkt, verwijst de term zichtbaar licht naar het spectrum van licht dat het oog kan waarnemen (380 tot 720 nanometer); dit is een belangrijke waarde bij het benoemen van daglicht. Het licht dat we daadwerkelijk zien, is eigenlijk maar een heel klein deel van het elektromagnetische spectrum. We weten dat die andere golven er echt zijn en om ons (en door ons) heen vliegen, omdat we dit kunnen aantonen door de radio aan te zetten en we kunnen luisteren naar de geluiden die daaruit komen wanneer we aan de knop draaien om verschillende radiostations te selecteren die verschillende frequenties uitzenden. En we kunnen ook een röntgenfoto die van ons lichaam is gemaakt bekijken, maar we kunnen niet de golven zien die door ons heengaan en een beeld samenstellen. We weten dat deze golven zich om ons heen verplaatsen ondanks dat zichtbaar licht het enige kleine stukje van het spectrum is dat we ook echt kunnen zien. Hoewel er door het gebruik van raambekleding (gevel, lamellen, zonwering en gordijnen) soms behoefte is aan meer mechanisch licht, moeten we nadenken over de activiteiten in ieder vertrek waar schittering hinderlijk kan zijn voor computermonitoren, videoapparatuur, en het algehele comfort ,en hoe we met behandeld glas het directe zonlicht kunnen verspreiden en de ruimte beter bruikbaar kunnen maken.
Absorptie van zonlicht is het percentage zonnestraling dat door het product wordt geabsorbeerd en dat in het gebouw blijft als het product aan de binnenzijde van het glas wordt gemonteerd. Zoals al eerder aan de orde kwam, absorberen donkere kleuren kortegolfstraling en zetten deze om in langegolfstraling (warmte) die blijft hangen in het gebouw. Indien het doel is om warmteafgifte door zonlicht te verminderen, wilt u een lage absorptiewaarde, omdat een hoge absorptiewaarde alleen maar zorgt voor meer warmteafgifte bij dat raam als het product aan de binnenzijde van het glas wordt gemonteerd.
Transparantie Hoewel transparantie geen optische eigenschap van zonlicht is, wordt deze waarde van zonwering voor de mate van privacy doorgaans opgenomen in de informatie over ramen. Als een materiaal een transparantie van 10% heeft, heeft het een dichtheid van 90% en bij een transparantie van 1% heeft het materiaal een dichtheid van 99%. U kunt overwegen om meerdere transparantiewaardes in één gebouw te gebruiken op basis van de stand ten opzichte van de zon en de behoefte aan licht en privacy in bepaalde vertrekken. We hebben zelfs een combinatie gemaakt van twee verschillende transparantiewaardes in één behandeld raam. Hier ziet u een voorbeeld (zie afbeelding) van een scherm waarbij het bovenste deel gemaakt is van een materiaal met een transparantiewaarde van 5% en het onderste deel gemaakt is van een materiaal met een transparantiewaarde van 1%. De klant, DaVita Dialysis, wilde schermen laten ontwerpen die niet alleen voldeden aan de HIPPA-eisen om patiënten in de behandelkamer privacy te bieden, maar die de patiënten ook de kans boden om naar buiten te kijken tijdens het dialyseren. Het materiaal is aan de buitenzijde voorzien van een metalen film die zonlicht weerkaatst en die de transmissie van zichtbaar licht (schittering) tegengaat voor patiënten die tegen het raam aankijken.
Zonwering buiten versus reflectoren binnen Wanneer we kijken naar de ZTA-waarde van een donker materiaal dat aan de buitenzijde van het glas wordt aangebracht, zien we dat deze waarde anders (lager) is dan wanneer u datzelfde materiaal aan de binnenzijde zou aanbrengen. De korte golf (licht) wordt dan buiten het gebouw omgezet in een lange golf (warmte). Het materiaal wordt dan warm en laat de warmte vrij in de buitenlucht in plaats van in het vertrek met airconditioning. Er wordt echter terecht opgemerkt in het rapport “High Performance Facades: Design Strategies and Applications in North America and Northern Europe” uit 2011 dat ook andere zaken moeten worden overwogen wanneer men op zoek is naar vaste of automatische zonwering die aan de buitenzijde wordt gemonteerd. Ook een rol spelen windschade, opzettelijke schade die door mensen wordt aangericht en onopzettelijke schade die het gevolg is van onderhoud. Bij het installeren van automatische of handbediende zonwering aan de buitenzijde, gebruiken we ofwel kabels die door de onderste balk lopen of door zijgeleiders die de zonwering op zijn plaats houden. Bij voorkeur wordt er een systeem met ritssluiting gebruikt waarmee het materiaal in de zijgeleiders wordt gehouden als harde wind of windvlagen een probleem vormen. Als na het afwegen van alle vereisten voor de locatie en het project beslist wordt dat zonwering binnen de beste oplossing is, adviseren wij zonweringsmateriaal met een metalen film aan de buitenzijde (de kant waar de zon op schijnt) die voorzien is van een reflecterende laag, zodat ongeacht de kleur die de gebruikers van het gebouw zien, de zon altijd schijnt op het reflecterende, niet absorberende oppervlak. Het probleem met zonwering die aan de binnenzijde van de ramen wordt gemonteerd, was altijd dat er geen enkel materiaal was dat aan alle eisen voldeed van uitzicht, schittering en regulering van het zonlicht. Er kon moeilijk door lichtgekleurde materialen gekeken worden die het zonlicht weerkaatsten, omdat ze zouden gaan schitteren als de zon erop scheen. Donkere die meer zicht boden, waren juist weer zonnecollectors, omdat ze het licht absorbeerden en dit omzetten in warmte binnen in het glas. De nieuwe zonweringsmaterialen die voorzien zijn van een metalen film, zijn ook beschikbaar in designs met licht emitterende coatings.
Meer Info zie: www.romazo.nl
