VOORWOORD. Tot slot willen we onze familie en vrienden bedanken voor de onafgebroken steun doorheen het jaar

VOORWOORD

Het eerste deel van deze thesis is tot stand gekomen door een intense samenwerking tussen twee medestudenten en dankzij de hulp en inspiratie van verschillende mensen. Doorheen het jaar hebben we ons elk toegelegd op een meer specifiek onderwerp omtrent buitenschrijnwerk, dewelke in deel 2 en 3 van deze scriptie zitten.

Vooreerst willen we algemeen onze promotor prof. J. Moens en begeleider ir. Arch Nathan Van Den Bossche bedanken voor alle aangereikte informatie, deskundige uitleg en kritische vragen. Ook willen we, voor het tweede deel, een aantal bedrijven bedanken voor het verschaffen van informatie en de medewerking aan het onderzoek door het leveren van gratis materiaal: Wulva nv, Btech nv, Renolit, WTCB,…en natuurlijk ook de mensen van het labo geveltechnieken voor de hulp bij het maken van de proefopstelling. Om diezelfde reden willen we, voor het derde deel, volgende bedrijven bedanken: Reynaers, Schüco, Aliplast, Janssens.

Tot slot willen we onze familie en vrienden bedanken voor de onafgebroken steun doorheen het jaar.

TOELATING TOT BRUIKLEEN

"De auteur(s) geeft(geven) de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef."

Gent, 2 juni 2008

SAMENVATTING DEEL 1 In het kader van accreditatie zijn aan het labo Geveltechnieken van de Universiteit Gent in het verleden reeds veel proeven uitgevoerd op buitenschrijnwerk. Hierbij wordt er nagegaan of het schrijnwerk voldoet aan de eisen volgens STS 52, Europese normering, CE-markering en ATG. Deze ramen worden achtereenvolgens getest op hun waterdichtheid, luchtdichtheid en weerstand tegen vervorming. De proefrapporten zijn echter nog nooit ingezet in het kader van onderzoek. In het eerste deel van deze scriptie worden de data uit deze accreditatieproeven, samen met de resultaten die uit de verwerking van deze gegevens volgden, besproken.

Globaal gezien hebben we bij het onderzoek naar onderlinge verbanden tussen verschillende prestaties, enkel bij het vergelijken van waterdichtheid met luchtdichtheid een algemene relatie opgemerkt. Bij geen van de verschillende invloedsparameters is er een eenduidig verband gebleken. De oorzaak hiervan zou kunnen zijn dat al deze factoren elkaar onderling beïnvloeden.

TREFWOORDEN: Luchtdichtheid, Waterdichtheid, Vervorming, Buitenschrijnwerk

SAMENVATTING DEEL 2 De aansluiting tussen schrijnwerk en ruwbouw is één van de meest kritische factoren voor waterinfiltratie bij buitenschrijnwerk. Momenteel worden steeds meer zelfklevende systemen toegepast om deze aansluitingsvoeg waterdicht te maken. Er bestaan echter nog geen Europese normen om deze systemen uniform te beproeven en te beoordelen.

In dit werk worden de zelfklevende producten meer in detail behandeld op vlak van hun opbouw. Daarnaast wordt een overzicht gegeven van de bestaande beproevingsmethodes die bij onderzoeks- en certificeringsinstelling toegepast worden. Omdat er nog geen duidelijkheid is over de compatibiliteit van deze membranen met verschillende ondergronden is hiernaar ,in het kader van deze scriptie, verder experimenteel onderzoek verricht. Enkel tests op productniveau zijn uitgevoerd, waarbij de aanhechting van de zelfklevende membranen op verschillende ondergronden beoordeeld werd. De gevolgde testprocedure is gebaseerd op een ATG gids specifiek voor membranen toegepast in de gevelbouw. De testresultaten van de proeven worden achtereenvolgens besproken per ondergrond en per type membraan, welke nuttig is voor respectievelijk de architect/vakman en de producent.

Uit het literatuur- en experimenteel onderzoek is gebleken dat er moet gestreefd worden naar een uniforme testmethode voor zelfklevende membranen met eenzelfde toepassing. Dit kan de verdere ontwikkeling van deze producten zeker ten goede komen.

TREFWOORDEN: Waterdichtheid, Buitenschrijnwerk, Zelfklevend, Membranen, Veroudering

SAMENVATTING DEEL 3 Het warmtetransport door raamprofielen is een complex gegeven. Ze bestaat uit een convectief -, geleidings- en stralingsgedeelte met elk hun eigen invloedsparameters. Bij aluminium profielen is het inschatten van het gevolg van het wijzigen van die parameters moeilijker in te schatten dan bij houten ramen door hun complexe geometrie en de complexe warmtestromen die daardoor ontstaan. Daarom is vooral op dit type ramen de nadruk gelegd. Er werd m.b.v. een softwarepakket theoretisch onderzoek verricht naar de invloedsparameters en er werd geconcludeerd dat de thermische eigenschappen van raamkaders positief kunnen worden beïnvloed door het wijzigen van deze parameters maar dat dit met grote zorg moet gebeuren, wegens het feit dat ook een negatieve invloed mogelijk is. Zo kan het opdrijven van het aantal holtes in een thermische breuk eerst een positieve invloed hebben, terwijl bij een te grote holtegraad het effect een negatieve invloed begint te krijgen. Ook heeft het plaatsen van een middendichting een positieve invloed op de thermische kwaliteiten maar moet er grote zorg besteed worden aan de positie ervan in het kader zodat het rendement van deze parameter gunstig wordt of blijft. Niet alleen de geometrie van het kader, thermische breuk en dichtingen spelen een rol, ook het materiaalgebruik en afwerking ervan hebben een grote invloed. Zo kan het polijsten of anodiseren van aluminium het aandeel warmtetransport door straling danig positief beïnvloeden. Het afwerken van de holtes van een steeg met materialen met lage emissiefactor hebben een gelijkaardige invloed. Ook kan de keuze van de materialen zelf, door hun geleidingscoëfficiënt, een grote invloed leveren. Vooral het steegmateriaal, waar ongetwijfeld in de toekomst nog verbetering mogelijk is, heeft een niet onbelangrijke invloed op de thermische kwaliteit van het raamkader. Om aan huidige thermische eisen, die opgelegd worden door de overheid, te voldoen, is de aandacht die moet besteed worden aan de parameters geen verloren moeite. Men moet wel zorgen dat men deze filosofie ook doortrek in de bij het raam horende elementen. Zo kan het toepassen van een traditionele afstandshouder alle inspanningen teniet doen. Uit het onderzoek is gebleken dat de toepassing van een thermo-insulated-afstandshouder de beste resultaten biedt op thermisch vlak en dat het risico oppervlaktecondensatie hierdoor fel verminderd wordt. TREFWOORDEN: Thermisch, Buitenschrijnwerk, Afstandshouder.

INHOUDSTAFEL

1. Prestaties van buitenschrijnwerk ................................................................................... 1 1.1. Inleiding ......................................................................................................................... 1 1.2. Normering .................................................................................................................. 4 1.2.1. Luchtdoorlatendheid .......................................................................................... 4 1.2.1.1. Beproevingsmethode.................................................................................. 4 1.2.1.2. Classificatie ................................................................................................ 6 1.2.2. Waterdichtheid ................................................................................................... 9 1.2.2.1. Beproevingsmethode.................................................................................. 9 1.2.2.2. Classificatie .............................................................................................. 11 1.2.3. Weerstand tegen windbelasting........................................................................ 12 1.2.3.1. Beproevingsmethode................................................................................ 12 1.2.3.2. Classificatie .............................................................................................. 14 2.

