Samochodowe oszklenie przeciwsłoneczne i akustyczne

Oszklenie samochodowe jest układem optycznym, cieplnym, akustycznym, konstrukcyjnym i elektronicznym, a nie tylko przezroczystym panelem nadwozia. W samochodzie elektrycznym jego właściwości mogą wpływać na komfort, zapotrzebowanie układu HVAC, odczuwaną jakość, działanie czujników i koszt naprawy.

Zestaw właściwości oszklenia

Poszczególne szyby spełniają różne zadania. Szyba czołowa musi zapewniać wyraźny obraz o kontrolowanych zniekształceniach, pozostawać wklejona w nadwozie i zatrzymywać odłamki po uszkodzeniu. Szyby boczne i tylne muszą równoważyć widoczność, utrzymanie pasażerów wewnątrz pojazdu, zachowanie podczas pękania, stylistykę oraz, w niektórych pojazdach, drogę ewakuacji. Konstrukcja i wymagania prawne mogą zatem różnić się zależnie od szyby i rynku.

Szyby samochodowe są najczęściej:

• Laminowane: dwie tafle szkła połączone polimerową warstwą pośrednią, zwykle PVB. Po pęknięciu warstwa ta pomaga utrzymać odłamki razem. Konstrukcja laminowana może też pełnić funkcje akustyczne lub przeciwsłoneczne.
• Hartowane: szkło poddane obróbce cieplnej i zaprojektowane tak, aby rozpadało się na wiele stosunkowo małych kawałków. Jest powszechnie stosowane w ruchomych szybach bocznych i tylnych, chociaż dla poprawy bezpieczeństwa i ograniczenia hałasu coraz częściej oferuje się boczne szkło laminowane.
• Wielofunkcyjne: szkło laminowane lub hartowane połączone z powłokami, wbudowanymi przewodnikami, antenami, oknami dla kamer, optyką wyświetlacza przeziernego, warstwami elektrochromowymi lub innymi elementami funkcjonalnymi.

Oznaczenia homologacyjne i dokumentacja pojazdu są przy identyfikowaniu szyby bardziej wiarygodne niż sam wygląd. Regulamin ONZ nr 43 stanowi powszechnie stosowane ramy dla materiałów oszklenia bezpiecznego i ich montażu, ale dokładne zasady zależą od rynku, położenia szyby i homologacji pojazdu. UNECE Regulation No. 43 — Safety glazing

Kontrola promieniowania słonecznego: więcej niż ciemne przyciemnienie

Łatwo pomylić trzy wielkości:

• Przepuszczalność światła widzialnego opisuje ilość światła widzialnego przechodzącego przez szybę. Silnie wpływa na to, jak ciemna wydaje się szyba i czy spełnia lokalne przepisy dotyczące widoczności.
• Bezpośrednia przepuszczalność energii słonecznej opisuje energię słoneczną przechodzącą bezpośrednio.
• Całkowita przepuszczalność energii słonecznej uwzględnia również energię najpierw pochłoniętą przez szkło, a następnie przekazaną do wnętrza. Przy omawianiu nagrzewania kabiny jest więc bardziej użyteczna niż sam stopień widocznego przyciemnienia.

Norma ISO 13837 określa metody pomiaru przepuszczalności światła, bezpośredniej i całkowitej energii słonecznej oraz parametrów kolorymetrycznych monolitycznych lub laminowanych szyb samochodowych. To rozróżnienie wyjaśnia, dlaczego dwie podobnie przyciemnione szyby mogą inaczej zachowywać się na słońcu. ISO 13837:2021 — Solar transmittance test methods

Oszklenie przeciwsłoneczne może wykorzystywać kilka strategii:

• Barwienie masy szkła lub pochłaniające warstwy pośrednie pochłaniają wybrane długości fal. Część pochłoniętej energii jest później oddawana do kabiny i powietrza na zewnątrz.
• Powłoki lub folie odbijające podczerwień odrzucają część obciążenia słonecznego w bliskiej podczerwieni, zanim zamieni się ono w ciepło w kabinie.
• PVB z kontrolą promieniowania słonecznego łączy laminowaną warstwę pośrednią z właściwościami ograniczającymi ciepło.
• Rozwiązania niskoemisyjne zmniejszają radiacyjne przenoszenie ciepła w określonych warunkach.
• Ruchome rolety lub szkło o zmiennej przezroczystości kontrolują ekspozycję już po zbudowaniu pojazdu; opisano je oddzielnie w Power Windows, Anti-Trap Systems, and Sunshades i Glass Roofs.

