- Glashelder... (of niet). -

Glas is voornamelijk in gebruik als drinkglazen, flessen, vazen en uiteraard vensterglas. Er bestaat ook kristalglas, maar die benaming is misleidend. Glas is een vaste stof zonder kristalstructuur. Veel kristallen zijn ook min of meer doorzichtig en breken het doorvallende licht, maar daar houdt de overeenkomst ook mee op.

Glasovergang

Wanneer een vloeistof voldoende snel wordt afgekoeld, ontbreekt de tijd om te kristalliseren. Bij de glastemperatuur, die veel lager ligt dan het kristallijne smeltpunt, ondergaat het materiaal geen "bevriezen" maar een glasovergang. Net als bij normale stolling gaat de vrijheid van beweging van de atomen daarbij vrijwel volledig verloren. Bij normaal bevriezen bij het vriespunt vindt een ordening van de structurele eenheden in de stof plaats, bij een glasovergang blijft de structuur zoals die was in vloeibare vorm.

Grondstoffen

De belangrijkste grondstof voor glas is kwarts of Silica (SiO2), meestal gewonnen uit zand. Silica is een zuur oxide, dat met water kiezelzuur kan vormen. In pure vorm kan van Silica kwartsglas gemaakt worden. Dit materiaal is echter moeilijk te bewerken. Het heeft een hoog en vrij abrupt smeltpunt boven 1.700°C. Net als kwartsglas bestaat ook bergkristal uit zuivere Silica. Door de lange tijd die het kristalrooster onder natuurlijke omstandigheden heeft gekregen om zich te vormen, is het vaak nagenoeg volmaakt gekristalliseerd. Het is daarmee een kristallijne vaste stof en dus geen glas.

Wegens de hoge verwerkingstemperatuur en de bijhorende hoge verwerkingskosten, voegt men bij de commerciële productie van glas metaaloxiden toe. De vermindering van het aantal dwarsverbindingen maakt het glas zachter en vermindert de glastemperatuur. "Gewoon" glas bestaat uit slechts 70% SiO2 en bovendien ondermeer ca. 10% CaO en 15% Na2O. Het kan dan worden verwerkt bij ca. 700°C. Vanwege de toevoegingen wordt vensterglas ook wel natronkalkglas genoemd.

Ook zware metalen zoals lood kunnen worden toegepast. In kristalglas zit tot ca. 25% PbO, waardoor dit glas bijzonder helder is.

Afhankelijk van de precieze samenstelling heeft het glas verschillende eigenschappen, bijvoorbeeld een ander smeltpunt, een andere brekingsindex, dispersie of een andere uitzettingscoëfficiënt. Afhankelijk van de productiemethode onderscheid men geperst, geblazen en getrokken glas.

Getrokken glas

Men maakt een bad van gesmolten glas, plaatst een staaf horizontaal in de vloeistof en trekt de staaf omhoog. Het glas is zo stroperig dat het de staaf volgt. Op deze wijze wordt snel een min of meer platte glasplaat van beperkte afmetingen verkregen. Oude ramen zijn soms nog voorzien van getrokken glas. Deze ramen zijn gemakkelijk te herkennen omdat de dikte van het glas niet overal gelijk is, waardoor de ruit een vertekend beeld geeft.

Floatglas

Men giet het gesmolten glas bovenop een bad van gesmolten tin. Het glas is lichter dan het tin, waardoor het er bovenop blijft drijven. Gesmolten metalen hebben een perfect vlak oppervlak en op deze manier is ook de onderkant van het glas perfect vlak. De oppervlaktespanning van het glas zelf zorgt voor een perfect gladde bovenkant.

De floatglasmethode wordt sinds 1952 toegepast in een continu gietproces voor het maken van glasplaten met afmetingen tot 6 m. Aan één kant wordt het vloeibare glas op het vloeibare tin gegoten, aan de andere kant wordt de gestolde glasplaat verder afgekoeld en in gewenste afmetingen gesneden. Men kan naar wens de dikte van de glasplaat variëren tussen 0,4 en 25 mm. Momenteel wordt wereldwijd ongeveer 90% van alle glas geproduceerd volgens deze methode. De floatglasfabriek in Tiel produceert op deze wijze per dag ca. 200 m³ glas in diverse diktes.

Glassamenstellingen

Met een enkel plaatje floatglas kun je in het huidige bouwproces niet meer uit de voeten. Daarom wordt vensterglas afhankelijk van de eisen die er aan gesteld worden, opgebouwd als meerbladig glas, al dan niet voorzien van metaalcoating en in sommige gevallen met meerlaagse glasbladen. De spouw kan desgewenst in plaats van droge lucht worden voorzien van een edelgas, dat de thermische eigenschappen verbetert.