Analyse van accreditatieproeven .................................................................................. 16 2.1. Voorstellen van de gegevens.................................................................................... 17 2.2. Verbanden ................................................................................................................ 18 2.2.1. Verband tussen luchtdichtheid en waterdichtheid............................................ 18 2.2.2. Verband tussen vervorming en water/luchtdichtheid....................................... 19 2.3. Invloed parameters ................................................................................................... 20 2.3.1. Materiaal .......................................................................................................... 20 2.3.2. Plaats van de dichting....................................................................................... 23 2.3.3. Slaglengte......................................................................................................... 25

3.

Conclusie ......................................................................................................................... 26

Bijlagen .................................................................................................................................... 27

1. Prestaties van buitenschrijnwerk 1.1.

Inleiding

Om waterinfiltratie te hebben dienen er drie elementen aanwezig te zijn: water, een opening en een drijvende kracht. Het is dus vrij evident dat we water zoveel mogelijk aan de buitenzijde proberen te houden. De opening is dus de aansluiting van de opengaande vleugel op het vaste deel en wordt dichtgeklemd door het beslag (grendels, sluitnokken, assen, pinnen). Die opening wordt vooral beïnvloed door de plaatsing en afregeling van het beslag, het type dichtingsrubber, de doorbuiging van het profiel onder windbelasting, en de toleranties op de plaatsing en samenstelling. Veel van die parameters zijn afhankelijk van de plaatsing en zijn voor onderzoek minder toegankelijk. De stuwende kracht is de invloed van de wind en de zwaartekracht op het water. Door een dubbele dichting te voorzien kan aan de binnenzijde het drukverschil worden opgenomen, zodat de eerste kamer en de buitenomgeving op dezelfde druk staan. Die drukegalisatie zorgt er voor dat het water niet naar binnen gestuwd wordt. Het werking van drukegalisatie bij een raam is in principe dezelfde als bij een verluchte spouwmuur. Onderstaande figuur toont deze analogie.

Figuur 1 - Principe drukegalisatie

Raamfabrikanten produceren hun ramen met het oog op het toepassingsgebied van het buitenschrijnwerk. Dit gebied legt de minimumprestaties op gebied van luchtdoorlatendheid, waterdichtheid en weerstand tegen windbelasting vast. Deze minimum criteria zijn in onderstaande grafiek te zien.

Waterdichtheid van buitenschrijnwerk

1

Tabel 1 - minimum prestaties buitenschrijnwerk in functie van de toepassing

De vereiste prestatieklassen worden bepaald in laboratoria volgens de in figuur 2 geschetste proefdrukverloop. In volgende paragraaf worden dit verloop stapsgewijs aan de hand van bijhorende normering besproken.


2

Figuur 2 - Verloop van de functionele proeven op buitenschrijnwerk


3

1.2.

Normering

De bespreking van de verschillende prestaties wordt telkens opgesplitst volgens

de

beproevingsmethode en de classificatie.

1.2.1. Luchtdoorlatendheid 1.2.1.1. Beproevingsmethode De te gebruiken conventionele methode voor het bepalen van de luchtdoorlatendheid van volledig gemonteerde ramen en deuren van eender welk materiaal wordt beschreven in de norm NBN EN 1026. Deze beproevingsmethode is ontworpen om rekening te houden met de gebruiksomstandigheden wanneer het raam of de deur is geplaatst in overeenstemming met het voorstel van de fabrikant en met de eisen van de betreffende Europese normen en praktijkrichtlijnen.

Het principe van de proef gebeurt als volgt. Een vooraf behandeld proefmonster wordt ingebracht in een proefkamer met open zijde, zo geconstrueerd dat zij weerstand biedt aan de proefdrukken die zullen aangebracht worden op het monster. De proefkamer, al dan niet met gekende luchtdoorlatendheid is onder andere uitgerust met een inrichting geschikt voor het meten van de hoeveelheid lucht die in of uit de kamer stroomt en een inrichting waarmee de op het gehele proefstuk aangebrachte proefdruk kan worden gemeten beiden met een bepaalde nauwkeurigheid. De volgende figuur toont het verloop van positieve proefdrukverschillen die vervolgens op het proefmonster worden aangebracht, zijnde het positief verschil tussen statische luchtdruk op het buitenvlak en die op het binnenvlak.


4

Figuur 3 - Proefdrukverloop luchtdoorlatendheid

Eerst worden er op het proefstuk drie drukstoten uitgeoefend, met telkens een waarde 10% hoger dan de hoogste proefdrukwaarde; daarna wordt de druk stapsgewijs opgevoerd in stappen van 50 Pa tot 300 Pa en vanaf 300 Pa in stappen van 150. Bij elke stap wordt de luchtdoorlatendheid gemeten en geregistreerd. Het resultaat van de luchtstroommeting Vx wordt gecorrigeerd tot de luchtstroom bij normale omstandigheden ( T0= 293 K en P0=101,3 kPa) V0 rekening houdend met de werkelijke temperatuur Tx en luchtdruk Px tijdens de proef: V0=Vx. 293/(273+Tx).Px/101,3


5

1.2.1.2. Classificatie De classificatie van luchtdoorlatendheid wordt bepaald in de norm NBN EN 12077 en is gebaseerd op een vergelijk van luchtdoorlatendheid van het proefmonster gerelateerd aan de totale oppervlakte [m³/h.m²] en op de luchtdoorlatendheid gerelateerd aan de totale lengte van de omtrek der opengaande delen [m³/h.m] .

De referentie-luchtdoorlatendheden voor totale oppervlakte en aansluitlengte worden gedefinieerd bij een referentie testdruk van 100 Pa Voor verdere druktrappen wordt de volgende uitdrukking gebruikt: Q=Q100 (P/100)2/3 Met Q100 : de referentie luchtdoorlatendheid bij een testdruk van 100 Pa Q is de luchtdoorlatendheid bij een testdruk P

De lijnen die de bovenlimieten vormen van elke klasse in de volgende figuur zijn afgeleid van de referentie-luchtdoorlatendheden bij 100 Pa gerelateerd aan de totale omtrek van de opengaande delen. Een proefmonster behoort tot een bepaalde klasse als de gemeten luchtdoorlatendheid de bovenlimiet nergens overschrijdt bij geen enkele testdruk in die klasse. De figuur 4 geeft het classificatiediagram voor luchtdoorlatendheid weer. De linker ordinaat geeft de van luchtdoorlatendheid gerelateerd aan de totale oppervlakte [m³/h.m²], terwijl de rechter ordinaat de luchtdoorlatendheid gerelateerd aan de totale lengte van de omtrek der opengaande delen wordt [m³/h.m],. Op de abscis wordt de beproevingsdruk in logaritmische schaal voorgesteld. De norm EN 12077 schrijft ook regels voor, voor de klassering van verlopen die niet in één klasseringsgebied liggen:

Ligt het verloop in twee aangrenzende gebieden, dan is de laagste klasse bepalend. Indien het verloop over drie klasseringsgebied gespreid gaat, wordt het gemiddelde waarde van de klassen aangenomen. Indien het verloop in vier klasseringsgebieden voorkomt, wordt het raam als niet-geklasseerd gezien.


