Fereastra - Portal de afaceri - revista de specialitate pentru furnizorii de sisteme si producatorii de tamplarie din PVC, Aluminiu si lemn stratificat cu geam termoizolant. Aici gasiti informatii utile despre: ferestre, usi, pereti cortina, termopane, geam termopan, etc.

Un studiu recent arata ca sectorul constructiilor a consumat, in urma cu trei ani, peste 132 exajouli (EJ) de energie, ceea ce reprezinta aproximativ 30% din resursele finale de energie utilizate la nivel global. Din aceasta cantitate, circa 34% sau aproximativ 10% din consumul mondial total de energie a fost generat de sectorul electricitatii. Impactul ridicat al resurselor energetice folosite in cladiri este rezultatul cererii masive de incalzire, racire si exploatare a aparatelor electrocasnice, in special in tarile OCDE. Acest lucru genereaza emisii indirecte de gaze cu efect de sera (GES) de circa 6 Gt de CO₂ (conform unui raport IEA din 2022). Chiar daca se depun eforturi pentru a produce mai multa energie regenerabila, emisiile din sectorul cladirilor au crescut in continuare cu 0,5% anual, incepand cu 2010. Situatia de fapt este determinata de majorarea populatiei, utilizarea mai intensa a aparatelor electrocasnice si cresterea temperaturilor extreme. In tarile OCDE, peste 30% din cererea de energie a cladirilor provine din racirea si incalzirea spatiilor, iar racirea se preconizeaza ca va egala sau chiar va depasi toate celelalte sectoare aflate in crestere, inclusiv pe cel al vehiculelor electrice.

 

In cadrul fondului imobiliar existent in tarile dezvoltate, cererea de incalzire a crescut ca urmare a izolatiei deficitare si ineficientei anvelopantelor cladirilor, ferestrele contribuind in mod specific cu pana la 60% la pierderile de energie din cauza transferului ridicat de caldura prin unitatile IGU si ramele acestora. Imbunatatirea nivelului de izolare a fatadelor poate reduce necesarul de incalzire si racire, iar acesta este, de fapt, cel mai mare potential al sectorului respectiv pentru diminuarea rentabila a emisiilor de gaze cu efect de sera prin tehnologii eficiente din punct de vedere energetic. De exemplu, ferestrele eficiente energetic pot asigura scaderea emisiilor in timpul fazei operationale a unei cladiri. Cercetarile au demonstrat ca intretinerea sau inlocuirea ferestrelor imbunatateste semnificativ economiile de energie, fiind identificate modele optime pentru diferite climate. Cu toate acestea, desi sporirea eficientei reduce adesea emisiile operationale, ea poate creste energia incorporata (cea necesara pentru extragerea, prelucrarea, fabricarea si transportul materialelor) si emisiile de CO₂ pe durata ciclului de exploatare, in special pentru materialele de constructie cu un continut ridicat de carbon incorporat. Carbonul incorporat acopera emisiile totale, de la extragerea materiilor prime pana la destructurare. Tehnica analizei ciclului de viata (LCA) permite determinarea cu precizie a impactul asupra mediului exercitat de un produs sau serviciu. Studii anterioare au aratat ca imobilele care utilizeaza proiecte cu consum minimal de energie prezinta adesea o crestere de 25% a emisiilor de GES incorporate, in ciuda realizarii unei economii de energie operationala de 50%. Ponderea incorporata a unei analize a ciclului de viata variaza semnificativ in functie de geografie, clima, materii prime si metode de productie, ceea ce afecteaza in mod real perioadele de recuperare a investitiei in produse. Dupa cum s-a mentionat anterior, ferestrele reprezinta o sursa majora de pierderi energetice necontrolate. Utilizarea tehnologiilor de ferestre izolate este esentiala pentru imbunatatirea eficientei energetice operationale a cladirilor. In ultimii ani, sticla vidata (VIG) a aparut ca o alternativa la unitatile traditionale de vitraj termoizolant (IGU), oferind performante superioare de izolare. Desi tehnologia VIG reduce consumul de energie operationala, este de asemenea esential sa se evalueze energia incorporata si emisiile asociate cu fabricarea si lantul de aprovizionare al acesteia, pentru a intelege si cuantifica impactul produsului asupra mediului. 

 

