VENSTERS, BOUW- FYSISCH BEKEKEN (1)

Transcriptie

1 VENSERS, OUW- FYSISH EKEKEN (1) ONWIKKELINGEN EN RENDS Peter Wouters, ir., afdelingshoofd ouwfysika & binnenklimaat, W Serge Martin, ir., onderzoeker, afdeling ouwfysika & binnenklimaat, W Luk Vandaele, ir., projektleider, afdeling ouwfysika & binnenklimaat, W Sinds de XV de eeuw wordt glas gebruikt als transparante afscheiding tussen binnen en buiten. Naast het visueel kontakt vervult het venster nog tal van funkties, die soms tegenstrijdige eisen stellen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat zowel het raamsysteem als het basisprodukt glas voortdurend in ontwikkeling zijn. Gespreid over dit en een volgend nummer van het tijdschrift wordt een overzicht gegeven van de stand van de technologie en de toepassingen van vensters in gebouwen, met hierbij vooral de nadruk op de ontwikkelingen in beglazingen. 1 EGENSRIJDIGE EISEN Gebouwen waarin mensen verblijven, zijn voorzien van ramen om het visueel kontakt tussen binnen en buiten mogelijk te maken en om daglicht binnen te brengen. Vensterglas is door zijn transparantie het materiaal bij uitstek om deze funkties te vervullen en tegelijkertijd bescherming te bieden tegen regen en wind. Daarnaast worden van het materiaal en zijn toepassing in vensters ook andere funkties verwacht, die het niet zo maar kan vervullen : strukturele sterkte om windbelasting, sneeuw en termische spanningen op te vangen, luchten waterdichtheid, termische en akoestische isolatie, veiligheid, visueel komfort, kondensatiewering, bescherming tegen oververhitting, bescherming tegen inkijk, ventilatie, mogelijkheid tot verduistering s nachts,... uiten zijn rol als architekturaal element en als uitdrukking van prestige van het gebouw is het venster tenslotte een belangrijk element op het vlak van energie en komfort. Sommige van deze aspekten zijn echter tegenstrijdig : het opvangen van daglicht vraagt hooggelegen, niet-verblindende lichtopeningen in helder glas, met een goed gekozen oriëntatie; uitkijk naar buiten vereist eerder panoramische vensters op ooghoogte. Om gratis zonnewarmte in het stookseizoen te rekupereren, zijn grote glasoppervlakken op het zuiden nodig; om warmteverlies s nachts te matigen, wordt het raamoppervlak best beperkt en moet de isolatiewaarde verbeterd worden. Indien men oververhitting in de zomer wil vermijden, moet ook aan zonwering gedacht worden. Het is dan ook logisch dat nieuwe ontwikkelingen in de glas- en raamtechnologie gericht zijn op het verzoenen van deze tegenstrijdige eisen. Ofwel gebeurt dit door toevoegingen (coatings, rolluik, zonwering,...) of kombinaties van glaslagen, ofwel zoekt men heil in kompleet nieuwe materialen. Enkele van deze ontwikkelingen worden hier belicht. Onderzoeks- en ontwikkelingsaktiviteiten hebben gedurende het laatste decennium belangrijke evoluties teweeggebracht rond diverse aspekten van ramen en glas, met name : verbetering van de energetische prestaties in wintervoorwaarden (zie 4, p. 12) kontrole van de zonnewinsten; dit aspekt krijgt meer en meer aandacht enerzijds als gevolg van toenemende klachten i.v.m. oververhitting in de zomer, anderzijds als strategie om aktieve koeling te vermijden (zie deel 2 in volgend nummer) optimalisering van de natuurlijke verlichting : vooral bij kantoren is het belangrijk het daglicht te benutten om het gebruik van kunstverlichting te beperken; voorts is een kontrole van de lichttoetreding nodig om verblinding en reflekties op beeldschermen te mijden (zie deel 2 in volgend nummer) geïntegreerde gevels : de kombinatie van funkties in gordijngevels komt de laatste jaren meer en meer voor (zie deel 2 in volgend nummer). We willen de lezer erop wijzen dat vele van de besproken nieuwe technieken nog niet commercieel toegepast worden. och is de kans groot dat de komende jaren zich belangrijke evoluties voordoen op het vlak van beglazing en raamsystemen in woningen en kantoren. 10 WINER 1995