6

Figuur 4 - Classificatie luchtdoorlatendheid

Bij het verwerken van de gegevens werden ook ramen opgenomen die volgens de technische specificatie STS 52.0 geklasseerd werden. Bij de STS 52.0 gebeurt de klassering als volgt: Voor een bepaalde klasse wordt een voor de proef vereiste maximum druk opgegeven:

300 Pa voor klasse PA2 500 Pa voor klasse PA2B 600 Pa voor klasse PA3

De beproevingsmethode die voorafgaat aan deze norm is in wezen dezelfde als voor de recentere norm NBN EN 1026, dus de resultaten van deze testen kunnen ook in het classificatiediagram van de norm NBN 12207 ingebracht worden. In de volgende figuur worden de verlopen van de onder de STS 52.0 geklasseerde ramen ingebracht in een analoog klasseringsdiagram als figuur 4, waar de proefdrukken in lineaire schaal voorgesteld worden. De dikke rode en groene lijn stellen de scheidingslijn tussen respectievelijk klasse 2 en 3


7

respectievelijk klasse 3 en 4 van de NBN EN 12207 voor. Door de klassering van de ramen volgens de technische specificatie STS 52.0 aan te passen naar die van de norm NBN EN 12207 wordt het mogelijk om een verdere vergelijkingsstudie te maken van de luchtdichtheidsprestaties van de ramen onderling.

STS 52.0 vs EN 12207 8,00

7,00

Klasse 2

Debiet per m slag (m³/h.m)

6,00

NBN 12207 PA3

5,00

PA2B

Klasse 3

4,00

PA2

NBN 12207 EN Klasse 4

3,00

EN Klasse 3

2,00

Klasse 4

1,00

NBN 12207

0,00 50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Druk (Pa)

Figuur 5 - Omzetting STS 52.0 naar NBN EN 12207


8

1.2.2. Waterdichtheid 1.2.2.1. Beproevingsmethode De norm NBN EN 1027 definieert de conventionele methode voor het bepalen van waterdichtheid van volledig geassembleerde ramen en deuren van om het even welk materiaal. De beproevingsmethode houdt rekening met de gebruiksomstandigheden, wanneer het raam of de deur wordt geïnstalleerd in overeenstemming met de specificatie van de fabrikant en de eisen van de overeenkomstige Europese normen en praktijkcodes.

De waterdichtheid wordt er gedefinieerd als de mogelijkheid van het gesloten en gemonteerd proefexemplaar om bestand te zijn tegen watertoetreding, de continue of herhaalde bevochtiging van het binnenoppervlak van het proefexemplaar of delen ervan, niet ontworpen om bevochtigd te worden, onder beproevingsvoorwaarden tot een druk Pmax. De waterdichtheidgrens wordt in de norm EN 1027 gedefinieerd als de maximum beproevingsdruk Pmax tot dewelke het proefexemplaar waterdicht blijft onder de beproevingsvoorwaarden voor de gespecificeerde tijd.

Het principe van de proef gebeurt als volgt. Net als bij de norm NBN EN 1026 wordt een vooraf behandeld proefmonster ingebracht in een proefkamer met open zijde, zo geconstrueerd dat zij weerstand biedt aan de proefdrukken die zullen aangebracht worden op het proefmonster. Deze proefkamer is onder andere uitgerust met een instrument dat de toegevoerde hoeveelheid water kan meten en een instrument voor het meten van de beproevingsdrukken aangebracht op het proefexemplaar, beiden met een bepaalde nauwkeurigheid. Verder is er een spuitsysteem aanwezig dat een continue, regelmatig verdeelde oppervlaktefilm kan aanbrengen over het volledige oppervlak dat onder werkelijke blootstellingsvoorwaarden bevochtigd moet worden, door middel van kegelvormige sproeiers waarvan de kenmerken en opstelling gedicteerd worden door de norm EN 1027.

Er wordt constant een gespecificeerde hoeveelheid water op het buitenoppervlak van het proefexemplaar gespoten, terwijl toenemende positieve beproevingsdrukken op regelmatige intervallen aangebracht worden. Na genormeerde voorbehandeling van het proefexemplaar begint het spuiten bij een beproevingsdruk van 0 Pa gedurende 15 minuten, daarna met een elke 5 minuten stijgende beproevingsdruk zoals in de volgende figuur.


9

Figuur 6 – proefdrukverloop waterdichtheid


10

1.2.2.2. Classificatie De classificatie van waterdichtheid wordt bepaald in de norm EN 12208:1999. De proefresultaten die behaald werden volgens de norm EN 1027 worden vergeleken met de waardes in de volgende tabel en wordt aldus een klasse van waterdichtheid toegekend aan het raam. De methodes A en B, waarvan sprake is in tabel 2 , hebben betrekking op het feit als het gaat over een volledig blootgesteld raam, respectievelijk een gedeeltelijk afgeschermd raam.

Tabel 2 - Classificatie waterdichtheid


11

1.2.3. Weerstand tegen windbelasting 1.2.3.1. Beproevingsmethode De norm EN 12211 definieert de conventionele methode voor het bepalen van de weerstand tegen windbelasting van volledig geassembleerde ramen en deuren van om het even welk materiaal. De beproevingsmethode houdt rekening met de gebruiksomstandigheden, wanneer het raam of de deur wordt geïnstalleerd in overeenstemming met de specificatie van de fabrikant en de eisen van de overeenkomstige Europese normen en praktijkcodes. Het principe van de proef gebeurt als volgt. Net als bij de normen NBN EN 1026 en EN 1027 wordt een vooraf behandeld proefmonster ingebracht in een proefkamer met open zijde, zo geconstrueerd dat zij weerstand biedt aan de proefdrukken die zullen aangebracht worden op het proefmonster. Deze proefkamer is onder andere uitgerust met een instrument dat de luchtstroom in of uit de proefkamer kan meten en een instrument voor het meten van de beproevingsdrukken aangebracht op het proefexemplaar, beiden met een bepaalde nauwkeurigheid.

Figuur 7 - Meting van het relatieve doorbuigingspijl

Verder is er een uitrusting nodig om de verplaatsingen van opgemeten punten op welbepaalde plaatsen te meten met een nauwkeurigheid van 0,1 mm. Na genormeerde voorbereiding van het proefstuk kan de vervormingsproef aangevat worden. In de volgende figuur staat het drukverloop waaraan het proefmonster wordt blootgesteld.


12

Figuur 8 - proefdrukverloop vervorming

Er worden eerst drie korte drukpulsaties aangebracht, elk 10% groter dan de testdruk P1. Daarna worden de uitwijkingmeters op nul gezet en wordt de testdruk gelijk aan P1, gerelateerd aan de classificatie, aangebracht met een snelheid die de waarde van 100 Pa/s niet overschrijdt. Nadat deze druk 30 seconden werd aangehouden wordt de frontale vervorming opgemeten. De proef wordt herhaald met een negatief drukverschil. Bij de herhaalde druktest wordt het proefmonster onderworpen aan 50 cycli met positieve en negatieve drukken met de volgende kenmerken: •

Testdruk P2= 0,5.P1;

•

De eerste druk is negatief, de volgende is positief, net als de laatste van de 50 cycli;

•

de variatie van –P2 naar + P2 zal ( 7 ± 3) s in beslag nemen;

•

de waarde P2 wordt tenminste ( 7 ± 3) s aangehouden;

Na de 50 cycli wordt nagegaan of er schade is of defecten zijn aan het raam. Bij een veiligheidstest wordt het proefmonster onderworpen één cyclus met eerst een negatieve en dan een positieve druk P3= 1,5.P1. Ook hier worden kenmerken van de cyclus vastgelegd door de norm EN 12211 zoals bijvoorbeeld de duur van de variatie 0 Pa tot -P3 en terug dat ( 7 ± 3) s moet zijn. Na de veiligheidstest wordt nagegaan als het proefmonster dicht blijft en worden eventuele losgekomen onderdelen beschreven.


