Na przestrzeni lat nie tylko w budownictwie szkło zmieniało swoją rolę. Współcześnie jest materiałem powszechnie wykorzystywanym nie tylko do produkcji okien, ale też całych fasad.
Obecnie często projektuje się budynki przeszklone w bardzo dużym stopniu. Powierzchnia zastosowanego szkła może być uszlachetniana na wiele sposobów. Może to być np. szkło samoczyszczące, na które jest nałożona warstwa nadającą właściwości fotokatalityczne (rozkłada zanieczyszczenia organiczne pod wpływem promieni UV) oraz hydofilowe (deszcz zmywa zanieczyszczenia, obmywając powierzchnię szkła równomiernie rozprowadzoną warstwą wody, dzięki czemu nie pozostawia śladów wysychających kropli).
Nowoczesne szkło dziś – powłoki funkcyjne
Powłoki funkcyjne nakładane na szkło (niskoemisyjne, przeciwsłoneczne oraz selektywne) mają niezmienne właściwości. Pokryte nimi tafle szklane nazywane są więc często szkłem pasywnym. To określenie wydaje się niesprawiedliwie, gdyż szyby te w dużym stopniu przyczyniają się do poprawy efektywności energetycznej budynków.
- Powłoki niskoemisyjne, czyli termoizolacyjne – uniemożliwiając ucieczkę ciepła z pomieszczeń, przyczyniają się do zmniejszenia kosztów ogrzewania zimą.
- Powłoki przeciwsłoneczne, czyli refleksyjne – chroniąc przed zbyt intensywnym promieniowaniem słonecznym latem i nie dopuszczając do przegrzewania się pomieszczeń, przyczyniają się do zmniejszenia kosztów klimatyzacji.
- Powłoki selektywne – łączą w sobie zalety powłok niskoemisyjnych i przeciwsłonecznych.
Powłoki funkcyjne są też elementem, który przyczynił się do niesamowitego skoku technologicznego w zakresie termoizolacyjności oszklenia, czyli przejścia od szyb pojedynczych o współczynniku przenikania ciepła Ug = 5,7 W/(m2K) do szyb zespolonych dwukomorowych z Ug = 0,5 W/(m2K). W niektórych krajach stają się one standardowym oszkleniem, choć dostępne są też i szyby o współczynniku Ug = 0,3 W/(m2K).
Niestety powłoki funkcyjne, zwłaszcza przeciwsłoneczne, chociaż mają dużo zalet, zmniejszają ilość naturalnego światła, które dociera do pomieszczeń. Receptą na to może być szkło aktywne, o dynamicznie zmieniających się właściwościach optycznych; dostępne są różne rodzaje szkła aktywnego, które są w stanie sprostać rozmaitym potrzebom użytkowników.
Nowoczesne szkło jutra – szkło aktywne
Szkło aktywne, zwane też dynamicznym lub inteligentnym, wprowadza nas w świat jutra, czyli świat szkła, którego właściwości będą mogły być kontrolowane i modyfikowane, na bieżąco dostosowując się do potrzeb użytkownika.
Szkło aktywne zmienia swoje właściwości fizyczne, na przykład przejrzystość, zabarwienie czy temperaturę pod wpływem bodźca zewnętrznego
Szyby aktywne charakteryzują się zdolnością reagowania na zmienne warunki otoczenia. Zmiany ich właściwości są bardzo szybkie i przewidywalne, a wywołuje je określony bodziec, np. termiczny, elektryczny, mechaniczny. Rodzaj zmiany i bodziec są zawarte w dwuczłonowej nazwie takich szyb. Przykładowo: termochromowe zmieniają kolor wskutek zmiany temperatury, elektroluminescencyjne zaczynają świecić pod wpływem napięcia elektrycznego, a piezoelektryczne poddane deformacji (oddziaływaniu mechanicznemu) – wytwarzają prąd.
Zmienne właściwości optyczne
Szyby zmieniające kolor lub stopień przezroczystości pod wpływem określonych czynników są coraz częściej widoczne w szklanej architekturze. Niektóre z nich reagują na zmiany w środowisku samoczynnie, na przykład pod wpływem światła (szkło fotochromowe) lub ciepła (szkło termochromowe). Wadą tych materiałów jest brak kontroli nad samoczynnymi zmianami. Coraz bardziej jest więc popularne szkło, którego zmianę właściwości optycznych uzyskuje się za pomocą sterowania elektrycznego. Najczęściej stosowane są:
- szyby elektrochromatyczne – zachowują transparentność w dużym zakresie, a pod wpływem napięcia elektrycznego szyba taka zmienia kolor na niebieski i staje się ciemniejsza; poziom intensywności zabarwienia jest sterowany elektrycznie. Umożliwia to dostosowanie do potrzeb użytkownika poziomu doświetlenia pomieszczenia światłem słonecznym oraz ilości ciepła skierowanego do wnętrza;
- szyby SPD (suspended particie devices) – z przezroczystych stają się matowe i nieprzezierne (z szarym odcieniem). Między dwiema taflami szkła znajduje się warstwa z zawiesiną cząstek polarnych. Gdy nie ma przyłożonego napięcia elektrycznego, cząstki są swobodnie ułożone i szyba jest nieprzejrzysta, a po przyłożeniu napięcia elektrycznego cząstki ulegają uporządkowaniu i szyba staje się przejrzysta;
- szyby ciekłokrystaliczne LCD (liquid crystal devices) – z przezroczystych stają się matowe i nieprzezierne (z mlecznym odcieniem). Między dwiema taflami szkła znajduje się warstwa z ciekłymi kryształami. Gdy nie ma przyłożonego napięcia elektrycznego, kryształy są losowo rozrzucone i szyba jest nieprzejrzysta, a po przyłożeniu napięcia elektrycznego kryształy ulegają uporządkowaniu i szyba staje się przejrzysta.
