Projekti / Programi
Pultrudirana ortotropna vez obešenega stavbnega ovoja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.03 |
Tehnika |
Mehanika |
Numerično modeliranje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T230 |
Tehnološke vede |
Visoke gradnje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
obešene fasade, pultruzija, ortotropija, upogibna togost, toplotna prevodnost, konstitutivni modeli, topološko optimiranje, numerične MKE analize
Raziskovalci (11)
Organizacije (1)
Povzetek
Gradnja po sistemu obešenih fasad je v visokih stavbah izredno razširjena (več kot 80%). Ob tem pa je njena pomanjkljivost prevelik toplotni prehod (U). Povprečne vrednosti U pod 1 W/m2K so nedosegljive zaradi omejitve pri arhitekturno dopustnih debelinah in visoke U vrednosti, ki jo ima okenska površina pri takšnih sistemih. Danes je zahteva nacionalnih pravilnikov gradnja z U vrednostjo manjšo od 0,3 W/m2K (PURES).
CBS Inštitut je v sodelovanju s Trimom (lastnik CBS Inštituta) in Fakulteto za strojništvo (Univerza v Ljubljani) razvil nov proizvod Qbiss Air, ki ima U vrednost od 0,12 do 0,25 W/m2K pri relativno majhnih debelinah (140 do 180 mm), kar je za obešene fasade še arhitekturno sprejemljivo.
Qbiss Air, ki ga podjetje Trimo d.d. pravkar implementira v proizvodnjo, je na področju fasad v tehničnem smislu popolna novost. Med zunanjo in notranjo ploščo panela je visokoizolativno jedro (?=0,008 – 0,015 W/mK), ki pa nima togosti. Zato je bilo nujno med plošči dodati vezni element, ki omogoča samonosilnost panela, nudi ustrezno togost pri zunanjih obremenitvah (veter) ter ne omogoča pretiranega prevoda toplote.
Inovativna konstrukcija sedanjega ekstrudiranega veznega elementa omogoča, da Qbiss Air element ustreza vsem standardom glede toplotne in zvočne izolativnosti, mejnih stanj uporabnosti (MSU) in nosilnosti (MSN), vodoodpornosti, tesnosti in trajnosti. Vendar pa ekstrudirani termoplastični vezni element ni optimalna rešitev, kajti:
· termoplastični polimeri gorijo in od njih kapljajo goreče kapljice, ki lahko širijo požar v nižja nadstropja visokih stavb;
· največji upogibni modul, ki nam definira togost in ga lahko dosežemo ob hkratnem ujemanju temperaturnega koeficienta razteznosti, je 7000 MPa. Ker vezni element ključno prispeva k togosti celotnega panela, je poraba materiala zanj pomembno povezana z obliko prereza in modulom elastičnosti;
· najnižja toplotna prevodnost (?) v prečni smeri je 0,28 W/mK. Prevod toplote skozi termoplastični kompozit predstavlja kar 30% toplotnih izgub stavbnega ovoja.
Alternativni tehnološki postopek ekstruziji, s katero je bil izdelan sedanji vezni element, je pultruzija. Ta omogoča uporabo kompleksnih notranjih ojačitev z vlakni, razporejenimi znotraj pultrudiranega izdelka. Polimerna veziva pri pultruziji zelo slabo gorijo in nikoli ne kapljajo v primeru požara. Upogibni moduli so do 25000 MPa, prečne toplotne prevodnosti (?) pa v rangu 0,25 W/mK.
Cilj raziskave je razviti nov vezni element med zunanjo in notranjo ploščo obešenega fasadnega sistema z:
a) ortotropnimi lastnostmi,
b) prilagojeno togostjo v vzdolžni smeri - vsaj 10000 MPa,
c) nizko ? v prečni smeri - 0,25 W/mK,
d) samogasnostjo oziroma nevnetljivostjo.
V stanju tehnike se s problemom omejevanja toplotnih izgub skozi polimerne kompozite, ki se uporabljajo kot prekinitve toplotnih mostov oziroma za ojačitve elementov fasadnih sistemov, še ni nihče ukvarjal. Glede na visok delež toplote, ki se pri našem in podobnih sistemih izgubi skozi polimerne vezi med zunanjo in notranjo stranjo panelov (aluminijasta okna, obešene fasade), predlagamo pričujočo uporabno raziskavo, kjer bi ob izboljšanju lastnosti ter približno enakih stroških izdelave izboljšali toplotno izolacijo visokih stavb.
Taka tehnična rešitev bi Trimo fasadnemu ovoju odprla trg visokih stavb, kjer trenutno poteka proces obnov stavbnih ovojev v smislu izboljšanja toplotne zaščite. Na trgu pa za tak tehnični problem praktično ni ponudbe rešitev. V svetovnem merilu gre za ogromno tržišče, kjer do sedaj z izdelki, razvitimi v Sloveniji, nismo nastopali. Potencialno je takšna raziskava pomembna tako iz ekološkega vidika (zmanjšanje toplotnih izgub) kot iz vidika regionalnega razvoja. Z znanstvenega stališča pa zato, ker bi razvili povsem nov termomehanski reološki model, temelječ na mikro- in makro- odzivu. Ta model bi implementirali v splošno programsko okolje MKE in s tem omogočili uporabo reološkega modela na kom
Pomen za razvoj znanosti
V stanju tehnike se s problemom omejevanja toplotnih izgub skozi polimerne kompozite, ki se uporabljajo kot prekinitve toplotnih mostov oziroma za ojačitve elementov fasadnih sistemov, še ni nihče ukvarjal. Glede na visok delež toplote, ki se pri našem in podobnih sistemih izgubi skozi polimerne vezi med zunanjo in notranjo stranjo panelov (aluminijasta okna, obešene fasade), smo izvedli pričujočo uporabno raziskavo, kjer bi ob izboljšanju lastnosti ter približno enakih stroških izdelave izboljšali toplotno izolacijo visokih stavb. Z znanstvenega stališča bo v okviru raziskave razvit povsem nov termomehanski reološki model, temelječ na mikro- in makro- odzivu. Ta pristop smo implementirali v splošno programsko okolje MKE.
Pomen za razvoj Slovenije
Posredni pomen projekta za družbo je v vzgoji vrhunskega tehničnega raziskovalnega kadra v Sloveniji ter promocija države preko sofinancerja zunaj meja z vrhunskim izdelkom.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