13

1.2.3.2. Classificatie De classificatie van ramen naar weerstand tegen windbelasting gebeurt in de norm NBN EN 12210. De classificatie van windbelasting gebeurt aan de hand van de proefdrukken P1, P2 en P3, gedefinieerd in de norm EN 12211 in de volgende tabel.

Klasse

P1 0 niet getest 1 2 3 4 5

E xxxx (b)

P2 (a) 400 800 1200 1600 2000 xxxx

P3 200 400 600 800 1000

600 1200 1800 2400 3000

Tabel 3: Klassering van windbelasting

Met:

(a): Deze druk werd 50 keer herhaald; (b): Het proefmonster werd getest met windbelasting boven klasse 5 , en wordt geklasseerd als E xxxx, waarbij xxxx is de testdruk P1 voorstelt.

De classificering van de relatieve frontale uitwijking gebeurt aan de hand van de meetwaarden van de relatieve frontale uitwijking bekomen met de werkwijze beschreven in de norm EN 12211 en de volgende tabel:

Klasse

Relatieve frontale uitwijking

A

< 1/150

B

< 1/200

C

< 1/300

Tabel 4: Classificatie van de relatieve frontale uitwijking

Verder geeft de norm EN 12211 enkele voorwaarden waaraan het proefmonster moet voldoen om geclassificeerd kunnen worden. Er mogen bijvoorbeeld geen zichtbare gebreken optreden bij visuele inspectie van op een afstand van 1 m bij natuurlijk licht na een winddruk P1 en P2. Ook moet het proefmonster bij deze drukken functioneel blijven en mag de toename van luchtdoorlatendheid niet meer dan Waterdichtheid van buitenschrijnwerk

14

20% bedragen dan de luchtdoorlatendheid bij de luchtdoorlatendheidsklasse die eerder bekomen werd. Bij windrukken P3 mogen wel gebreken optreden, zolang er geen delen loskomen en het proefmonster gesloten blijft. Als het glas breekt dan mag het bij proefdruk P3 wel vervangen worden en wordt de proef nogmaals uitgevoerd.

Tenslotte worden de relatieve frontale uitwijking en windbelasting samen gecombineerd in een classificatie, namelijk de ‘weerstand tegen windbelasting’ en wordt voorgesteld in tabel 5.

Windbelastingsklasse

Relatieve frontale uitwijking A

B

C

1

A1

B1

C1

2

A2

B2

C2

3

A3

B3

C3

4

A4

B4

C4

5

A5

B5

C5

Exxxx

AExxxx

BExxxx

CExxxx

Tabel 5 Classificatie van de weerstand tegen windbelasting

De raamfabrikant geeft vooraf klasse van weerstand tegen windbelasting’ vb A1

(A:

doorbuiging ; 1: windbelasting) op en het labo Geveltechnieken doet dan dienst als controleorgaan die de proeven uitvoert met P1 = 400 Pa.


15

2. Analyse van accreditatieproeven In het kader van accreditatie zijn aan het labo Geveltechnieken van de Universiteit Gent in het verleden reeds veel proeven uitgevoerd op buitenschrijnwerk. Hierbij wordt er nagegaan of het schrijnwerk voldoet aan de eisen volgens STS 52, Europese normering, CE-markering en ATG. Zoals reeds is behandeld in vorig hoofdstuk, worden deze ramen achtereenvolgens getest op hun waterdichtheid, luchtdichtheid en weerstand tegen vervorming. De proefrapporten zijn echter nog nooit ingezet in het kader van onderzoek. Hierna volgt de bespreking van de data uit deze accreditatieproeven samen met de resultaten die uit de verwerking van deze gegevens volgden.

Een eerste fase van de analyse bestond erin de grote hoeveelheid testdata te digitaliseren om de verwerking ervan efficiënter te laten verlopen. Hiervoor is gebruik gemaakt van het gegevensverwerkingsprogramma Excel versie 2003. In de tweede fase is er gezocht naar mogelijke verbanden die er kunnen bestaan tussen de verschillende prestaties waaraan het schrijnwerk moet voldoen. Is er een algemeen verband te vinden tussen de luchtdichtheid en waterdicht van een raam? Bestaat er een relatie tussen de vervorming en de luchtdichtheid of waterdichtheid? In een laatste fase wordt gekeken naar de invloed die verschillende parameters zouden kunnen uitoefenen op de prestaties van het schrijnwerk. Deze variabelen kunnen onder andere zijn: het aantal sluitpunten, het type dichting, het aantal opendraaiende delen, het materiaaltype, de lengte van de slagen, het type materiaal.


16

2.1.

Voorstellen van de gegevens

In totaal zijn 207 proefrapporten verwerkt waarvan 52 PVC, 136 aluminium en 19 houten ramen. PVC aantal: 52 25%

HOUT aantal: 19 9%

ALUMINIUM aantal: 136 66%

Figuur 9 - Aantal testcases per materiaalfamilie

Voor de data-analyse zijn volgende gegevens uit de proefrapporten overgenomen: •

Datum waarop de proef verricht werd

•

Het type raam (vast, opendraaiend raam, samengesteld venster,…)

•

Afmetingen van het raam (breedte, hoogte, totale oppervlakte en de lengte der slagen)

•

Raamprofiel (materiaal, type, oppervlaktebehandeling, verbindingsmethode)

•

Dichtingslamellen (materiaal, type, plaats, beglazingswijze)

•

Beslag ( aantal hangorganen en sluitorganen)

•

Drainage (aantal sleuven per kader/vleugel)

•

Verluchting (aantal ontluchtingspunten per kader/vleugel)

•

Luchtdoorlatendheid bij over- en onderdruk (debiet per m slag, per m² opengaande delen, per m² totale oppervlakte en het totaal bij de elke drukstap)

•

Vervormingsproef bij over- en onderdruk (vervorming, relatieve doorbuigingspijl)

•

Statische waterdichtheidsproef

•

Bedieningskrachten (vergrendelen, ontgrendelen)

•

Klassering:

Luchtdoorlatendheid (per m slag, per m² oppervlakte, van het element) Mechanische windweerstand Waterdichtheid


17

2.2.

Verbanden

Om na te gaan of er een algemeen verband bestaat tussen de individuele prestaties van een raam zijn alle gegevens in beschouwing genomen. Er is hierbij dus geen onderscheid gemaakt tussen het type raam, het materiaal, het aantal sluitpunten,…Deze parameters worden afzonderlijk behandeld in paragraaf 2.3.

2.2.1. Verband tussen luchtdichtheid en waterdichtheid In onderstaande grafiek zijn voor luchtdichtheidsklassen 3 en 4 de procentuele verdeling van de waterdichtheidsklasse weergegeven. Hieruit is voor klasse 3 af te leiden dat 90% van geteste ramen een waterdichtheidsklasse van 8A of lager hebben. Voor klasse 4 zien we dat ongeveer 90% van de ramen een waterdichtheidsklasse van 7A of hoger hebben. We kunnen bij deze 197 test samples zien dat een raam met betere luchtdichtheid algemeen beter presteert op gebied van waterdichtheid.

