1. Thermische analyse van het Eurosteel Frame Als we nu de opbouw van het Eurosteel Frame gaan analyseren kunnen onderstaande eigenschappen opgezocht of nagevraagd worden. Deze zijn bepaald met behulp van de technische gegevens, opgegeven door Gyproc, Eurosteel Frame, Eurocodes en Belgische normen, gegeven uit volgende detailtekening.
Met volgende eigenschappen Materiaal Siliconenharspleister Wapeningslaag EPS Dampscherm OSB ESF (+isolatie rotswol) Gyproc Akoestische lijm Gyproc
Dikte (m) 0,025 0,005 0,10 0,0002 0,012 0,090 0,0125 0,0005 0,0125
λ-waarde (W/mK) 1,2 0,7 0,035 10^5 0,13 50 + 0,035 0,25 10^5 0,25
Dus is de totale dikte van de wand 0,2577 m of 25,8 cm dik. Deze gegevens zijn verkregen door opzoekwerk, technische gegevens en navraag bij producenten.
Omdat de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) van de stalen frame het grootste is zal deze dus de bepalende factor zijn in de constructie. Om dit op te kunnen opvangen maakt Eurosteel Framing al gebruik van een bijkomende isolatie bestaande uit rotswol om tussen de structuur te plaatsen. Op locaties, bijvoorbeeld waar de stalen frames te dicht bij elkaar zijn, waar het niet mogelijk is deze rotswol te plaatsen maakt men gebruik van PUR om in te spuiten tussen de frames. Deze heeft eenzelfde λ-waarde als rotswol. Als we nu deze warmtedoorlatendheid van willen berekenen wordt er een rekenprogramma gebruikt omdat dit manueel ondoenbaar is. De stalen frame is gebogen en zo verbonden dat het de berekeningen veel te ingewikkeld maakt. Er is gebruik gemaakt van het programma COMSOL 4® studenten versie. Dit programma maakt gebruik van de eindige elementen methode om deze dan te simuleren en analyseren. In dit programma wordt de getekende versie van de opbouw van de ESF wand geïmplementeerd en zodoende wordt voor elk materiaal de juiste eigenschappen aangeduid. Het programma vraagt hiervoor de warmtedoorlaatbaarheid of de λ-waarde van elke laag en elk materiaal in de wand.
De basisopbouw is zoals hierboven aangegeven. De stalen structuur is hier zo opgebouwd dat er een gelijke afstand gehanteerd wordt tussen elk profiel. Dit is dan ook de eerste basiscontrole die uitgevoerd werd om de invloed van het staal weer te geven. De stalen frame is in Autocad uitgetekend, dan in een dxf-formaat gezet en vervolgens geïmplementeerd in de software van Comsol. In deze software worden alle opgezochte en verkregen λ-waarden ingegeven voor elk materiaal. Dankzij deze λ-waarden kan er een “mesh” gemaakt worden van driehoeken die de warmteovergang tussen de verschillende materialen kan vormen. Dit kan volgens verschillende dichtheden van driehoekjes, gaande van extremely fine (extreem fijn) tot extremely coarse ( extreem ruw).
In deze figuur ziet men dat de driehoekjes veel kleiner en veel dichter bij elkaar zitten waar de temperatuur nog hoog is. Zo is hieruit af te leiden dat de warmte door de gipskartonplaten en het stalen frame nog zeer hoog zijn. Deze materialen hebben ook allemaal een hogere λ-waarde dan de isolatie. De driehoekjes worden groter naarmate men verder van het staal en de gipskartonplaat af zit. Rond de wapeningslaag en siliconenharspleister is er weer meer warmte dat wordt uitgewisseld, dus is de densiteit daar ook hoger. Als nu de isothermen worden uitgetekend, gaande van 20°C aan de binnenzijde en 0°C aan de buitenzijde, verkrijgt men volgende figuren.
Rond het stalen frame zijn de isothermen verder van elkaar verwijdert, wat duidt op een klein temperatuursverschil. In de isolatie zijn deze zeer kort bij elkaar, wat duidt op het feit dat er een groot temperatuursverschil is. Dit is goed, want men wilt zéker niet dat de koude buitenlucht gemakkelijk tot binnen geraakt. Comsol geeft als resultaat de warmtedoorgang door deze wand in de eenheid W/m. Deze kunnen we omrekenen tot een U-waarde.
Een iets ingewikkeldere samenstelling kan nu ook geanalyseerd worden. Hier zijn de afstanden tussen de profielen verschillend en staan ze soms ook in de andere richting. In comsol geeft dit dan:
De U-waarde bekomen uit deze berekening is: In vergelijking met het geval dat de Eurosteel Frame telkens op dezelfde afstand van elkaar is dit verschil weer klein. Uit deze berekeningen kunnen we opmaken dat als men voldoende iolatie (EPS in dit geval) plaatst heeft het stalen frame slechts een kleine invloed en mogen we er vanuit gaan dat er geen koudebruggen op deze plaatsen gevormd worden. Er moet dus wel een minimum aan isolatie aanwezig zijn. Dit type wand vergeleken met een muur die even dik (25,8cm) is, volgens de klassieke bouwmethode geeft ons volgend resultaat met bijhorende eigenschappen: Materiaal Buitenmetselwerk Isolatie Binnenspouwblad
Dikte (m) 0,090 0,028 0,140
λ-waarde (W/mK) 1,1 0,035 0,56
Hieruit blijkt dus dat eenzelfde dikte van muur onmogelijk dezelfde resultaten behaald als die van Eurosteel Framing. Echter als we volgens de klassieke bouwmethode de normale afmetingen en materialen van de wanden gebruikt krijgt men respectievelijk: Materiaal Buitenmetselwerk Luchtspouw Isolatie (EPS) Binnenspouwblad Gipskartonplaat
Dikte (m) 0,090 0,040 0,100 0,140 0,0125
λ-waarde (W/mK) 1,1 0,222 0,035 0,56 0,25
