Исследование груза

Дата: 2 сентября 2022 г.

В данной статье представлено исследование по разработке уплотнителя кромок для стеклопакетов, заполненных жидкостью. Такие новые фасадные элементы позволяют создавать многофункциональные ограждающие конструкции и повышать энергоэффективность зданий. Уплотнение приклеенного края остекления, наполненного жидкостью, подвергается сильным нагрузкам из-за гидростатического давления, которое действует в дополнение к типичным нагрузкам на фасады. Постоянное воздействие жидкости может также вызвать серьезные последствия старения. Поэтому краевое уплотнение спроектировано таким образом, что химическая и физическая нагрузка распределяется на две функциональные зоны. Первая функциональная зона служит защитным уплотнением и отделяет жидкость от второй, несущей функциональную зону. Клеи для обеих функциональных зон были выбраны с помощью обширной программы испытаний.

После выбора материалов новые фасадные элементы проходят крупномасштабные испытания компонентов. Макеты построены в масштабе 1:2 по сравнению с оригинальными размерами предполагаемых элементов фасада. Поскольку исследование сосредоточено на характеристиках клеевой кромки, детали кромки реализованы в исходном размере, а размер стекла меньше. Толщина стекла изменена для достижения поворотов в краевой зоне, соответствующих элементам фасада в исходном размере. Испытания проводятся на испытательном стенде для навесных стен, который позволяет одновременно нагружать элемент циклическим давлением ветра и постоянным давлением воды. Клеевое соединение воспринимает все нагрузки, кроме собственного веса стекол. Результаты испытаний сравниваются с численными расчетами и делается оценка несущей способности.

Вряд ли какой-либо другой аспект здания лучше всего отражает современную архитектуру, чем стеклянные фасады. В частности, в представительских и административных зданиях желательна максимальная прозрачность и использование дневного света. Несмотря на оптимизированную конструкцию высокоэффективных многокамерных стеклопакетов (IGU), крупногабаритные стеклопакеты связаны с относительно высокими потерями энергии. Это относится как к поступлению энергии, вызванному солнечной радиацией летом, так и к рассеиванию энергии посредством теплопроводности, теплового излучения и конвекции при низких температурах наружного воздуха зимой. По этой причине постоянно проводятся исследования по оптимизации фасада. Целью является создание многофункциональных ограждающих конструкций для строительства домов со сверхнизким энергопотреблением. В последние годы проводились различные исследовательские проекты по фасадным элементам, наполненным жидкостью. С помощью жидкости можно терморегулировать фасадные элементы.

Идея заполнения полости стекла жидкостью основана на высокой удельной теплоемкости воды, которая примерно в четыре раза превышает удельную теплоемкость воздуха. Это делает воду очень хорошим теплоносителем или охладителем. Это свойство не меняется при добавлении химических добавок, необходимых для предотвращения роста водорослей. Использование смеси воды и этиленгликоля доказало свою эффективность в нескольких исследовательских проектах. Жидкостную смесь можно поддерживать при постоянной температуре, используя лишь небольшое количество энергии. Таким образом, фасадные элементы, заполненные жидкостью, могут способствовать улучшению температуры в помещении. Также возможно добавление в жидкую смесь магнитных частиц, которые реагируют на падающее солнечное излучение и затемняют стекло.

В то же время возрастают эстетические требования к ограждающим конструкциям. Фасады со структурным герметиком (фасады SSG) пользуются большим спросом из-за однородной поверхности. На рисунке 1 показаны два сечения фасадов SSG. Общий принцип основан на несущем клеевом соединении с обратной стороны либо внешнего стекла (ступенчатые стеклопакеты), либо внутреннего стекла (стандартные стеклопакеты). Наилучший эстетический результат достигается, если избегать использования внешних зажимов. В результате получаются большие стеклянные панели с минимумом обрамления.

Однако если полость между стеклами заполнена жидкостью, а не газовоздушной смесью, гидростатическое давление и процессы деградации, вызванные жидкостью, приводят к высоким нагрузкам на кромочный герметик. Таким образом, первые пилотные применения, возникшие в результате недавних исследовательских проектов, до сих пор всегда реализовывались с использованием дополнительных зажимов или креплений. На рис. 2 в качестве примера показан дом из водорослей BIQ, построенный в рамках Международной строительной выставки 2006–2013 гг. в Гамбурге. Первый в мире фасад с фотобиореактором представляет собой такое применение заполненных жидкостью элементов остекления на фасаде. Падающее солнечное излучение используется для производства тепла и биомассы. Элементы фасада высотой в один этаж. Хорошо видна внешняя прижимная рама, скрепляющая стекла, рис. 2 справа.