Waterdichtheid vs luchtdichtheid analyse van 200 test samples volgens huidige EN normen

35 Klasse 3 Luchtdichtheid ( EN 12207)

30

Klasse 4 Luchtdichtheid ( EN 12207)

20

15

10

5

E1 20 0

E9 00 E1 05 0

E7 50

9A

8A

7A

6A

5A

4A

3A

2A

0 1A

% Verdeling

25

Klasse Waterdichtheid (EN 12208)

Grafiek 1 - Verband tussen waterdichtheid en luchtdichtheid


18

In het onderzoek naar een middel om de lucht- en waterdichtheidsklassen met elkaar te kunnen vergelijken, hebben we per waterdichtheidsklassen voor de daartoe behorende ramen het proefdrukverloop voor luchtdichtheid uitgezet. Hieruit zagen we dat bij toenemende waterdichtheidsklasse, de proefdrukverlopen steeds horizontaler verliepen en zich bij 1200 Pa uiteindelijk allen onder de asymptotisch waarde van 1 m³/hm concentreerden. Eenvoudiger gezegd, hoe hoger de waterdichtheidsconstante hoe constanter het luchtdebietverloop wat impliceert dat het raam beter presteert op het vlak van luchtdichtheid. De proefdrukverlopen per waterdichtheidsklasse zijn terug te vinden in bijlage A.

2.2.2. Verband tussen vervorming en water/luchtdichtheid Onderzoek naar het verband tussen de relatieve doorbuiging en de water- of luchtdichtheid leek bij nader inzien niet relevant. De gevolgde testprocedure, welke beschreven wordt in paragraaf 1.2.3.1., beproeft de ramen immers niet tot hun volle capaciteit. Ze worden enkel getoetst aan het criterium dat door de producent vooropgesteld wordt. De resultaten zijn dus moeilijk onderling met elkaar te vergelijken. Om dit te kunnen doen, zou in principe ieder raam tot aan eenzelfde maximumdruk moeten getest worden. Op die manier verkrijgt men voor elk raam een druk-doorbuiging verloop. Bijkomend moet vanzelfsprekend een lucht- en waterdichtheidsmeting uitgevoerd worden, zodat met elk vervormingsverloop een luchtdichtheids- en waterdichtheidsklasse overeenstemt.


19

2.3.

Invloed parameters

Verschillende factoren bepalen mede de kwaliteit van een raam bepalen. In deze paragraaf wordt voor elk van de parameters onderzocht in hoeverre ze de prestatie van een raam beïnvloeden.

2.3.1. Materiaal EVOLUTIE IN DE TIJD – Om een idee te krijgen van de evolutie van de prestatie op gebied van

waterdichtheid,

werd

voor

aluminium

en

PVC

per

jaar

de

gemiddelde

waterdichtheidsklasse uitgezet. In onderstaande grafiek is hout niet opgenomen, aangezien er bij meerdere jaren slechts 1 getest raam voorkwam en dit aanleiding zou geven tot een vertekend beeld.

Waterdichtheid in functie van de tijd

Gemiddelde Waterdichtheidsklasse

1000 ALUMINIUM

PVC

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Jaartal

Grafiek 2 - Evolutie in de tijd van waterdichtheid

Uit grafiek kan men concluderen onder de geteste ramen aluminium in de voorbije 10 jaar beter scoorde op het gebied van waterdichtheid dan PVC. Over deze tijdspanne zien we dat er zich nog steeds fluctuaties voordoen in de prestatie voor waterdichtheid en er dus geen rechtlijnig verband merkbaar is.


20

LUCHTDICHTHEID - Onderstaande grafiek geeft voor elk materiaal de procentuele verdeling van de luchtdichtheidsklassen weer. We kunnen zien dat ongeveer 90 % van de aluminium ramen de beste klasse voor luchtdichtheid hebben. De houten ramen komen met 80% vrij dicht in de buurt hiervan. PVC ramen halen de hoogste procentuele score bij de op een na beste luchtdichtheidsklasse. We kunnen dus met grotere zekerheid zeggen dat aluminium en hout een betere luchtdichtheid hebben PVC.

Luchtdichtheid vs Materiaal analyse van 200 test sam ples volgens de huidige EN norm en

100 90 80

Aluminium Hout

% Verdeling

70

PVC

60 50 40 30 20 10 0 3

4 Klasse Luchtdichtheid (EN 12207)

Grafiek 3 - Verband tussen materiaal en luchtdichtheid.


21

Grafiek 4 - Verband tussen materiaal en waterdichtheid


22

% Verdeling

0

5

10

15

20

25

N

1A

PVC

Hout

Aluminium

2A

3A

Waterdichtheid vs Materiaal

4A

6A

7A

8A

Klasse Waterdichtheid (EN 12208)

5A

9A

analyse van 200 test samples volgens de huidige EN normen

E750

E900

E1050

E1200

WATERDICHTHEID - In grafiek 4 is duidelijk merkbaar dat ongeacht het materiaal het grootste percentage proefmonsters voorkomt tussen de waterdichtheidsklassen 7A en 9A. Verder is te zien dat bij de hoogste klassen, zijnde E 750 tot en met E 1200, aluminium het meest vertegenwoordigd is. Van dit materiaal ligt 40% in deze E-klassen; terwijl van alle PVC en houten proefmonsters slechts 9 %, respectievelijk 10 % deze kwaliteit van waterdichtheid bezitten. Bovendien is 15% van de geanalyseerde houten ramen niet geklasseerd, wat wil zeggen dat deze reeds waterinfiltratie vertoonden bij een proefdruk van 0 Pa aangehouden gedurende 15 minuten.

2.3.2. Plaats van de dichting Onderstaande grafiek geeft voor elk plaatsingscombinatie van de dichtingslamellen de procentuele verdeling weer van de waterdichtheidsklasse. De codering die werd toegepast voor de plaats aan te duiden van de dichtingslamellen staat vermeld in tabel 6.

BI

Dichting aan de zijde van de binnenomgeving

MI

De middendichting

BU

Dichting aan de zijde van de buitenomgeving Tabel 6 - Codering dichtingslamellen

We zien dat naargelang de plaats van de dichtingslamel een verschil is in prestatie op gebied van de waterdichting. In grafiek 5 is merkbaar dat de plaatsingsvolgorde MI BU en BI MI respectievelijk voor 43% en 41% voorkomen in de Exxx-klassen. We zien ook dat, van alle combinaties, deze zonder middendichting het minst voorkomen bij de hoge regionen van de waterdichtheidsklasse. De combinaties waar een middendichting aanwezig is, scoren algemeen beter dan deze zonder, welke slechts voor 25% vertegenwoordigd zijn in de E-xxx klassen.


23

Type Dichting versus Waterdichtheid analyse van 100 aluminium samples volgens EN normering

40% BI MI BI BU

35%

BI MI BU MI BU

25% 20% 15% 10% 5%

20 0 E1

05 0 E1

00 E9

50 E7

60 0

45 0

30 0

25 0

20 0

15 0

10 0

0%

50

% Verdeling

30%

Klasse Waterdichtheid (EN12208)

Grafiek 5 - Verband plaats dichting vs. waterdichtheid


24

2.3.3. Slaglengte Onderstaande grafiek toont de procentuele verdeling van de slaglengte, ingedeeld in 4 klassen, in functie van de waterdichtheid. Vaste vensters zitten niet in deze analyse, aangezien ze niet over een slaglengte beschikken. Omdat het aantal verschillende waarnemingen van de discrete veranderlijke slaglengte vrij groot is, worden de steekproefwaarden ingedeeld in klassen corresponderend met een interval dat is bepaald aan de hand van het statistisch software pakket SPSS versie 15. Onderstaande tabel geeft de klassenbreedte aan.