2 O N D E R Z O E K 2 ERMINOLOGIE Naast de isolerende eigenschappen van glas zijn de zon- en lichttoetredingskarakteristieken van het materiaal essentieel voor de bouwfysische evaluatie van vensters. Hier volgt een korte toelichting van deze karakteristieken. De centrale k-waarde geldt enkel voor het centrale deel van de beglazing. Aan de randen moet ook rekening gehouden worden met het koudebrug-effekt van de afstandhouder (lineaire k-waarde). De norm NN geeft een rekenmetode voor de globale k-waarde. 2.1 k-waarde De warmte-isolatie wordt uitgedrukt door de warmtedoorgangskoëfficiënt k (W/m 2 K) volgens de normen NN en NN In het kader van de Europese normalisatie wordt het symbool U (W/m 2 K) gebruikt. De centrale k-waarde van enkel glas wordt berekend aan de hand van volgende formule : 1 k = R i + d glas + R e λ glas (W/m 2 K) met : R i en R e : warmteovergangsweerstand aan de binnen-, respektievelijk buitenzijde; volgens de norm NN is R i = 0,125 m 2 K/W en R e = 0,043 m 2 K/W d glas : dikte van het glas (m) λ glas : termische geleidbaarheid van het glas; volgens de norm NN is λ glas = 1 W/mK. ij meervoudig glas moet ook de warmteweerstand R s van de verschillende spouwen (met lucht of met gas gevuld) meegerekend worden. 2.2 ZA-FAKOR De absolute zontoetredingsfaktor ZA of totale energietransmissie geeft aan, welke fraktie van de invallende zonnestraling (irradiantie) als warmte doorgegeven wordt aan de binnenruimte. Zoals afbeelding 1 aanduidt, omvat deze definitie zowel de fraktie van de doorgelaten direkte stralingsstroom (Φ dir ) als de stralingsstroom die na absorptie van een deel van de inkomende straling door het glasoppervlak naar binnen wordt afgegeven via lange-golfstraling en convectie (Φ add = Φ ri + Φ ci ). De ZA-faktor wordt dus als volgt uitgedrukt : totaal doorgelaten warmtestroomdichtheid totaal invallende zonnestralingsstroomdichtheid of ZA = Φ dir +Φ add Φ zon. Deze faktor is afhankelijk o.a. van de dikte van het glas, van het soort glas, van de hoek van de invallende direkte zonnestraling en van de luchtbeweging langs het glas. De ZA is equivalent met de g-value uit de nieuwe Europese ontwerpnorm pren 410. Opvallende zonnestraling Φ zon UIENGLASVLAK INNENGLASVLAK De relatieve zontoetredingsfaktor ZR wordt gedefinieerd als de verhouding van de ZA van de betrokken beglazing tot de ZA van een enkele beglazing (d.i. 0,85) : ZA ZR = glas = ZA glas. ZA enkel glas 0,85 onvectie Φ ci 2.3 LA-FAKOR Reflektie onvectie en straling Absorptie Straling Φ ri Direkte zontoetreding Φ dir De absolute lichttransmissiefaktor LA is de fraktie van de invallende lichtstralingsdichtheid die doorgelaten wordt door de beglazing, in het zichtbare deel van het zonnespektrum tussen 380 en 780 nm : doorgelaten lichtstralingsdichtheid LA = invallende lichtstralingsdichtheid Afb. 1 Zonnestraling en energiestromen bij dubbel glas. LA = V(λ).D(λ). E(λ).dλ. V(λ). E(λ).dλ 11 WINER 1995

3 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Hierin zijn : E(λ) de spektrale energieverdeling van de zonnestraling V(λ) de spektrale gevoeligheid van het menselijk oog D(λ) de spektrale doorlatendheid van het beglazingssysteem. Zie hiervoor de curven in afbeelding 2. V(λ) E(λ) D(λ) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Golflengte µm Afb. 2 Spektrale energieverdeling van de zonnestraling E(λ), gevoeligheid van het menselijk oog V(λ) en spektrale doorlatendheid D(λ) van blank vensterglas. eist het Vlaamse Gewest trouwens sinds 1992 minstens dubbel glas. Deze eis zal ook gehanteerd worden in de herziene Waalse en de nieuwe russelse reglementeringen. Drievoudig glas is in ons land niet doorgebroken; daarentegen is er de laatste jaren wel een belangrijk marktaandeel voor de zogenaamde verbeterde dubbele beglazing (zie 4.1). In het buitenland (vooral de Skandinavische landen en anada) zijn nu al produkten op de markt met nog betere energetische prestaties. Daarnaast zijn tal van nieuwe ontwikkelingen lopend, waarvan sommige nog in de onderzoeksfase, terwijl andere zich reeds in de fase van prototype en demonstratieprojekten bevinden. De voornaamste ontwikkelingen worden in dit artikel bondig besproken. ij de evaluatie van de bouwfysische prestaties van beglazing komen heel wat aspekten aan bod, met name : termische isolatie zonnewinsten zonnekontrole lichttransmissie akoestiek kondensatie. 