Eigenschappen van vensterglas

De eigenschappen van vensterglas worden ondermeer met de onderstaande parameters gespecificeerd. Vermeld staan de minimum, de "standaard" en de maximum waarden die normaal gesproken kunnen voorkomen voor een glassamenstelling. Let op de grote spreiding in mogelijke eigenschappen:

EigenschapParameterMinstd **maxeenheid
LichtdoorlatendheidTL-waarde (vroeger LTA *) 0 79 91 %
Zonnewarmtedoorlatendheidg-waarde (vroeger ZTA *)0,10 0,630,91-
WarmtedoorgangscoëfficiëntU-waarde ***0,6 1,25,8W/(m².K)
GeluidweringRA-waarde (spectrumafhankelijk)15 2745dB(A)
BrandwerendheidWBDBO00 60minuten
*LTA, ZTA en g-waarde hebben geen eenheid, maar zijn te beschouwen als procenten van de intredende straling. In oude documentatie komen aanduidingen voor als bijvoorbeeld 0,35 of 35% of 35 waar precies hetzelfde werd bedoeld. De TL is in procenten van de intredende straling volgens EN 410.
**Deze waarden gelden voor HR++ glas 6(16)4 met 90% Argon vulling.
***Een U-waarde lager dan 1,0 is fysisch alleen mogelijk met drie glasbladen.

Internationaal bestaan er nog wat verschillen tussen de exacte wijze waarop bovengenoemde eigenschappen zijn gespecificeerd, waardoor de vergelijking tussen beglazingen uit verschillende landen wordt bemoeilijkt. Bovendien zijn er nog meer parameters, zoals spectrale eigenschappen, kleur, lichtreflectie, breukbestendigheid en een aantal toepassingsbeperkingen, zoals het al dan niet bruikbaar zijn in een specifieke dikte, afmeting, samenstelling of in gebogen vorm. In dit stuk wordt daar niet op ingegaan, omdat dan het doel van dit verhaal ruimschoots wordt voorbijgestreefd.

Gelet op voorgaande mag in elk geval duidelijk zijn dat het aantal parameters dat de uiteindelijke prestatie van het vensterglas bepaald, erg groot is. Het afwijken van een voorgeschreven glassoort kan leiden tot grote verschillen in prestatie en daardoor zal het glas onder omstandigheden niet meer voldoen aan wettelijke eisen of aan eisen ten aanzien van het thermische binnencomfort.

Daglichttoetreding

Daglichtopeningen worden in hoofdzaak om twee redenen toegepast: Om naar buiten te kunnen kijken en om binnen te kunnen zien. Voor de eerste reden volstaan uiteraard voldoende grote openingen op ooghoogte. In verband met de tweede reden worden in het Bouwbesluit voor een aantal functies eisen gesteld. Dat we die daglichtopeningen afsluiten met vensterglas vanwege weer, wind en onze energierekening moge vanzelf spreken.

De hoeveelheid licht die binnentreedt via een venster wordt trouwens zeer subjectief ervaren: Een zonovergoten dag levert op het horizontale vlak wel tot 100.000 lux op. Dat vinden we aangenaam veel licht, maar toch wel normaal. Afgesloten in een gebouw vinden we een basisverlichting van 2.000 lux een "zee van licht". Dat is vergeleken met de normale verlichting in school of kantoor (350-500 lux) ook zo maar die factor 50 met buiten zijn we toch mooi even kwijt.

In voorkomende gevallen kun je je afvragen of de toepassing van glas met een lage TL-waarde wel op zijn plaats is. In plaats van een venster van 10 m² met TL=0,35 kun je voor dezelfde lichttoetreding ook 5 m² "nemen" met een TL van 0,70. Veel hangt af of het uitzicht via het grotere glasoppervlak enige meerwaarde geeft. We begeven ons hiermee een beetje op het terrein van de architect en dat was eigenlijk niet de bedoeling.

Zonnewarmte

In onze regio komt de zon op in het oosten en gaat via zuid naar west weer onder. Dit gegeven is van belang om te beseffen, dat een oostgevel in de ochtenduren wordt beschenen en een westgevel in de middag en een deel van de avond. De zuidgevel wordt in de zomermaanden maar beperkt beschenen omdat de zon dan hoog staat en een klein overstek al voldoende kan zijn om de directe zoninstraling voor een groot deel te beperken. Maar behalve directe straling bestaat er diffuse straling, die zelfs op het noorden voor problemen kan zorgen.