Klasse

Ondergrens

Bovengrens

aantal

1

2,76 m

5,58 m

48

2

5,59 m

6,75 m

41

3

6,76 m

8,27 m

46

4

8,29 m

19,56 m

44

Tabel 7 - Klassenindeling slaglengte

Uit de grafiek kunnen we moeilijk afleiden dat er een eenduidig verband bestaat tussen de waterdichtheidsklasse en de slaglengte van een raam. Bijvoorbeeld zien we dat ,in vier gevallen, bij eenzelfde waterdichtheidsklasse alle klassen van slaglengte voorkomen.

Slaglengte vs. Waterdichtheid analyse van 179 test samples 35% klasse1 klasse2

30%

klasse3 klasse4

% Verdeling

25% 20% 15% 10% 5% 0% 50

100

150

200

250

300

450

600

750

900

1050

1200

Waterdichtheidsklasse (EN12208)

Figuur 10 - Verband slaglengte en Waterdichtheid


25

3. Conclusie Uit de analyse is ook gebleken dat er van elke parameter een groot aantal verschillende types bestaan. Zo bijvoorbeeld kan de factor raamtype onderverdeeld worden in draai-kip venster, vast venster, schuifvenster, dubbel opendraaiend venster,… en ook nog de combinatie van allen in een samengesteld venster. Het lijkt volgens ons niet relevant al deze verschillende sub-types onder dezelfde noemer te vergelijken. Vandaar leek het ons nuttig om de verbanden na te gaan door de testdata te filteren op sub-type. Het bleek al snel dat hierdoor de steekproefgrootte danig beperkt werd, wat ze volgens ons niet representatief maakte voor toepassing in de analyse.

Globaal gezien hebben we bij het onderzoek naar onderlinge verbanden tussen verschillende prestaties, enkel bij het vergelijken van waterdichtheid met luchtdichtheid een algemene relatie opgemerkt. Bij geen van de verschillende invloedsparameters is er een eenduidig verband gebleken. De oorzaak hiervan zou kunnen zijn dat al deze factoren elkaar onderling beïnvloeden.


26

Bijlagen BIJLAGE A

150Pa

luchtdoorlatendheid / m slag

8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 50

150

250

350

450

550

Druk (Pa)

300PA 8,00

Debiet per m slag (m³/hm)

7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 50

150

250

350

450

550

Druk (PA)


27

450Pa 8,00

7,00

Luchtdoorlatendheid/ m slag

6,00

5,00

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00 50

150

250

350

450

550

Druk (Pa)

600Pa 8 Debiet per m slag (m³/hm)

7 6 5 4 3 2 1 0 50

150

250

350

450

550

Druk (Pa)


28

750 Pa 8 ,0 0

luchtdoorlatendheid / m slag

7 ,0 0 6 ,0 0 5 ,0 0 4 ,0 0 3 ,0 0 2 ,0 0 1 ,0 0 0 ,0 0 50

150

250

350

450

550

450

550

D ru k (P a )

1050Pa 8,00

Debiet per m slag (m³/hm)

7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 50

150

250

350 Druk (Pa)


29

1200 Pa 8,00

luhtdoorlatendheid / m slag

7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 50

150

250

350

450

550

Druk Pa

Schuifvensters 12,00

Luchtdoorlatendheid/ m slag

11,00 10,00

SCV 150 2

9,00

SCV 300 2

8,00

SCV 0 3

7,00 SCV 200 3

6,00 SCV 450 3

5,00 4,00

SCV 250 2

3,00

Klasse 4

2,00

Klasse 3

1,00 0,00 50

150

250

350

450

550

Druk (Pa)


30

Waterdichtheid van buitenschrijnwerk - experimenteel onderzoek naar aanhechting van membranen Tim Ost

Promotor: prof. Jan Moens Begeleider: Nathan Van Den Bossche Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Burgerlijk ingenieur-architect

Vakgroep Architectuur en stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Bart Verschaffel Faculteit Ingenieurswetenschappen Academiejaar 2007-2008

Waterdichtheid van buitenschrijnwerk - experimenteel onderzoek naar aanhechting van membranen Tim Ost



INHOUDSTAFEL

1.

Inleiding ............................................................................................................................ 1

2.

Membranen rond buitenschrijnwerk............................................................................. 2 2.1. Zelfklevende systemen............................................................................................... 3 2.1.1. Het membraan .................................................................................................... 3 2.1.2. De ondergrond.................................................................................................... 5 2.1.3. Breukpatronen .................................................................................................... 5 2.2. Duurzaamheid van kleefverbindingen ....................................................................... 8 2.2.1. Op niveau van het verbindingsmiddel................................................................ 8 2.2.2. Op productniveau ............................................................................................... 9 2.2.2.1. Zelfklevend membraan............................................................................... 9 2.2.2.2. Aanhechting van het product ................................................................... 11 2.2.3. Op componentniveau ....................................................................................... 17 2.2.4. Conclusies ........................................................................................................ 19

3.

Experimenteel onderzoek .............................................................................................. 20 3.1. Voorbereiding van de test samples .......................................................................... 21 3.2. Initiële- en verouderingstests ................................................................................... 24 3.2.1. Beproevingsmethode........................................................................................ 24 3.2.2. Testresultaten ................................................................................................... 26 3.2.2.1. Per type ondergrond ................................................................................. 27 3.2.2.1.1. Aanhechting op snelbouwsteen............................................................. 27 3.2.2.1.2. Aanhechting op cellenbeton.................................................................. 30 3.2.2.1.3. Aanhechting op ruw hout ...................................................................... 33 3.2.2.1.4. Aanhechting op geanodiseerd aluminium............................................. 36 3.2.2.2. Per type membraan................................................................................... 39 3.2.2.2.1. Prestatie van SA .................................................................................... 40 3.2.2.2.2. Prestatie van SAf................................................................................... 40 3.2.2.2.3. Prestatie van AQ ................................................................................... 40 3.2.2.2.4. Prestaties onderling ............................................................................... 41 3.2.3. Conclusies ........................................................................................................ 42

4.

Aanbevelingen ................................................................................................................ 44

Bijlagen .................................................................................................................................... 45 Referenties ............................................................................................................................... 63

1. Inleiding De aansluiting tussen schrijnwerk en ruwbouw is één van de meest kritische factoren voor waterinfiltratie bij buitenschrijnwerk. Momenteel worden steeds meer zelfklevende systemen toegepast om deze aansluitingsvoeg waterdicht te maken. Er bestaan echter nog geen Europese normen om deze systemen uniform te beproeven en beoordelen. In het eerste deel van dit werk wordt in eerste instantie de opbouw van deze systemen verduidelijkt. Ook de breukpatronen die bij klevende verbindingen kunnen optreden worden meer in detail besproken. Daarna volgen de proefmethodes die certificerings- en onderzoeksinstellingen toepassen om de aanhechting van deze producten te beoordelen. Deze beproeving kan opgedeeld worden op niveau van de kleefverbinding, op productniveau en op componentniveau. In het tweede deel komt het experimenteel onderzoek aan bod dat in het kader van deze scriptie is uitgevoerd. Er zijn alleen tests op productniveau uitgevoerd, waarbij de aanhechting van de zelfklevende membranen op verschillende ondergronden beoordeeld werd. Eerst wordt de gevolgde testprocedure nader verklaard waarna de testresultaten van deze proeven achtereenvolgens besproken worden per ondergrond en per type membraan. Uit het literatuur- en experimenteel onderzoek is gebleken dat er moet gestreefd worden naar een uniforme testmethode voor zelfklevende membranen met eenzelfde toepassing. In een laatste hoofdstuk zijn hieromtrent aanbevelingen gemaakt over het soort onderzoek dat verder eventueel nuttig kan zijn om de mechanismen achter de zelfklevende membranen beter te leren begrijpen.