2.4 LA/ZA ij zonwerende beglazingen wil men de zonnewarmte zoveel mogelijk buiten houden (lage ZA-waarde) maar toch een goed visueel kontakt met de buitenomgeving en voldoende daglicht behouden (hoge LA-waarde). De verhouding LA/ZA maakt een eenvoudige vergelijking mogelijk. Een waarde LA/ZA > 1 betekent dat de lichttoetreding minder afneemt dan de totale zontoetreding. 3 VAN ENKEL GLAS NAAR DUEL GLAS ot in het begin van de jaren 70 was het gebruik van enkel glas in kantoren en zeker in woningen de referentie. De warmtedoorgangskoëfficiënt van enkel glas is slecht. Dubbel glas werd sporadisch toegepast omwille van het hoger termisch komfort en de kleinere kans op kondensatie. Vooral na de oliekrisissen in de jaren 70 is het gebruik van dubbel glas sterk toegenomen. Momenteel worden in normaal verwarmde ruimten nog zelden ramen met enkel glas toegepast. Voor nieuwbouw, en ook bij vernieuwbouw waarvoor een bouwvergunning nodig is, 4 GLAS ME GOEDE ENERGEISHE PRESAIES S WINERS 4.1 GASVULLING EN LAGE-E OAINGS De termische isolatie van een venster met enkel glas wordt slechts in zeer beperkte mate bepaald door de termische weerstand van de glaslaag. De invloed van de glasdikte op de k-waarde is verwaarloosbaar. Het verbeteren van de k- waarde vereist dus een andere benadering. Het toevoegen van een gesloten luchtlaag is een eerste mogelijkheid : door twee glasplaten op een zekere afstand van elkaar te plaatsen en droge lucht aan te brengen in de aldus opgebouwde spouw blijkt de termische-isolatiewaarde sterk te verbeteren. Het effekt van een dergelijke ingreep kan worden bepaald met behulp van de metode beschreven in norm NN De warmteoverdracht in de luchtspouw gebeurt door geleiding, straling en, bij bredere lucht- 12 WINER 1995

4 O N D E R Z O E K 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % spouwen, ook door convectie. In afbeelding 3 wordt het relatief aandeel van (geleiding + convectie) en straling evenals de k-waarde aangegeven, voor een spouw met een breedte van 4 tot 30 mm. Men stelt vast dat de k- waarde niet verbetert eens de spouw breder wordt dan 15 mm, omwille van de convectieve luchtbewegingen in de spouw. Relatief aandeel van geleiding en convectie k-waarde Relatief aandeel van straling k [W/m 2 K] Spouwbreedte [mm] Afb. 3 Relatief aandeel van geleiding/convectie en straling, en k-waarde afhankelijk van de spouwbreedte. 3,5 Met dubbel glas en een spouw met droge lucht is een k-waarde van minder dan 2,6 W/m 2 K niet mogelijk. Met een 2 de, 3 de,... luchtspouw kan men wel lagere k-waarden bekomen. Afbeelding 4 toont de impact van het aantal luchtspouwen en de spouwbreedte op de k- waarde. Met viervoudig glas en een luchtspouw van 10 mm kan men komen tot een k-waarde van ongeveer 1,3 W/m 2 K. De totale dikte bedraagt evenwel 46 mm, het gewicht per m 2 ongeveer 40 kg. De warmteoverdracht in de spouw is het gevolg van straling en (geleiding + convectie). Door gebruik te maken van oppervlakken met een lage emissiefaktor in het infrarode gebied en door de spouw te vullen met gassen die beter isoleren dan lucht, kan men de warmteoverdracht in de spouw sterk verminderen : door op floatglas een uiterst dunne, doorzichtige metaalcoating (lage-e coating) aan te brengen, is de glasindustrie erin geslaagd glas met warmte-reflekterende eigenschappen te bekomen, vergelijkbaar met of beter dan een goed reflekterende aluminiumfolie; bovendien wordt een hoge transparantie behouden. Zulke lage-e coatings bestaan ofwel uit een meerlagig, gesputterd edel metaal (meestal zilver), ofwel uit een pyrolitisch neergeslagen film van een halfgeleider (b.v. SnO 2 :F) door