De stralingsintensiteit kan in ons gebied oplopen tot ca. 800 W/m², zodat een niet eens al te groot glasvlak, wat verwarmend vermogen betreft, mogelijk kan concurreren met het in die ruimte opgestelde radiatorvermogen. Enige aandacht aan dit fenomeen is dus op zijn plaats, want een extra opwarming in orde van grootte van 30K op een warme zomerdag is niet bepaald gewenst.

Coatingen

Om de eigenschappen van het glas te verbeteren kunnen op glasoppervlakten diverse coatingen worden aangebracht. De meeste van deze coatingen zijn opgedampte metalen in een zeer geringe dikte. Coatingen werden het eerst toegepast op lenzen, voornamelijk om ongewenste reflecties tegen te gaan, de kleurneutrale doorlaat te verbeteren en de dispersie-eigenschappen voor het gehele zichtbare licht gelijkmatiger maken.

Op vensterglas worden coatingen vooral toegepast om licht en warmte te weren en de kleur aan te passen aan de verlangens van de architect. Vooral de wering van warmte is voor vensterglas van groot belang. Met de juiste coating kan op een kleurneutrale glassoort een verhouding tussen TL en g worden bewerkstelligd van maximaal ongeveer 2,0.

De posities van de coatingen worden aan gegeven van buiten naar binnen. De coatingen worden vaak aangebracht op positie 2, de binnenzijde van de buitenruit. Afwijkende posities zijn echter mogelijk met vaak grote consequenties voor het thermische gedrag van het venster. Een coating die om wat voor reden dan ook op de buitenzijde van het glaspakket moet worden toegepast zal veel krasbestendiger moeten zijn en is daardoor ook veel duurder.

Een bijzondere coating is de "Bioclean"-coating, die de behoefte aan het glazenwaswerk sterk moet verminderen vanwege de zelfreinigende eigenschappen. De coating zit uiteraard op positie 1.

Folies

De belangrijkste folies worden al in de glasfabriek tussen de glaslagen aangebracht. Het zijn elastische folies die een binnen en buitenruit aan elkaar verkleven, waarbij dus gelaagd glas ontstaat. Een eigenschap van gelaagd glas kan zijn, dat het doorvalveilig is. Maar zelfs kogelwerende eigenschappen kunnen aan sommige glassoorten worden toegedicht.

De gebruikte folies zijn vooral polyvinylbutyralfolies (PVB-folies) in een dikte van 0,38 mm. Deze folies zijn nagenoeg transparant en voor het oog onzichtbaar. Vaak worden ze per paar toegepast, bijvoorbeeld in 66.2, dat bestaat uit twee glasplaten van 6 mm met daartussen 2 PVB folies. De totale dikte is dan theoretisch 12,76 mm, maar in de praktijk zijn de 6 mm dikke glasplaten vaak net even dunner, zodat een ongeveer 12,5 mm dikke ruit ontstaat, die opgenomen kan worden in een dubbele beglazing.

Speciale PVB A-folies zijn ontwikkeld om de geluidwerende eigenschappen van het glas te verbeteren. Ook zijn er gekleurde, halfdoorzichtige en nagenoeg ondoorzichtige folies beschikbaar die tot maximaal vier lagen kunnen worden gecombineerd.

Behalve de PVB-folies zijn er ook folies die naderhand kunnen worden aangebracht. Deze zijn er te kust en te keur en worden ondermeer als 3M™ Scotchtint™ op de markt gebracht. Het grootste nadeel aan deze folies is de beperkte levensduur.

Zonwering

Zonweringen zijn er in soorten en maten. We gaan hier nauwelijks op in omdat hier een apart boek over te schrijven is en die zijn er al genoeg op de markt. In hoofdzaak onderscheiden we binnen- en buitenzonwering. Buitenzonwering is effectief maar duur en geeft vaak hoge onderhoudskosten. Binnenzonwering is als warmtewering nauwelijks effectief, maar doet vooral uitstekend dienst als lichtwering, onder andere bij computergebruik.