Ost Tim

Experimenteel onderzoek naar de aanhechting van membranen

1

2. Membranen rond buitenschrijnwerk Verschillende oorzaken kunnen aan de basis liggen van vochtproblemen in een gebouw. Uit een studie van RDH Building Engineering Limited [1] is gebleken dat de aansluitingsvoeg tussen schrijnwerk en ruwbouw één van de meest kritische factoren is voor waterinfiltratie. In dit onderzoek werden verschillende types ramen getest op waterinfiltratie, gebruik makend van zes potentiële infiltratiewegen die de plaats van het lek helpen identificeren. Van de in figuur 1 afgebeelde kritische wegen, zijn bij allemaal tot op zekere hoogte waterinfiltratie vastgesteld. De infiltratieweg die het meest frequent lekte, was deze via het raakvlak tussen raamkader en ruwbouw (L5). Deze geeft dus de grootste kans op schade aan het gebouw. Om de waterdichtheid van de aansluitingsvoeg te verzekeren worden steeds vaker zelfklevende membranen gebruikt. Deze vinden hun oorsprong in de dakmembranenindustrie. Ter garantie van een duurzame waterdichting gedurende de levensduur van het bouwwerk wordt er van deze membranen verwacht dat ze voldoende hechten op een breed gamma van substraten. Naast zelfklevende systemen worden ook mechanisch bevestigde, gelijmde of kitsystemen gebruikt als waterdichting. Deze komen in dit werk niet verder aan bod.

Figuur 1 Potentiële infiltratiewegen

Naast het voorzien van een voldoende waterdichte verbinding tussen schrijnwerk en ruwbouw, moeten deze zelfklevende producten ook zowel tijdens als na de opbouw van een constructie weerstand kunnen bieden aan verschillende sollicitaties. Over de duurzaamheid van deze producten na lange blootstelling aan verschillende belastingen is onvoldoende gekend. Momenteel bestaan er nog geen Europese normen die dit op een eenduidige manier kunnen beoordelen. In afwachting hiervan hebben onderzoeks- en certificeringinstellingen reeds procedures opgesteld om de duurzaamheid van zelfklevende producten op een versnelde manier te achterhalen. Helaas heeft iedere instelling zijn eigen “keukenrecept”, waardoor er dus een grote verscheidenheid aan beproevingsmethodes bestaat. Hierna worden de zelfklevende systemen en de voorhand zijnde beproevingsmethodes verder besproken.

Ost Tim


2

2.1.

Zelfklevende systemen

2.1.1. Het membraan Globaal

gezien

bestaan

zelfklevende

membranen

voor

waterdichting uit drie onderdelen: een drager, een kleefstof en een verwijderfolie. De drager geeft het afgewerkte product integriteit en moet zorgen

voor

dimensionele

stabiliteit

onder

extreme

temperaturen. Deze stabiliteit is noodzakelijk opdat er zich geen plooien kunnen vormen, waaronder kanaaltjes kunnen

Drager of toplaag

ontstaan die mogelijks leiden tot waterinfiltratie. Daarnaast

Kleefstof

werkt de toplaag als een UV scherm voor de kleefstof en

Verwijderfolie

voorkomt ze scheurvorming of andere schade tijdens de plaatsing. [2] Het basismateriaal van de drager kan variëren

Substraat of ondergrond

naargelang het beoogde gebruik. Enkele vaak voorkomende toplagen in waterdichte toepassingen zijn onder meer EPDM, PP1- en aluminiumfolies. Deze worden toegepast omwille van hun scheurvastheid, UV- en weersbestendigheid.

Figuur 2 componenten van een zelfklevend membraan

De kleefstof zorgt voor de waterdichte aansluiting met het schrijnwerk en de ruwbouw. Deze waterdichting moet tijdens de hele levensduur van de verbinding gegarandeerd blijven. Het is dus van groot belang te beschikken over een duurzame zelfklevende laag. Bij de plaatsing op een koude, natte of vuile ondergrond heerst het gevaar dat de zelfklevende membranen moeilijker gaan kleven. In dit geval raden fabrikanten aan vooraf een hechtprimer aan te brengen op het substraat. Dit heeft tot doel het oppervlak beter ontvankelijk te maken voor de kleefstof zonder daarbij de ondergrond of de toplaag aan te tasten. De meest voorkomende kleefstoffen die verwerkt worden in zelfklevende membranen voor waterdichting zijn ofwel gemaakt op basis van gemodificeerde bitumen of op basis van butyl. Deze kleefstoffen kunnen ingedeeld worden bij de zogenaamde drukgevoelige types, in het Engels heet deze groep ‘pressure-sensitive adhesives’. De benaming duidt op de manier 1

In de referenties bevindt zich een lijst met frequent gebruikte afkortingen.

Ost Tim


3

waarop de verbinding tot stand komt, namelijk door het uitoefenen van druk op de contactoppervlakken. Productietechnisch wordt de kleefmassa door middel van hitte en druk aangebracht op de desbetreffende folie. Ondanks het feit dat beide types kleefstof uiterlijk weinig

verschillen,

zijn

er

variaties

in

kleefeigenschappen,

compatibiliteit

met

bouwmaterialen, UV gevoeligheid, thermische vloei en weerstand tegen vocht. Van butyl kleefstoffen wordt beweerd dat ze hun kleverigheid beter behouden bij lagere temperaturen dan de gemodificeerde bitumen. Hierdoor kunnen butylkleefstoffen zonder primer geplaatst worden in een breder temperatuurbereik. Bij hogere temperaturen zijn gemodificeerde bitumen agressiever en hechten veel sneller aan het oppervlak waarop ze worden aangebracht. Butyl klevers zijn ook agressief maar hechten daarentegen minder snel aan het substraat waardoor de producten makkelijker te herpositioneren zijn bij plaatsingsfouten. Producenten van butyl producten beweren na plaatsing een groter temperatuurbereik te hebben dan de bitumineuze tegenhanger. Het butyl zou langer flexibel en plastisch blijven bij lagere temperaturen en vloeit niet uit bij hogere temperaturen. Fabrikanten van bitumineuze kleefmembranen stellen na plaatsing een bovengrens van 71°C voorop, terwijl producenten van butylklevers de lat op 93°C leggen. Daarnaast zou butyl minder gevoelig zijn voor UV licht dan gemodificeerde bitumineuze klevers. Er wordt gesuggereerd dat de UV stralen de bitumen oxideren waardoor ze broos worden en hun waterwerende eigenschap verliezen. [3] Over het algemeen zijn bitumen gemodificeerde zelfklevende producten goedkoper dan zelfklevende producten op basis van butyl. [4] Verder bleek uit een aantal praktijkgevallen [5] dat butyl producten die op een koude morgen geplaatst waren, loskwamen van de ondergrond naarmate de dag warmer werd. Na verder onderzoek door simulatie van deze omstandigheden bleek dat butyl gevoeliger is voor dit fenomeen dan andere types kleefstof. Als laatste component is er nog de verwijderfolie welke net voor de plaatsing wordt afgepeld om de folie op het substraat te kunnen positioneren. Meestal wordt hiervoor een dunne polyethyleenfolie gebruikt die enerzijds de kleefstof moet beschermen vóór de plaatsing en anderzijds als scheiding dient bij het verpakken in rolformaat.