de droge-luchtlaag te vervangen door beter isolerende en meer viskeuze gassen 3 2,5 2 1,5 als argon (λ = 0,017 W/mK) en krypton (λ = 0,009 W/mK bij 10 ) nemen de geleiding en de convectie eveneens drastisch af. Krypton geeft veel betere prestaties dan argon maar is extreem duur en bovendien slechts op beperkte schaal beschikbaar. In afbeelding 4 wordt de centrale k-waarde van dubbele beglazingen met lage-e coating en spouwvulling met lucht, argon en krypton gegeven afhankelijk van de spouwbreedte. k [W/m 2 K] 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Spouwbreedte [mm] Afb. 4 Invloed van de spouwvulling op de k-waarde van dubbel glas. In de praktijk stelt men vast dat dubbel glas met een lage-e coating en argonvulling een centrale k-waarde van 1,3 W/m 2 K oplevert voor een spouw met een breedte van 15 mm. Dit is meer dan een halvering ten opzichte van de k- waarde van gewoon dubbel glas. Dit verbeterd dubbel glas is tegen zeer konkurrerende prijzen beschikbaar op de elgische markt en verdringt stilaan het gewoon dubbel glas voor toepassingen in woningen, kantoren en scholen. Wil men nog lagere k-waarden dan 1,3 W/m 2 K bekomen, zonder gebruik te maken van krypton, dan kan dit slechts door verschillende spouwen in serie te plaatsen zoals bij drievoudig glas. Een belangrijk nadeel is de dikte- en gewichtstoename. Dit probleem kan ten dele ondervangen worden door dunne kunststoffolies als tussenlagen toe te passen. Een interessante ontwikkeling is het gebruik van infrarood-transparante films. Reeds in het begin van de jaren 80 bewees John Wright, van the National Research ouncil in anada, dat de termische isolatie in dit geval beter is dan bij gebruik van IR-ondoorschijnende film of beglazing (eveneens ondoorlatend voor IRstraling). Omwille van visuele eisen dienen dergelijke films perfekt opgespannen te wor- Luchtvulling Luchtvulling + lage-e coating Argonvulling + lage-e coating Kryptonvulling + lage-e coating 13 WINER 1995

5 Afb. 5 Voorbeeld van een dubbele beglazing met IRtransparante film. 4.2 den (door termische krimptechnieken b.v.) en mogen ze niet vervormen. Deze films zijn zeer duurzaam en hebben uitstekende eigenschappen qua energie en lichttransmissie. Een voorbeeld van dergelijke beglazing vindt men in afbeelding 5. Deze produkten zijn reeds commercieel beschikbaar o.a. in anada. VAUÜMEGLAZING ASISKONEP Opgespannen film Metalen afstandhouder Strukturele afstandhouder van schuim ermohardende kit Zoals reeds besproken in 4.1 vindt de warmteoverdracht in een spouw plaats door (geleiding + convectie) en straling. Door een vacuüm tussen de twee glaslagen tot stand te brengen, worden de geleiding en de convectie volledig uitgeschakeld. Dit idee is niet nieuw en werd voor de eerste keer voorgesteld door Zoller in 1913, die er een oktrooi voor verkreeg. In dit oktrooi werd reeds gewezen op de noodzaak van afstandhouders tussen de glasplaten. Men mag immers niet vergeten dat het vacuüm (< 0,1 Pa) een druk van 1 atmosfeer of ± 10 ton/m 2 op beide glasplaten veroorzaakt. Het is duidelijk dat de glasplaten onder een dergelijke druk tegen elkaar geduwd worden, tenzij er gepaste afstandhouders aanwezig zijn. Hierdoor ontstaat uiteraard opnieuw een zeker geleidingsverlies. Een efficiënte vacuümbeglazing moet volgende karakteristieken bezitten : een zeer goed vacuüm tussen de glasplaten, dat voldoende lang stand houdt minstens één oppervlak met een lage emissie in het infrarode gebied om de stralingsverliezen te beperken kleine maar voldoende stevige afstandhouders met een zo hoog mogelijke termische weerstand een randdetaillering met een zeer goede termische isolatie, die de spanningen t.g.v. druk- en temperatuurverschillen over de glasplaten kan opvangen. Slechts sinds enkele jaren wordt op praktisch vlak vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van vacuümbeglazing. Het eerste wetenschappelijk rapport over een gerealiseerd prototype met een termisch isolerend vacuüm dateert van