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.

Solutiile structurale care implica interactiunea mecanica a elementelor portante din lemn si sticla au consemnat o evolutie progresiva in ultimul deceniu. Printre altele, un element hibrid multifunctional de fatada executat din cherestea laminata incrucisata CLT (cunoscut in literatura de specialitate sub denumirea de lemn stratificat) si panouri de sticla, care interactioneaza doar prin mecanisme de contact au fost propuse de experti in cadrul unor proiecte recente, bucurandu-se de un real succes. Demonstrand in acelasi timp performante imbunatatite ale capacitatii portante si de deformare sub sarcini seismice, elementele de fatada reprezinta o componenta a cladirii cu parametri multipli de performanta, in planurile eficientei energetice, durabilitatii, confortului luminos si proprietatilor de termoizolare (acestea din urma fiind evaluate in profunzime, pentru a determina comportamentul specific in conditii uzuale de exploatare). Ulterior, pe baza analizei prototipurilor la scara mica si aplicarii sistemelor de elemente finit (FE), modelele numerice obtinute pot fi dezvoltate si aplicate in lumea reala. 

 

In ultimul deceniu, eforturile expertilor s-au concentrat pe aplicatiile de fatade cortina, unde trebuie acoperite suprafete extinse si indeplinite performante portante/capacitati de deformare net imbunatatite, in special la sarcini extreme de proiectare. In majoritatea cazurilor insa, solutiile explorate si aplicatiile de proiectare implica o legatura continua (adeziva si/sau mecanica) intre un anumit cadru din lemn si panourile de umplere din sticla. O concluzie a studiilor recente este aceea ca din punct de vedere structural sistemele hibride din lemn stratificat incrucisat (CLT) si sticla sunt foarte eficiente si pot fi utilizate la o gama extins de cladiri, exploatand interactiunile specifice de contact dintre sticla si lemn si nu numai. Pe langa necesitatea asigurarii unor performante structurale optime pentru aceste solutii inovatoare, un element de fatada privit ca un intreg ar trebui sa indeplineasca o serie de exigente suplimentare in materie de izolare termica, eficienta energetica, utilitate, fiabilitate etc. De aceea, o atentie deosebita este acordata analizei fatadei executate din elemente plasata sub sarcini termice obisnuite. Testarea performantei energetice si a comportamentului componentelor portante reprezinta, in prezent, o etapa importanta a proceselor de cercetare si proiectare. Structura fatadei cortina constituie un factor-cheie in definirea clasificarii energetice a intregii cladiri din care face parte, precum si in asigurarea confortului termic al ocupantilor. In consecinta, aceste elemente trebuie sa se incadreze in limite foarte stricte de performanta. Sistemele hibride CLT-sticla, evaluate pe parcursul unui proiect care s-a derulat de-a lungul unei perioade de 3 ani, au relevat concluzii interesante. Aplicand, de exemplu, prevederile standardului EN ISO 13788 referitor la metodele de calcul al umiditatii pe suprafetele de interior, unul dintre parametrii de performanta de evaluat este constituit de calitatea termica, exprimata prin factorul de temperatura a suprafatei interna fRsi. Aceasta depinde in mod strict de caracteristicile structurii investigate si poate varia in zonele unde exista punti termice care provoaca fluxuri multidimensionale de caldura. Un alt parametru relevant este reprezentat de rezistenta suprafetelor interne, care este o functie de coeficientii de convectie si radiatie, valoarea sa depinzand de curentii de aer din incapere ce influenteaza distributia temperaturii si proprietatile fizice ale suprafetelor. In consecinta, au fost definite modele numerice complexe pentru o incinta, utile pentru a ilustra mai multe aspecte esentiale, cum ar fi rezistentele termice ale anvelopantelor, in functie de temperatura mediului, distributia aerului si geometria incaperii. Cu toate acestea, expertii recomanda si metodele simplificate sau valorile de intrare incluse in diversele ghiduri disponibile pe piata, pentru valorizarea unor estimari preliminare.

 

Factorul de temperatura fRsi ar trebui sa fie in general aproape de valoarea unitara pentru a indica o izolare optima a cladirii. Niveluri mai mari sau egale 0,75 sunt acceptate in mod uzual insa pentru a evita aparitia mucegaiului si a condensului pe suprafetele cu temperaturi mai mici fata de un anumit prag. Abordarea respectiva este in conformitate cu mai multe recomandari nationale, ce prevad, de pilda minime de 0,52 in Franta, 0,65 in Olanda si 0,7 in Germania. In afara de caracteristicile anvelopantei insa valoarea minima de referinta pentru fRsi este de fapt legata de conditiile climatice si de variatia lor. De aceea, noile sistemele propuse de furnizori pentru cladirii ar trebui sa poata satisface in mod corespunzator un set de cerinte privitoare la performanta termica, ce devin tot mai restrictive pe masura ce conditiile climatice se depreciaza. De exemplu, clasificarea pentru regiunea Croatiei in care exista o clima ploioasa cu moderat cada, cu o temperatura medie lunara in luna cea mai rece a anului de peste -3°C si sub 18°C a impus o valoare specifica pentru fRsi, care a tinut cont de valorile factorilor de mediu din doar cateva zone ale tarii. O asemenea abordare nu este de dorit, fiind preferabila inregistrarea unor masuratori ambientale pe intregul teritoriu, pentru o perioada de trei ani. O atentie deosebita trebuie acordata parametrilor exteriori de interes tehnic, facand posibila astfel o aplicare progresiva a temperaturilor extreme atat iarna, cat si vara. Ulterior, se poate realiza, pe baza acestor informatii, o evaluare a eficientei structurale a elementelor hibride CLT-sticla, pentru realizarea de anvelopante portante.