Ciemny wygląd nie dowodzi więc skutecznego ograniczania ciepła, a pozornie przezroczysta szyba może nadal odrzucać znaczącą część energii podczerwonej. Z kolei „ochrona UV”, „odrzucanie IR” i „odrzucanie całkowitej energii słonecznej” nie są równoważnymi deklaracjami. Użyteczna specyfikacja podaje wielkość pomiarową, zakres długości fal, szybę i metodę badania.

Kontrola promieniowania słonecznego jest szczególnie ważna, gdy zaparkowany pojazd stoi w silnym słońcu. W kontrolowanym badaniu NREL jednej konfiguracji PVB z kontrolą promieniowania słonecznego zastosowano próbę nagrzewania i symulację pojazdu, szacując potencjalne zmniejszenie mocy klimatyzacji o 4% dla badanej konfiguracji. Wynik pokazuje mechanizm i możliwą korzyść, a nie uniwersalny wzrost zasięgu każdego samochodu elektrycznego, w każdym klimacie i z każdym zestawem szyb. NREL study — Solar-control PVB and vehicle HVAC load

W samochodzie elektrycznym mniejsze obciążenie cieplne kabiny może skrócić początkowe chłodzenie i zmniejszyć moc HVAC w słonecznych warunkach. Rzeczywisty wpływ na energię zależy od powierzchni szyb, konstrukcji dachu, kolorów nadwozia i wnętrza, warunków otoczenia, temperatury docelowej, liczby pasażerów, sprawności pompy ciepła lub A/C i czasu podróży. Komfort i mniejsze olśnienie mogą być bardziej zauważalne niż jakakolwiek zmiana zasięgu.

Oszklenie akustyczne i paradoks cichego samochodu elektrycznego

Laminowane oszklenie akustyczne wykorzystuje lepkosprężystą warstwę pośrednią zaprojektowaną do ograniczania przenoszenia dźwięku w wybranych zakresach częstotliwości. Dane dostawców pokazują, że efekt zależy od częstotliwości; pojedyncza „redukcja dB” bez zakresu częstotliwości, konstrukcji szyby i metody badania jest niepełną informacją. Eastman Saflex E-Series — Acoustic interlayers

Szkło akustyczne może ograniczać:

• hałas wiatru wokół słupków A i lusterek;
• hałas opon i rozprysków docierający do pasażerów przez boczne otwory;
• wysokoczęstotliwościowy hałas ruchu drogowego;
• część dźwięków zewnętrznych podczas postoju.

Nie usuwa hałasu, który dociera głównie przez opony, nadkola, mocowania zawieszenia, konstrukcję nadwozia, uszczelki drzwi lub otwory wentylacyjne. Cicha kabina jest wynikiem działania całego układu: liczą się konstrukcja i grubość szyby, warstwa pośrednia, uszczelnienie krawędzi, sztywność drzwi, aerodynamika lusterek, uszczelki, nieszczelności nadwozia oraz aktywna redukcja hałasu.

Korzyść może wydawać się szczególnie ważna w samochodzie elektrycznym, ponieważ nie ma ciągłego dźwięku silnika spalinowego maskującego wiatr i drogę. Nie oznacza to, że szyby samochodu elektrycznego są z natury głośniejsze. Dawniej ukryte dźwięki mogą po prostu stać się wyraźniejsze, dlatego producenci mogą łączyć laminowane przednie szyby boczne, lepsze uszczelki, grubsze dywany i materiały dźwiękochłonne.

Laminowane szkło akustyczne może zwiększać masę i koszt w porównaniu z podstawowym szkłem hartowanym. Wpływ na masę całego pojazdu jest mały, lecz znajduje się ona wysoko w nadwoziu, natomiast koszt wymiany może być znaczący, jeśli szyba zawiera także powłoki przeciwsłoneczne, anteny, ogrzewanie lub specjalne elementy krawędziowe.

Kompromisy integracyjne

Szyba o najwyższych parametrach nie jest automatycznie najlepsza, jeżeli nie współpracuje z resztą pojazdu.

Zgodność radiowa: Metaliczne powłoki przeciwsłoneczne mogą tłumić identyfikatory opłat drogowych, telefony, odbiorniki GNSS i inne sygnały radiowe. Producenci mogą stosować niepowlekane „okna komunikacyjne”. Wskazówki z instrukcji obsługi dotyczące umieszczenia urządzeń powinny mieć pierwszeństwo przed zgadywaniem.