Dit produkt werd ontwikkeld aan de universiteit van Sydney in Australië SAND VAN ZAKEN Afbeelding 6 geeft een schematisch beeld van een vacuümbeglazing, zoals ze momenteel aan de universiteit van Sydney wordt geproduceerd. Grootten tot 1 m 2 kunnen tot nog toe gemaakt worden. Warmteoverdracht door straling Volgens de literatuur blijkt tot heden enkel gecoat glas met pyrolitisch neergeslagen, gedopeerd tinoxyde te weerstaan aan de vrij hoge temperaturen bij de fabrikage van vacuümbeglazing. Deze coating heeft een hemisferische emissiekoëfficiënt van 0,24. De equivalente warmteoverdrachtskoëfficiënt voor straling tussen beide glasplaten wordt dan 0,63 W/m 2 K. abel 1 Energetische prestaties van verschillende beglazingssystemen. SAMENSELLING ENRALE ZA LA YPE EGLAZING (mm) k-waarde ( ) ( ) (W/m 2 K) Enkel blank glas 4 5,80 0,85 0,90 6 5,73 0,83 0,88 Dubbel blank glas, luchtspouw ,88 0,76 0,81 Dubbel blank glas, lage-e coating, luchtspouw ,75 0,60 0,74 Dubbel blank glas, lage-e coating, argon ,32 0,61 0,74 Drievoudig blank glas, luchtspouw ,29 0,67 0,73 14 WINER 1995

6 O N D E R Z O E K Glasplaten Soldeerkit van de glasranden Afstandhouders 4.3 RANSPARANE ISOLAIEMAERIALEN Een andere mogelijkheid om de warmte-isolatie van beglazingen te verbeteren, is het gebruik van transparante isolatiematerialen (IM). Dit omvat een ganse reeks van materialen; een schematisch overzicht wordt gegeven in afbeelding 7. Afb. 6 Schema van een vacuümbeglazing. Soldeerkit Gesmolten uiteinde van de aansluiting voor vacuümpomp Warmteoverdracht door steunpunten Er is blijkbaar reeds veel onderzoek verricht naar de aard en de vorm van steunpunten. ot heden blijken slechts enkele materialen geschikt te zijn. Meestal hebben ze een diameter van 0,25 mm, een dikte van 0,15 mm en worden ze geplaatst met een tussenafstand van 25 mm. Ze zijn quasi niet zichtbaar. De equivalente warmteoverdrachtskoëfficiënt tussen de twee glasplaten t.g.v. de steunpunten bedraagt 0,42 W/m 2 K. entrale k-waarde De totale warmteoverdrachtskoëfficiënt in het centrum van de beglazing wordt bekomen door de equivalente warmteoverdrachtskoëfficiënten voor de straling en voor de steunpunten op te tellen. Voor de coating met ε = 0,24 wordt dit : 0,63 + 0,42 = 1,05 W/m 2 K. Gekombineerd met de warmteoverdracht naar de lucht aan weerszijden van de beglazing bedraagt de centrale k-waarde 0,90 W/m 2 K voor een totale glasdikte van slechts 8 mm. Randen van de beglazing Uiteraard moeten de randen van een vacuümbeglazing een aangepaste oplossing krijgen. Indien deze gewoon aan elkaar verbonden worden zonder een effektieve termische onderbreking, dan zal de globale k-waarde sterk toenemen. ovendien zullen kondensatieproblemen bij de rand optreden. Voor zover wij weten, bestaan er nog geen bevredigende oplossingen, hoewel in de literatuur suggesties worden gegeven. Zon- en lichttransmissie De zontoetredings- en lichttransmissiefaktoren van een vacuümbeglazing zijn zeer goed, in vergelijking met andere beglazingen met een analoge k-waarde. Sommige materialen, b.v. aërogels, kunnen gebruikt worden ter vervanging van de luchtlaag in dubbel glas, waarbij de doorzichtigheid min of meer vergelijkbaar is met deze van een klassieke dubbele beglazing. Andere materialen zijn enkel doorschijnend en derhalve slechts te gebruiken in toepassingen waarbij voldoende zonnewinsten en daglichttoetreding belangrijk zijn. In dit artikel worden twee materiaalgroepen in detail besproken : de zogenaamde aërogels en de capillaire strukturen. A. GEL. APILLAIRE SRUKUUR AËROGELS/XEROGELS Silica-aërogel is een transparant materiaal met open poriën en met zeer interessante termische en optische eigenschappen : dankzij de open-poriënstruktuur en de zeer kleine afmetingen van de poriën (10-20 nm) is het mogelijk reeds bij een zeer matig vacuüm (luchtdruk kleiner dan 0,1 atm) vacuümachtige eigenschappen te bekomen. Er treedt dan nog enkel warmteoverdracht op via geleiding door de gel en straling. Aangezien het materiaal voor 95 % Afb. 7 ransparante isolatiematerialen. 15 WINER 1995