 

Intr-o faza intermediara, cercetarile se efectueaza la scara redusa, in cadrul unor incinte termice, unde masuratorile sunt utilizate mai intai pentru a valida un model numeric de incredere cu elemente finite (FE). O solutie similara de tip FE este utilizata apoi pentru transferul de la prototip la elementul realizat la scara naturala. Metoda elementelor finite permite estimari foarte precise si asigura respectarea metodelor de calcul indicate in standardele armonizate, rezultatele finale putand fi luate in considerare pentru realizarea estimarilor preliminare si efectuarea de comparatii. In scopul testarii efectului temperaturii asupra sticlei si lemnului, un prototip de referinta de dimensiuni egale cu 330 mm × 530 mm (200 mm × 400 mm panoul vitrat la care se adauga cadrul din lemn laminat) a fost investigat intr-o configuratie de camera termica, cu temperaturi disponibile cuprinse intre -80 °C si +250 °C (nivelurile foarte coborate fiind obtinute cu ajutorul azotului lichid). Modelul a avut un gabarit suficient pentru a permite verificarea acuratetei metodelor numerice si, astfel, extinderea aceleiasi strategii de modelare si a ipotezelor aferente la componente la scara naturala. Panoul de sticla, cu o grosime de 12,76 mm a fost obtinut prin laminarea unor straturi de 6 mm si unei folii de polivinil butiral (PVB) de 0,76 mm. Rama a fost executata din CLT cu clasa de rezistenta C24 (molid), conform standardului EN 338: 2016. Profilele necesare au fost obtinute prin debitarea unei placi CTL in trei straturi, realizate din lamele de 30 mm grosime imbinate invizibil. Pentru lipire s-a folosit un adeziv poliuretanic fara continut formaldehidic. Panoul vitrat a fost pozitionat intr-un falt cu adancime de 25 mm, astfel incat suprafata expusa a elementului vitrat a ajuns la 150 mm × 350 mm. Fixarea celor doua elemente s-a realizat exclusiv mecanic, ulterior cele 4 profile din CTL fiind imbinate prin insurubare. La momentul efectuarii experimentului-pilot, esantionul a fost astfel pozitionata incat sa poata fi expus uniform la temperatura camerei. Dupa 20-25 de minute, acesta a fost majorata la 180 °C si a crescut progresiv pana la aproximativ 230 °C. Performanta termica a componentelor din lemn si sticla a fost astfel complet monitorizata cu ajutorul unei camere termice.

 

In conformitate cu releveul prototipului la scara mica, geometria nominala a fost reprodusa in sistem numeric, cu conditii-limita adecvate pentru asigurarea simetriei. Modelul FE de referinta a constat din elemente cu cate 8 noduri, insumand 13.500 de componente si 55.000 puncte de legatura. In urma etapei de asamblare experimentala, interactiunea numerica reciproca a fost reprodusa prin contacte de suprafata. Pentru interfata CLT-sticla s-a apelat la un comportament mecanic de interactiune directa. In mod similar, elementele CLT ortogonale au fost conectate rigid la sectiunea de interceptare, pentru a se evita rotatiile relative. De asemenea, a fost efectuata si o simulare tranzitorie a transferului de caldura, raportata la istoricului actual de temperatura-timp derivat din masuratorile camerei termice. Ca atare, interactiunile termice specifice au fost definite pentru suprafetele expuse la caldura. Ariile externe din lemn stratificat si sticla au fost supuse in mod direct incarcarii termice, pentru a reproduce cat mai fidel conditiile reale de functionare a unui ansamblu de tamplarie termoizolanta. Pornind de la datele existente in literatura de specialitate, s-au putut defini radiatiile de suprafata, precum si interactiunile inerente dintre cele doua materiale. Coeficientul de convectie pe toate suprafetele aflate sub expundere termica a fost stabilit la 23 W/mpK, iar emisivitatile s-au considerat la pragurile de 0,95, respectiv, 0,8. In ceea ce priveste esenta lemnului din structura laminatului si tipologia sticlei, s-au avut in vedere diferite proprietati termofizice pentru sticla, PVB si molid, proprietatile initiale ale acestor materiale, precum si variatia acestora fiind preluate din lucrari tehnice consacrate. Prezenta lamelelor CLT cu orientare "fibra contra fibra" a fost ignorata in caracterizarea termica a lemnului, care s-a considerat a fi similara cu cea a materialului omogen. De asemenea, avand in vedere faptul ca scopul studiului a fost reprezentat doar de evaluarea performantei termice, variatia reala a proprietatile mecanice in functie de temperatura a fost neglijata, la fel ca si variatiile de densitate si emisivitate. In mod similar, s-a considerat ca orientarea lamelelor care compun sectiunea transversala tipica CLT nu afecteaza predictia termica. Analizele s-a concentrat asadar pe urmarirea evolutiei si distributiei temperaturii in elementele portante, pentru conditiile-limita impuse. Cand a fost posibil, estimarile FE au fost comparate cu evaluarile corespunzatoare obtinute prin testare directa. O prima concluzie este aceea ca se poate stabili o corelatie destul de stransa intre estimarile rezultate in urma testelor in camera termice si previziunile FE aferente. Prezenta elementelor de cadru din lemn stratificat este evidentiata in cadrul diagramelor de contur de temperatura prin prezenta unor valori mai scazute, fata de regiunea centrala a sticlei, expusa unui flux direct de caldura.