Esame del carico

Data: 2 settembre 2022

Questo articolo presenta uno studio sullo sviluppo di una sigillatura del bordo incollato per vetrate isolanti riempite di fluido. Tali nuovi elementi di facciata consentono involucri edilizi multifunzionali e una migliore efficienza energetica degli edifici. La guarnizione del bordo incollato di una vetrata riempita di liquido è fortemente sollecitata a causa della pressione idrostatica che agisce in aggiunta ai carichi tipici sulle facciate. L'esposizione permanente al fluido può anche causare gravi effetti di invecchiamento. Pertanto la sigillatura del bordo è progettata in modo tale che lo stress chimico e fisico si divida su due zone funzionali. La prima zona funzionale funge da guarnizione protettiva e separa il fluido dalla seconda zona funzionale portante. Gli adesivi per entrambe le zone funzionali sono stati selezionati utilizzando un ampio programma di test.

Una volta selezionati i materiali, i nuovi elementi della facciata vengono testati in test sui componenti su larga scala. I modelli sono realizzati in scala 1:2 rispetto alla dimensione originale degli elementi di facciata previsti. Poiché lo studio si concentra sulle prestazioni del bordo incollato, il dettaglio del bordo viene realizzato nella dimensione originale mentre la dimensione del vetro è più piccola. Lo spessore del vetro viene modificato per ottenere rotazioni nella zona del bordo che corrispondono agli elementi della facciata nelle dimensioni originali. Le prove vengono eseguite in un banco prova per facciate continue, che consente il carico simultaneo dell'elemento mediante pressione ciclica del vento e pressione costante dell'acqua. L'incollaggio sostiene tutti i carichi tranne il peso proprio dei vetri. I risultati delle prove vengono confrontati con i calcoli numerici e viene effettuata una stima del comportamento portante.

Quasi nessun altro aspetto di un edificio rappresenta meglio l'architettura moderna delle facciate in vetro. Soprattutto negli uffici di rappresentanza e negli edifici amministrativi si desidera la massima trasparenza e lo sfruttamento della luce diurna. Nonostante la progettazione ottimizzata delle vetrate isolanti multistrato (IGU) ad alte prestazioni, le vetrate isolanti di grandi dimensioni sono associate a una perdita di energia relativamente elevata. Ciò vale sia per l'energia in ingresso causata dalla radiazione solare in estate, sia per la dissipazione di energia tramite conduzione termica, radiazione termica e convezione quando le temperature esterne sono basse in inverno. Per questo motivo vengono costantemente effettuate ricerche per ottimizzare la facciata. L’obiettivo è quello di realizzare involucri edilizi multifunzionali per la costruzione di case a bassissimo consumo energetico. Negli ultimi anni sono stati condotti diversi progetti di ricerca sugli elementi di facciata riempiti di liquidi. Con l'aiuto di un fluido gli elementi della facciata possono essere regolati termicamente.

L'idea di riempire la cavità del vetro con un fluido si basa sull'elevato potere calorifico specifico dell'acqua, che è circa quattro volte quello dell'aria. Ciò rende l'acqua un ottimo vettore di calore o refrigerante. Questa proprietà non viene modificata dall'aggiunta di additivi chimici, necessari per prevenire la crescita delle alghe. L'uso di una miscela di acqua e glicole etilenico ha dimostrato la sua validità in diversi progetti di ricerca. La miscela fluida può essere mantenuta a temperatura costante con solo una piccola quantità di energia. In questo modo, gli elementi della facciata riempiti di fluido possono contribuire a migliorare la temperatura interna. È anche possibile aggiungere alla miscela fluida particelle magnetiche che reagiscono alla radiazione solare incidente e scuriscono la lastra.

Allo stesso tempo crescono le esigenze estetiche dell’involucro edilizio. Le facciate con vetrate strutturali sigillanti (facciate SSG) sono molto richieste a causa della loro superficie omogenea. La Figura 1 mostra due sezioni trasversali delle facciate SSG. Il principio generale si basa su un incollaggio portante sul lato posteriore della lastra di vetro esterna (vetrate isolanti a gradini) o della lastra di vetro interna (vetrate isolanti standard). Il miglior risultato estetico si ottiene evitando i morsetti esterni. Il risultato sono pannelli di vetro di grandi dimensioni con un minimo di intelaiatura.

Tuttavia, se l'intercapedine tra i vetri viene riempita con un fluido invece che con una miscela aria-gas, la pressione idrostatica e i processi di degrado causati dal fluido provocano elevate sollecitazioni sul sigillante per bordi. Pertanto, le prime applicazioni pilota risultanti da recenti progetti di ricerca finora sono state sempre realizzate utilizzando morsetti o elementi di fissaggio aggiuntivi. La Fig. 2 mostra come esempio la casa delle alghe BIQ, costruita nell'ambito della Fiera Internazionale dell'Edilizia 2006–2013 ad Amburgo. La prima facciata di fotobioreattore al mondo è un'applicazione di elementi di verniciatura riempiti di fluido nella facciata. La radiazione solare incidente viene utilizzata per produrre calore e biomassa. Gli elementi della facciata sono alti. È chiaramente visibile il telaio di bloccaggio esterno che tiene insieme i vetri, fig. 2 a destra.