Wyświetlacze przezierne: Konwencjonalna laminowana szyba czołowa może tworzyć podwójne odbicie. Szyby do HUD wykorzystują kontrolowaną geometrię klinową lub inną kompensację optyczną i muszą odpowiadać układowi projekcyjnemu pojazdu. Pilkington — Head-up-display windshields

Kamery i czujniki: Obszar widzenia kamery musi spełniać wymagania optyczne i cieplne. Folia przyciemniająca, zabrudzenie, niewłaściwa szyba, zniekształcenie lub źle umieszczone akcesorium mogą pogorszyć obraz. Wymiana szyby czołowej może wymagać kontroli i kalibracji zgodnie z procedurą producenta. ADAS Sensor Calibration

Ogrzewanie: Drobne przewody, przezroczyste warstwy przewodzące lub miejscowe elementy grzejne mogą usuwać lód i kondensację. Różnią się wyglądem, obciążeniem elektrycznym, metodą naprawy i zgodnością z powłokami.

Prawne limity przyciemnienia: Przepisy dotyczące światła widzialnego różnią się zależnie od kraju i szyby. Fabryczne przyciemnienie, szkło zapewniające prywatność i folia akcesoryjna mogą łącznie dać efekt ciemniejszy od oczekiwanego. Przed nałożeniem folii należy sprawdzić lokalne wymagania i cały układ szyby z folią.

Okulary polaryzacyjne: Powłoki, laminaty, wyświetlacze i rozkład naprężeń w szkle hartowanym mogą oddziaływać z polaryzacyjnymi okularami przeciwsłonecznymi, powodując zmiany kolorów lub wzory. Jazda próbna w rzeczywistym świetle daje więcej informacji niż deklaracja w broszurze.

Jak porównać dwa pojazdy

Należy prosić o informacje dotyczące konkretnych szyb, zamiast polegać na jednej etykiecie „szkło akustyczne” lub „szkło termoizolacyjne”:

1. Które szyby są laminowane, hartowane, akustyczne lub przeciwsłoneczne?
2. Czy obróbka akustyczna dotyczy tylko szyby czołowej, przednich drzwi czy wszystkich szyb bocznych?
3. Czy specyfikacja podaje przepuszczalność światła widzialnego i całkowitej energii słonecznej, czy tylko język marketingowy?
4. Czy wskazano okna dla anten, miejsca na identyfikatory opłat, okna kamer i elementy grzejne?
5. Czy szyba czołowa jest przeznaczona do konkretnego zestawu HUD lub systemów wspomagania kierowcy?
6. Jaka jest cena wymiany i czy wymaga ona kalibracji?
7. Czy tylne szkło zapewniające prywatność i odrzucanie ciepła to odrębne właściwości?

Porównanie hałasu w kabinie powinno odbywać się na takich samych oponach, drodze, przy tej samej prędkości, wietrze, ustawieniu wentylacji i obciążeniu. Porównanie działania słonecznego powinno uwzględniać powierzchnię szyb i obróbkę dachu, a także podaną specyfikację szkła. Najlepszy zestaw oszklenia zachowuje widoczność i zgodność układów, ograniczając jednocześnie źródła ciepła i dźwięku, które rzeczywiście dominują w pojeździe.

Źródła

• Vehicle Windows: Safety, Solar Control, Noise, Wipers, and Smart Glass — Przegląd EVKX dotyczący konstrukcji, funkcji i kompromisów szyb samochodowych.
• UNECE Regulation No. 43 — Safety glazing — Indeks regulaminu UNECE dotyczącego oszklenia bezpiecznego.
• ISO 13837:2021 — Solar transmittance test methods — Metoda ISO pomiaru przepuszczalności energii słonecznej przez szyby samochodowe.
• NREL study — Solar-control PVB and vehicle HVAC load — Badanie NREL obejmujące nagrzewanie i symulację jednej konfiguracji przeciwsłonecznego PVB.
• Pilkington — Solar-control automotive glazing — Przegląd dostawcy szyb samochodowych dotyczący powłok przeciwsłonecznych i funkcji zintegrowanych.
• Eastman Saflex E-Series — Acoustic interlayers — Przegląd właściwości samochodowych akustycznych warstw pośrednich.
• Glass Roofs — Przewodnik EVKX po dachach szklanych stałych, otwieranych, osłanianych i o zmiennej przezroczystości.
• Pilkington — Head-up-display windshields — Objaśnienie dostawcy szyb samochodowych dotyczące optyki szyby czołowej do HUD.
• ADAS Sensor Calibration — Przewodnik EVKX po kalibracji czujników ADAS.