Dwa powyższe rozwiązania umożliwiają sterowanie transparentnością szyb. Można je stosować w przeszkleniach ścian zewnętrznych i wewnętrznych, aby zapewnić intymność osobom przebywających w pomieszczeniu, np. w szpitalach. Znajdują również zastosowanie jako ekran do projekcji filmów lub zdjęć – możliwe jest wyświetlanie obrazów z projektora umieszczonego z przodu bądź z tyłu stworzonego w ten sposób ekranu.
Szyby ogrzewane elektrycznie
Są to szyby jedno- lub dwukomorowe z transparentną powłoką metaliczną nałożoną na szkle od wewnątrz. Powłoka ta jest bardzo cienka, więc niewidoczna, a jednocześnie może przewodzić prąd elektryczny i emitować ciepło.
Szyba taka staje się zintegrowanym, niewidocznym panelem grzewczym. Jest rozwiązaniem bardzo estetycznym, emitującym ciepło poprzez promieniowanie podobnie do ciepła słonecznego. Umożliwia odczuwanie zwiększonego komfortu termicznego oraz wizualnego (brak tradycyjnych grzejników pozwala na dowolną aranżacje pomieszczenia). Jednocześnie ogrzewanie szyby gwarantuje także funkcję antykondensacyjną (na ciepłej szybie nie skrapla się para wodna) i topienie śniegu (szyba ogrzewana zastosowana w oknie dachowym czy w szklanym dachu zapewnia widok na zewnątrz przy opadach śniegu).
Szyby produkujące energię elektryczną
Obecnie są na rynku materiały zdolne do wytwarzania energii elektrycznej w wyniku działania określonych czynników, np. światła, temperatury czy oddziaływań mechanicznych. Najbardziej znanymi wyrobami z tej grupy są ogniwa fotowoltaiczne, produkujące prąd elektryczny z wykorzystaniem promieniowania słonecznego (energii słonecznej). Najbardziej wydajne ogniwa fotowoltaiczne są nieprzezroczyste. W budownictwie mogą być wykorzystywane również jako wyroby przeciwsłoneczne i zacieniające – gdy są elementem żaluzji szklanych, stosowanych jako łamacze światła na fasadach lub jako żaluzje fotowoltaiczne umieszczone wewnątrz szyby zespolonej.
Wyroby nowej generacji to transparentne szyby z ogniwami PV (szyby mogą być barwione). Dostępne są też ogniwa PV w formie elastycznej folii transparentnej, odpowiedniej do stosowania w szkle laminowanym. Taka folia pozwala na użycie ogniw PV w szkle giętym, co zwiększa kreatywność architektów.
Transparentne ogniwa PV pozwalają zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na budynki z zerową emisją CO2 i minimalnymi rachunkami za energię. Są one często stosowane do bezpośredniego zasilania elektrycznego fasad multimedialnych z diodami LED. Ostatnim osiągnięciem w tym zakresie jest bezbarwne ogniwo PV zdolne do produkcji energii elektrycznej. Transparentne szyby PV mogą być stosowane na fasadach, jako balustrady całoszklane, daszki szklane, a te o największej przejrzystości – również jako szyby okienne. Powłoki samoczyszczące i antyrefleksyjne na szybach PV pomagają zwiększyć ich wydajność w wytwarzaniu energii elektrycznej.
Prowadzone są również prace nad zintegrowaniem elementów piezoelektrycznych w szkle laminowanym i wykorzystanie takich wyrobów do produkcji energii elektrycznej pod wpływem oddziaływań mechanicznych. Są już przykłady zastosowania takiego szkła na podłodze w dyskotece i w ciągu pieszym na lotnisku – gdzie skaczący i chodzący ludzie są „źródłem” energii elektrycznej. Prowadzi się też badania nad wykorzystaniem energii mechanicznej, którą może dostarczyć wiatr do produkcji energii elektrycznej – wówczas takie przeszklone elementy mogłyby być mocowane na elewacji.