7 uit holten bestaat, is de warmtegeleiding erg klein. Een typische densiteit is 150 kg/m 3. De bekomen λ-waarden zijn de volgende : luchtvulling : λ = 0,015-0,017 W/mK vacuümtoestand : λ = 0,008-0,011 W/mK (ter vergelijking : klassieke isolatiematerialen hebben λ-waarden variërend tussen 0,023 en 0,050 W/mK) omwille van de zeer kleine poriëndiameter (slechts 1/40 van de golflengte van licht) is het materiaal doorzichtig en doorschijnend. Voor verschillende soorten materialen vindt men bij laagdikten van 7 tot 12 mm LAwaarden van de orde van 0,84 tot 0,87. De energetische transmissie (ZA) is vergelijkbaar. ij plaatsing van een aërogel met een dikte van 12 mm tussen twee glasplaten bekomt men een centrale k-waarde van ongeveer 1,1 W/m 2 K (luchtvulling) tot 0,75 W/m 2 K (vacuümtoestand). De produktie van aërogel is tamelijk complex en wordt bekomen door een superkritische droging. Dit gebeurt in een autoclaaf onder hoge temperatuur (280 ) en druk (90 bar). Het is een tijds- en energieintensief proces. Gezien de aanwezigheid van alkoholdampen bestaat er bovendien enig explosiegevaar bij de produktie. Om deze problemen te beperken, zijn twee varianten recent ontwikkeld, namelijk : xerogel : door toevoeging van bepaalde monomeren is het mogelijk de droging te laten gebeuren bij temperaturen beneden 100 en bij atmosferische luchtdruk carbogel : hierbij wordt alkohol vervangen door O 2 om het proces bij lagere temperaturen uit te voeren met een veel geringer explosiegevaar bij de produktie. Aërogelprodukten zijn momenteel slechts beschikbaar in kleine hoeveelheden. Ze worden vooral toegepast in demonstratieprojekten APILLAIR IM Een andere vorm van transparante isolatiematerialen zijn de capillaire strukturen, zoals voorgesteld in afbeelding 7 (p. 15). De struktuur van deze materialen is zodanig opgevat, dat de lucht erin gekompartimenteerd wordt, zodat convectie onderdrukt is. De stralingsuitwisseling wordt beperkt door de hoge absorptiewaarde voor langgolvige warmtestraling van het materiaal, en de geleiding is beperkt door het materiaal zelf, zijn struktuur en dikte. In tegenstelling tot de hoge absorptie voor IR-straling zijn deze strukturen zeer transparant voor zonnestraling, ten gevolge van de hoge transmissie-eigenschappen van de materialen en de geometrie. In de capillaire struktuur, zoals getoond in afbeelding 7 (p. 15), wordt de zonnestraling hoofdzakelijk naar binnen gestuurd. De diameter van de capillairen gaat van 1 tot 4 mm. Het materiaal is meestal polykarbonaat of polymethylmethacrylaat in typische dikten van 0,04 mm. IM-strukturen kunnen in vensters toegepast worden, op die plaatsen waar het visueel kontakt niet primordiaal is maar wel daglichttoetreding, bij voorbeeld in de onderste of bovenste delen van vensters, in daken,... Ze worden ook gebruikt voor het afdekken van zonnecollectoren alsook in rombe-muren e.d. In dit laatste geval (zie afbeelding 8) wordt een laag IM van b.v. 100 mm vóór een zwartgemaakte betonnen of bakstenen wand geplaatst, en afgedekt met een glasplaat. De termische inertie van de wand zorgt voor een uitvlakking van de temperatuurschommelingen en een faseverschuiving van de warmteaanvoer naar de binnenruimte. Om oververhitting te vermijden, is een beweegbare zonwering vóór de IM-laag aangewezen. Afb. 8 Principe van een capillaire transparante isolatie vóór een wand. INNEN Luchtspouw Luchtspouw Profiel Glas ransparante isolatie Wand 4.4 ERMISH GEÏSOLEERDE AFSANDHOUDERS De k-waarden, waarvan tot nog toe sprake is, slaan enkel op het centrale deel van de beglazing en niet op de randzones. Aan de randen van dubbel, driedubbel,... glas zijn immers afstandhouders nodig. Een typisch voorbeeld van een afstandhouder wordt getoond in afbeel- UIEN 16 WINER 1995