Constructia de baza a unei ferestre VIG consta din doua panouri de sticla separate de un spatiu din care aerul a fost evacuat, cu o latime de aproximativ o zecime de milimetru. In interstitiul extrem de ingust sunt plasate distantiere in forma de disc (cunoscute in jargon sub numele de "stalpi") pentru a mentine separarea intre panourile de sticla sub actiunea presiunii atmosferice. Prin operatiunea de vidare, aportul transferului termic convectiv la conductanta termica globala a ferestrei este redus la o valoare neglijabila, iar coeficientul global de transfer termic ramane o functie a transferului prin radiatie dintre suprafete (la randul sau limitat prin utilizarea acoperirilor cu emisivitate redusa) si a contributiilor distantierilor. De asemenea, panourile VIG prezinta avantajul unei grosimi totale a ferestrei mult mai mici in raport cu variantele IGU traditionale. Practic, utilizand geamuri cu grosimea de 3 mm, gabaritul total al VIG ajunge la aproximativ 6,2 mm. Tehnologia respectiva reprezinta un progres semnificativ in performanta anvelopei cladirii, oferind o izolare termica excelenta, mentinand in acelasi timp un profil relativ subtire. Provocarea critica din punct de vedere ingineresc in proiectarea VIG este de a limita procesele potentiale de fracturare a geamurilor, minimizand in acelasi timp contributia termica a stalpilor. Elementele distantiere respective servesc ca elemente structurale fundamentale care mentin geamurile sub presiune atmosferica de aproximativ 10 kN/mp, actionand continuu asupra suprafetei sticlei. Fara ele, geamurile s-ar curba inevitabil spre interior si ar intra in contact, eliminand spatiul de vid izolant. Cu toate acestea, fiecare stalp creeaza o punte termica directa intre panourile de sticla interioare si exterioare, oferind o cale conductiva pentru transferul termic. Aceasta este, in mod inerent, o contradictie de proiectare: prea putini stalpi risca sa genereze defectarea mecanica sub sarcina atmosferica, in timp ce prea multi degradeaza performanta termica. Optimizarea proiectarii stalpilor VIG necesita o analiza atenta a celor doua criterii de performanta concurente. Din punct de vedere mecanic, elementele respective trebuie sa fie suficient de numeroase si pozitionate astfel incat sa distribuie in siguranta sarcinile atmosferice si alte incarcari externe pe suprafata sticlei, prevenind concentrarile de tensiune care ar putea duce la defectarea sticlei. Distanta, diametrul si inaltimea stalpilor influenteaza in mod direct capacitatea VIG de a rezista nu numai la presiunea atmosferica statica, ci si la sarcinile dinamice generate de vant, expansiunea termica si solicitarile de manipulare. In schimb, o rezistenta termica mai mare necesita minimizarea numarului, conductivitatii termice si/sau dimensiunii stalpilor pentru a reduce contributia termica. Fiecare element reprezinta un compromis in proiectarea VIG, deoarece ofera o cale conductiva directa care permite caldurii sa ocoleasca spatiul vidat. Impactul termic devine deosebit de semnificativ, avand in vedere ca distantierii reprezinta, de obicei, mecanismul dominant de transfer de caldura in unitatile VIG bine proiectate si cu o izolatie ridicata. 

 

In afara de modificarea dimensiunii stalpului sau a distantei dintre elementele matricei sistemului, conductanta termica a ansamblului poate fi redusa prin utilizarea unui material cu conductivitate mai mica, cum ar fi un stalp din ceramica sau sticla, in locul unuia metalic, folosit in mod uzual. De asemenea, trebuie avut in vedere faptul ca majorarea inaltimii stalpului va duce in mod automat la sporirea rezistentei termice, insa nu cu o valoare semnificativa. In plus, specialistii au identificat probleme legate de potentiala cedare a stalpului, cauzata de caracteristicile specifice de fabricatie si de cresterea necontrolata a grosimii totale a unitatii VIG. Cert este faptul ca numarul si distanta dintre stalpi intr-o unitate VIG exercita o influenta semnificativa asupra performantei termice, datorita efectului de punte termica pe care il induc. In majoritatea proiectelor comerciale, distantierii sunt dispusi intr-o retea patrata, iar transferul total de caldura prin acestia variaza in functie de numarul de elemente pe unitate de suprafata. Relatia arata ca dublarea distantei dintre elemente pe ambele directii reduce numarul lor si, prin urmare, contributia termica totala cu un factor de patru. Aceasta inseamna ca valoarea conductantei termice totale atribuita matricei de stalpi poate fi diminuata in mod considerabil prin cresteri moderate ale distantei dintre elementele de distantare.

 

In ceea ce priveste performanta mecanica intr-o unitate VIG, una dintre problemele critice este tensiunea indusa la contactul dintre stalpii de sustinere si panourile de sticla. Deoarece spatiul dintre foi este lipsit de aer, presiunea atmosferica exercita o sarcina uniforma pe suprafetele exterioare ale sticlei. Aceasta forta este sustinuta mecanic de matricea de stalpi, fiecare distantier suportand o parte din sarcina. Ca urmare, elementele individuale transfera o sarcina de contact catre suprafetele de sticla. Aceasta este o problema clasica de mecanica de contact, in care distributia tensiunii este foarte localizata si depinde atat de magnitudinea fortei aplicate, cat si de geometria interfetei de contact. Forta exercitata asupra fiecarui stalp este direct proportionala cu distanta dintre ei. Pentru o grila uniforma, o distanta mai mare intre elemente duce la scaderea numarului acestora, astfel incat fiecare trebuie sa suporte o sarcina atmosferica mai mare. La o presiune atmosferica de 0,1 MPa, daca distanta dintre stalpi este x, atunci forta exercitata asupra unui stalp, intr-o grila patrata, este F = 0,1 × x2. Practic, cresterea distantei de la 20 mm la 40 mm mareste forta de contact pe un stalp de la 40 N la 160 N. De asemenea, tensiunea din sticla pentru fiecare pozitie nu este doar o functie a acestei forte, ci este si foarte sensibila la suprafata de contact si forma acesteia. Prin urmare, geometria si dimensiunea distantierilor constituie parametri critici de proiectare in determinarea durabilitatii mecanice a unei unitati VIG.