Thermische breuk

Thermische breuk treedt op bij een ongelijkmatige verwarming van een ruit. Mede omdat glas een slechte warmtegeleider is zullen er door de temperatuursverschillen ook verschillen in uitzetting binnen het materiaal ontstaan. In plastisch materiaal zou dit tot vervormingen leiden, maar in glas is dit vrijwel niet mogelijk. In het warme deel van het glas zullen drukspanningen optreden, die gemakkelijk kunnen worden verwerkt. In het koudere deel zullen trekspanningen ontstaan, die tot een thermische breuk leiden, zodra het maximaal toelaatbare temperatuurverschil tussen twee delen van het glas wordt overschreden. Die grens ligt bij circa 30°C voor ongehard en bij 150°C voor thermisch versterkt glas.

Het toelaatbare temperatuurverschil is afhankelijk van de buigbreeksterkte van het glas. Deze buigbreeksterkte wordt in de praktijk voor een belangrijk deel bepaald door de glasranden. Kleine beschadigingen in de glasrand door onzorgvuldig snijden of door onoordeelkundige opslag, verminderen de buigbreeksterkte van het glas en daarmee ook het temperatuurverschil waarbij thermische breuk zal optreden.

In de fase waarin schade preventie mogelijk is, moet aan de navolgende aspecten specifieke aandacht worden besteed:

Brandwerendheid

Glas is onbrandbaar, maar de brandwerendheid van normaal floatglas is 0 minuten. Zodra de temperatuur bij brand begint op te lopen springt het glas en heeft het vuur vrij spel. Toch zijn er tegenwoordig speciale glassoorten die brand tot 30 of tot 60 minuten kunnen weerstaan. Daarbij is er onderscheid tussen voorgespannen beglazingen, die niet zullen springen bij brand en beglazingen die bovendien de straling beneden 15 kW/m² houden.

Crystal Palace @ Great Exhibition 1851-1854 Crystal Palace was een door kassenbouwer Joseph Paxton ontworpen gebouw voor de wereldtentoonstelling in Londen (1851-1854). Het paleis was gebouwd in Victoriaanse stijl en bestond voornamelijk uit staal en glas. Het kristallen paleis had de afmetingen van 615 bij 150 m. Na de wereldtentoonstelling werd het gehele gebouw verplaatst van Hyde Park naar Sydenham Hill. In 1860 brandde al een deel van het gebouw af. Crystal Palace brandde op 30 november 1936 volledig uit. (bron: wikipedia)

Resumé

Glas is een ogenschijnlijk simpel materiaal. De toepassing in de bouw kan echter bijzonder complex zijn. Zoals op veel terreinen geldt: weet je het niet precies, vraag de specialist!

Groningen, 7 april 2008
Ing. Frits Seubring

Informatiebronnen:
SBR 270verbetering van de beveiliging door toepassing van beschermend glas
SBR 274zonwering door toepassing van specifieke glassoorten
  
Belangrijkste normen (niet limitatief; er zijn ca. 100 relevante normen):
NEN EN 410:1998 glas voor gebouwen - bepaling van de toetredingseigenschappen voor licht en zon van glas;
  
NEN EN 572 glas voor gebouwen - basisproducten van natronkalkglas
Onder deze norm vallen de volgende delen:
NEN EN 572-1:2004deel 1: definities en algemene fysische en mechanische eigenschappen;
NEN EN 572-2:2004deel 2: floatglas;
NEN EN 572-3:2004deel 3: gepolijst draadglas;
NEN EN 572-4:2004deel 4: getrokken vensterglas;
NEN EN 572-5:2004deel 5: gegoten glas;
NEN EN 572-6:2004deel 6: figuurdraadglas;
NEN EN 572-7:2004deel 7: glazen kanaalprofielen met en zonder draadinleg;
NEN EN 572-8:2004deel 8: handelsmaten en eindtoepassingsmaten;
NEN EN 572-9:2004deel 9: overeenkomstigheidsbeoordeling / productnorm.
  
NEN EN 673: 2003glas voor gebouwen - bepaling van de warmtedoorgangscoëfficiënt (U-waarde) - berekeningsmethode;
NEN EN 674:1997glas voor gebouwen - bepaling van de warmtedoorgangscoëfficiënt (U-waarde) - methode met afgeschermde verwarmingsplaat;
NEN EN 675:1997glas voor gebouwen - bepaling van de warmtedoorgangscoëfficiënt (U-waarde) - methode met warmtestroommeter;
NEN EN 1279-1:2006glas voor gebouwen - isolerend glas deel 1: algemeenheden, etc.;
NEN EN 1279-5:2005glas voor gebouwen - isolerend glas deel 5: conformiteitsbeoordeling.
  
Interessante internetlinks:
Digitale kennisbank kcg.knowmany.net
Glas for Europe www.glassforeurope.com
Saint-Gobain www.saint-gobain-glass.com
_