8 O N D E R Z O E K A. GEWONE DUELE DIHING ding 9A. Door het koudebrug-effekt van de afstandhouder zal de totale k-waarde van het raam dus oplopen. Volgens de norm NN vindt men voor een doorsneevenster, voorzien van verbeterd dubbel glas met een centrale k-waarde van 1,3 W/m 2 K en een houten schrijnwerk met een k-waarde van 1,8 W/m 2 K, een gemiddelde k- waarde van 1,7 W/m 2 K bij gebruik van klassieke metalen afstandhouders en 1,45 W/m 2 K indien de afstandhouder een warmte-isolatiewaarde heeft die evenwaardig is met de warmte-isolatie van de spouw (afbeelding 9). Het vervangen van de klassieke afstandhouder door een termisch beter isolerende oplossing is vanuit energetisch oogpunt dus zeker interessant. Naast het energetisch aspekt zijn er echter ook andere problemen : de afstandhouder moet een perfekte afdichting garanderen gedurende lange tijd, hij moet de spanningen kunnen opvangen ten gevolge van temperatuurverschillen over de verschillende glaspanelen, veranderingen in de atmosferische luchtdruk,... Diverse alternatieven worden momenteel onderzocht. Een voorbeeld van een mogelijk alternatief wordt getoond in afbeelding 6 (p. 15). 4.5 GLOALE ENERGIEPRESAIE- INDEX De centrale k-waarde van het glas is een belangrijke parameter bij de evaluatie van de globale energetische prestaties van vensters. Een meer geïntegreerde prestatiebenadering is nochtans nodig. Immers, zoals wordt geïllustreerd in afbeelding 10, is de energetische balans van een venster afhankelijk van volgende parameters : energieverliezen doorheen het venster, bepaald door de centrale k-waarde van de beglazing, de lineaire k-waarde van de rand van de beglazing, de k-waarde van het schrijnwerk en de relatieve afmetingen van glas en schrijnwerk zonnewinsten doorheen het venster, bepaald door de ZA-waarde van de beglazing en het glaspercentage van de vensters ventilatieverliezen doorheen de ramen, bepaald door de luchtdichtheid van het schrijnwerk en de aansluitingen. Afb. 10 Energetische balans van een venster. Zonnewinsten doorheen het venster k centraal. OMGEKEERDE DUELE DIHING Polyisobutyleen Metalen afstandhouder ermohardende kit k rand k schrijnwerk Energieverliezen doorheen het venster Ventilatieverliezen Afb. 9 Afstandhouders met dubbele dichting. Afstandhouder van schuim, gevuld met uitdrogend middel Strukturele lijm Warmgesmolten butylkit Elke metode om tot een globale energieprestatie-index te komen, heeft zijn voordelen en zijn beperkingen. Glasfabrikanten geven vaak cijfers van gespaarde energie (in liters stookolie of m 3 gas per jaar en per m 2 glas b.v.) t.o.v. een enkele beglazing voor het stookseizoen, rekening houdend met warmteverliezen en zonnewinsten. De rekenhypotesen zijn uiteraard erg bepalend voor het resultaat en het blijkt moeilijk produkten op een onafhankelijke manier te vergelijken. 17 WINER 1995

9 De equivalente k-waarde, zoals gebruikt in Duitsland, geeft eveneens een bepaald gewicht aan de zonnewinsten doorheen de beglazing. Dit is een aanzet tot een geïntegreerde benadering, zij het beperkt tot het centrale gedeelte van de beglazing. In anada en de Verenigde Staten is een geïntegreerde benadering sinds enkele jaren van kracht met de expliciete steun van de overheid. In anada wordt volgende energie-klassifikatie (ER : energy rating) gebruikt : ER = 72,2 ZA t - 21,9 k t - 0,54 (L 75 /A t ) (W/m 2 ) met : ZA t = ZA-waarde voor gans het venster (-) k t = gemiddelde k-waarde voor gans het venster (W/m 2 K) L 75 = luchtdoorlatendheid door het venster bij een drukverschil van 75 Pa (m 3 /h) A t = totale oppervlakte van het venster (m 2 ). Deze formule gaat uit van gemiddelde klimaatvoorwaarden over het stookseizoen, voor zonnestraling (gemiddeld over de verschillende oriëntaties), buitentemperatuur en drukverschil tussen binnen en buiten. De formule is dan ook enkel geldig in anada en bij vergelijkbare klimaatvoorwaarden. Enige omzichtigheid is dus geboden. ovendien geeft de ER enkel een beoordeling van de prestaties tijdens het stookseizoen en niet van de bescherming tegen oververhitting in de zomer b.v. Een goede ER-waarde betekent een venster