Optické rastry ze skla ve stavebnictví a architektuře
Za finanční podpory Grantové agentury České republiky probíhal v posledních třech letech další vývoj lineárních optických rastrů pro stavebnictví a architekturu, který byl započat na počátku 80. let vývojem a výrobou lineární Fresnelovy čočky ze skla. Optickým rastrem je pro naše účely míněn lineární opakující se geometrický vzor, nanesený za tepla na skleněnou tabuli metodou kontinuálního lití.
Technologie kontinuálního lití byla zvolena z důvodů vysoké produktivity a z toho vyplývající rozumné ceny. Na vývoji se podíleli: ENKI, o.p.s. - Třeboň, Glaverbel Czech, a.s. - Teplice, ČVUT - strojní - Praha a ENVI, s.r.o. - Třeboň.
Optické rastry jsou určeny k modifikaci přímého slunečního záření ve stavbách a při jejich návrhu vycházíme ze dvou základních vlastností a znalostí:
- Optické rastry modifikují pouze přímou složku slunečního záření (tu, která tvoří stín), zatímco složka rozptýlená projde rastrem přibližně stejně jako přes libovolné jiné sklo, tj. se statistickým rozptylem.
- Přesně známe trajektorii Slunce, tj. víme kde se bude Slunce v libovolný okamžik nacházet na obloze (pozice určená např. azimutem a výškou).
Vzhledem ke způsobu využití dělíme optické rastry, vyráběné metodou kontinuálního lití, na dvě základní skupiny:
- rastry pasivní, které fungují samy o sobě bez použití další technologie
- rastry aktivní - čočky, které ke své funkci potřebují další technologii a tvoří podstatnou část slunečního kolektoru - koncentrátor.
a. Rastry pasivní
V současné době vyrábí Glaverbel Czech, a.s. dva typy skel, které jsme nazvali rastry pro pasivní využití slunečního záření. Princip použití je u obou rastrů shodný: v letním období, kdy je Slunce vysoko na obloze, se pomocí lomu a totálního odrazu částečně zamezí prostupu energie přímého slunečního záření do interiéru (až o 50%) a tím se podstatně vylepší klimatické poměry v místnosti. Naopak v zimě, kdy je Slunce nízko nad obzorem, jeho paprsky projdou dovnitř do interiéru jako přes obyčejné zasklení a ohřejí interiér. Z těchto charakteristik je patrné, že se jedná o typický prvek pasivní solární architektury. Rastry jsou vypočítány a navrženy vždy ve dvou modifikacích - pro kolmý a šikmý dopad slunečního záření, tedy pro využití v kolmých stěnách - fasádách a nebo pro šikmé sedlové střechy se sklonem od 30° do 50° v našich zeměpisných šířkách.
Odrazný rastr pro kolmý dopad slunečního záření - je zobrazen na obr. č. 1, jeho optické charakteristiky na obr. č. 2. Rastr pracuje na principu totálního odrazu, tj. pro určité předem známé úhly dopadu dojde po lomu na první ploše k totálnímu odrazu na ploše druhé a případně i třetí a paprsek se vrátí přibližně tam, odkud přiletěl. Je to rastr vhodný do šikmého zasklení s převážně jižní orientací, kde potřebujeme přirozené osvětlení a netrváme na výhledu do exteriéru. Je vhodný především do světlíků, střešních oken a do skleníků. Jako všechny zde uvedené rastry i tento pracuje jako separátor přímé a difusní složky slunečního záření, kdy složka difusní projde do interiéru vždy a osvětlí jej, zatímco složka přímá, která je podstatnou nositelkou energie, je částečné blokována při výškách Slunce nad 45°, což odpovídá letnímu období, kdy mají interiéry tendenci se přehřívat. Obr. 2: Propustnost střešního rastru pro úhel sklonu rastru 45° |
 Obr. 1 |
| Odrazný rastr pro šikmý dopad slunečního záření Je to vlastně modifikace předchozího, tedy rastr s obdobnými vlastnostmi jako předchozí rastr, ale je určen a propočítán do svislých fasád s převážně jižní orientací v našich zeměpisných šířkách. Je to opět sklo, které se díky svým optickým vlastnostem chová selektivně vůči ročním obdobím, v létě blokuje, v zimě propouští. Je zobrazen na obr. č. 3 a jeho optické vlastnosti na obr. č. 4.  Obr. 4: Propustnost optického rastru |
 Obr. 3 |
b. Rastry aktivní - čočky
Rastry aktivní slouží ke koncentraci slunečního záření na absorbér a kombinují tak pasivní využití transparentního zasklení díky skleníkovému efektu s aktivní funkcí optických členů čočka-absorbér v koncentračním kolektoru slunečního záření. Aktivními je nazýváme proto, že energii jimi zkoncentrovanou dokážeme získat, uložit a aktivně použít.
V nabídce jsou dva rastry - lineární Fresnelova čočka, korigovaná pro kolmý a šikmý dopad slunečního záření obr. 5 a 6, která se používá v kolektorech SOLARGLAS. Tento systém a jeho funkce byl již několikrát podrobně popsán, a proto velice stručně. Čočka soustřeďuje přímé sluneční záření do ohniska, které je od ní vzdálené 400 mm. Zde je umístěný absorbér - hliníkový profil, vyvložkovaný měděnou trubičkou, protékaný vodou. Absorbéry jsou umístěny na pohyblivém rámu, který je pomocí šroubového mechanizmu a naváděcí elektroniky stále udržován v místě maximálního ozáření - kompenzuje tedy relativní pohyb Slunce po obloze. Kolektor tvoří transparentní střechu nebo fasádu a slouží jako inteligentní žaluzie.
Systém SOLARGLAS plní tři základní funkce:
- zajišťuje příjemné osvětlení rozptýleným světlem bez velkých intenzitních výkyvů
- omezuje přehřívání prostoru pod střechou či za fasádou, neb energie přímého slunečního záření je odvedena ve formě teplonosného média pryč z interiéru místnosti
- ohřívá vodu případně vyrábí el. proud
Všechna tato skla se dodávají ve formě lepeného izolačního dvojskla se součinitelem prostupu tepla k od 2,8 do 1,3 Wm-2K-1 v závislosti na vrstvě na vnitřním skle a plnění plynem a zatím s výjimkou lineární Fresnelovy čočky, korigované pro kolmý dopad slunečního záření, lze rastry dodávat také v bezpečnostním provedení jako lepená s dalším plansklem - connex.
 |
 |
| Ukázka uplatnění kolektoru SOLARGLAS na střeše bazénu v rodinném domě. | |
Optické rastry byly vyvíjeny firmami ENKI, o.p.s., ENVI, s.r.o. a Glaverbel Czech, a.s. ve spolupráci s ČVUT v Praze - FSI za podpory GAČR v rámci grantového projektu č. 103/99/0562 "Vývoj energetických fasád s využitím optických rastrů za skla".