met een laag energieverlies, lage infiltratieverliezen en hoge zonnewinsten. In tabel 2 worden de gemiddelde k-waarden en ER-waarden gegeven voor verschillende kombinaties van glas, afstandhouders en raamprofielen. Onder invloed van de ER-klassering van vensters is in anada een sterke ontwikkeling vastgesteld in geïsoleerde afstandhouders. evens heeft de ER-klassering een grote impact gehad op het gebruik van lage-e coatings : de zachte lage-e coatings (sputteringsprocédé, laagste k- waarde) komen nog zelden voor, vermits de harde lage-e coatings (pyrolyse, minder goede k-waarde) een betere zonnetransmissie hebben en daardoor een betere ER-waarde. De ERklassering heeft eveneens een invloed gehad op de ontwikkeling van de raamprofielen. abel 2 Gemiddelde k-waarden en ER-waarden voor verschillende glaskombinaties, beschikbaar op de anadese markt. OMSHRIJVING VAN HE VENSER ER-WAARDE (W/m 2 ) k-waarde eglazing Raamprofiel Afstandhouder (W/m 2 K) Opengaand Vast raam deel Enkel glas aluminium aluminium 6, Dubbel glas aluminium aluminium 3, Dubbel glas hout/pv aluminium 2, Dubbel glas, lage-e coating hout/pv aluminium 2, Dubbel glas, lage-e coating, argon hout/pv aluminium 2, Dubbel glas, lage-e coating, argon hout/pv isolerend 1, Drievoudig glas hout/pv isolerend 1, Drievoudig glas, twee lage-e coatings, argon hout/pv isolerend 1, Viervoudig glas, twee lage-e coatings, argon hout/pv isolerend 1, In een volgend nummer van W-ijdschrift wordt verder ingegaan op nieuwe ontwikkelingen in vensters en beglazingen, wat betreft : de invloed van het schrijnwerk het beheersen van zonnewinsten : selektieve coatings, zonwering, beglazing met veranderlijke eigenschappen qua licht- en zontoetreding toepassingen voor daglicht bestanddelen voor gordijngevels met meervoudige funkties akoestische aspekten. 18 WINER 1995

10 O N D E R Z O E K LIERAUURLIJS 1 elgisch Instituut voor Normalisatie NN erekening van de warmtedoorgangscoëfficiënten van wanden van gebouwen. russel, IN, elgisch Instituut voor Normalisatie NN erekening van de warmtedoorgangscoëfficiënt van beglazing. russel, IN, arpenter S. New technology, new standards : changing the design of anadian windows. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Glover M. Second-generation super windows and total solar home-powered heating. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Hemmilä K. Simulation as a design tool for designing advanced windows. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Henry R.P. anada s Energy Rating systems for windows and doors now implemented in a national energy code for houses. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Hutchins M.G. he optical and thermal performance of advanced glazing materials. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Nederlands Normalisatie-instituut NEN 1068 hermische isolatie van gebouwen. Rekenmethoden. Delft, NNI, september Nederlands Normalisatie-instituut NEN 5128 Energieprestatie van woningen en woongebouwen. epalingsmethode. Delft, NNI, september Platzer W. ransparent insulation technology for buildings - a review. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Simko.M. et. al. An overview of the technology of vacuum glazing. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Stichting ouwresearch Zonwering bij gebouwen. Alphen-aanden-Rijn/russel, Samson Uitgeverij, Stichting ouwresearch, rapport nr. 42, Svendsen S. Spacers for highly insulating windows. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Svendsen S. et. al. Aerogel windows. Material evaluation within IEA ask 18. oronto, onference Proceedings Window Innovations 95, 5-6 juni Uyttenbroeck J. & Wouters P. Een nieuwe genormaliseerde metode ter bepaling van de k-waarde van vensters. russel, W-ijdschrift, nr. 3-4, Van Dijk H.A.L. Passieve benutting van zonne-energie : ontwikkeling en toepassingen. Delft, NO- ouw, Van Dijk H.A.L. Warmteoverdracht en zontoetreding van raamsystemen. Delft, NO-ouw, WINER 1995