Ost Tim


4

2.1.2. De ondergrond Bij de plaatsing van de “peel-and-stick” membranen ontmoet men een grote verscheidenheid aan materialen. Deze kunnen onderverdeeld worden in twee hoofdgroepen, namelijk poreuze en niet-poreuze ondergronden. In de poreuze hoofdgroep zitten minerale materialen zoals metselwerk, beton, cementering, gips en gipsderivaten met

D rager of toplaag

daarnaast ook organische ondergronden zoals massief hout, gelamineerd hout, houtvezelplaten en spaanplaten.

K leefstof V erw ijderfolie

De niet-poreuze categorie bevat minerale materialen zoals roestvrij staal, aluminium en andere veel gebruikte materialen uit de bouw maar ook organische substraten zoals PVC, PE en EPDM.

Substraat of ondergrond

Figuur 3 het substraat als component van het zelfklevend systeem

Er zijn weinig of geen gegevens beschikbaar over hoe kwalitatief de aanhechting van zelfklevende membranen is op deze verschillende ondergronden. Men berust hiervoor op de technische gegevens van de membraanproducenten, die vaak slechts algemene beschrijvingen geven. Op dit gebied is dus bijkomend onderzoek gewenst.

2.1.3. Breukpatronen De sterkte van de kleefverbinding wordt enerzijds bepaald door de cohesie van het verbindingsmiddel en anderzijds door de adhesie tussen de kleefstof en het substraat of tussen de kleefstof en de toplaag. De oppervlaktespanning van een substraat is daarbij een belangrijk criterium voor een goede en duurzame verkleving. Indien de kleefstof niet in staat is het te verkleven oppervlak voldoende te ‘bevochtigen’, kan zich geen goede en duurzame verbinding vormen tussen het substraat en de kleefstof. [6] Figuur 5 toont dit principe aan.

Ost Tim

Drager of toplaag

Kleefstof Substraat of ondergrond

Figuur 4 De componenten van het zelfklevende systeem


5

De adhesiekracht is in grote mate afhankelijk van de verhouding tussen de oppervlaktespanningen. Indien de oppervlaktespanning van de kleefstof kleiner is dan deze van het substraat, kan men meestal stellen dat de verbinding ook op lange termijn goed zal zijn. [7]

Figuur 5 – Oppervlaktespanning (k = kleefstof; s = substraat) [6]

Voor de verwerking van kleefstoffen geldt algemeen dat de aanhechting des te beter wordt naarmate het te verkleven vlak zuiverder, droger, stof- en vetvrijer is. Figuren 6 geven weer dat een bevuilde ondergrond de aanhechting negatief kan beïnvloeden. In de bouw is het niet altijd vanzelfsprekend te beschikken over een droge en stofvrije ondergrond en kan een oppervlaktevoorbehandeling noodzakelijk zijn.

Figuur 6 - Voorstelling adhesieve en cohesieve bindingen in een verkleving: schone vs. vuile ondergrond[6]

Ost Tim


6

Wanneer het zelfklevend membraan en het substraat verenigd worden, zijn er vijf componenten te onderscheiden. Het gekleefde systeem bestaat achtereenvolgens uit een toplaag, het raakvlak tussen de toplaag en de kleefstof, de kleefstof, het raakvlak tussen de kleefstof en het substraat en tot slot het substraat zelf. Men spreekt van een breuk wanneer een van deze schakels het begeeft. De zwakste schakel is met andere woorden bepalend voor de sterkte van de verbinding. Het breukpatroon bij dit kleefsysteem kan dientengevolge beschreven worden door vijf faalmechanismen. Een eerste soort falen is het scheuren van de toplaag, welke op zich weinig vertelt over de aanhechting omdat de toplaag het sneller begaf dan de verbinding. Een tweede oorzaak kan een adhesieve breuk zijn ter plaatse van het raakvlak tussen toplaag en kleefstof. Deze wordt gekenmerkt door het achterblijven van bijna alle kleefstof op het substraat. Een derde cohesief falen komt voor wanneer de inwendige samenhang van de kleefstof het begeeft, waardoor een beperkt kleefgedeelte achterblijft op het substraat. Het voorlaatste mechanisme is een adhesief falen ter plaatste van het raakvlak tussen de kleefstof en het substraat. In dit geval komt de klever volledig van de ondergrond los zonder vrijwel enig spoor achter te laten. Als laatste is er het falen van de ondergrond, waarbij de kleefstof stukjes van het substraat lostrekt. Indien de adhesie tussen de kleeflaag en een substraat groter is dan de cohesie van de lijmlaag zal een breuk ter plaatste van het raakvlak tussen substraat en kleefstof nooit voorkomen.[8] De toplaag is in feite ook als een substraat te beschouwen maar krijgt een andere benaming om verwarring te vermijden. De bovenstaande faalmechanismen worden in het onderzoeksgedeelte van dit werk aangewend om de verschillende breukpatronen te beschrijven.

Ost Tim


7

2.2.

Duurzaamheid van kleefverbindingen

Zoals algemeen geweten en aanvaard is, ondergaan kleefverbindingen een verlies aan sterkte bij blootstelling aan hoge vochtigheid, vloeibaar water en/of hoge temperaturen. Water kan zowel de chemische en fysische eigenschappen van de kleefstof alsook het raakvlak tussen het substraat en de kleefmassa beïnvloeden. [9] Momenteel bestaan er geen Europese normen omtrent de beproeving van de duurzaamheid van kleefverbindingen. Dit neemt niet weg dat er in dit kader nog geen onderzoek verricht is. In wat volgt wordt getracht een overzicht te geven van

de

proefmethodes

die

door

verschillende

certificeringinstellingen,

externe

controlebureaus of onderzoekers worden toegepast, zowel in binnen- als buitenland. Het testen van de duurzaamheid van zelfklevende producten gebeurt op verschillende niveaus, die in wat volgt allemaal worden toegelicht.

2.2.1. Op niveau van het verbindingsmiddel Om de thermische stabiliteit van verschillende kleefstoffen op een praktijkgerelateerde manier met elkaar te kunnen vergelijken is het nodig de kleeflaag in se te onderwerpen aan tests. In een technische publicatie [3] in het Journal of ASTM International wordt een beproevingsmethode voorgesteld. Om de kleeflaag van de verschillende zelfklevende membranen te testen, moet de kleefstof eerst gescheiden worden van de drager. Het scheiden gebeurt door de kleefmassa te bevriezen met behulp van vloeibare stikstof. De verkregen laagjes kleefstof plaatst men vervolgens in een warmtepers om eenheid te verkrijgen in elk sample. Het beproeven bestaat erin de monsters met grootte 6,45cm² x 1,3cm gedurende 20 weken kunstmatig te verouderen, door ze enerzijds aan een constant klimaat en anderzijds aan een wisselend klimaat te onderwerpen.

Figuur 7 - voorbereide kleefstof samples [3]

Ost Tim


8

Het constant klimaat wordt verkregen door de samples in een oven te plaatsen op een temperatuur van (70±2)°C met een constante relatieve vochtigheid. Deze temperatuur wordt als representatief beschouwd voor mogelijke wandtemperaturen die op een warme en zonnige dag kunnen voorkomen achter gevelbekledingen. Men steunt hierbij op een meting, uitgevoerd op een warme (29°C) zonnige dag te Californië, waarbij de temperatuur achter een grijze cederhouten gevelbekleding 77°C bedroeg. Door middel van een klimaatkamer stelt men de monsters bloot aan een wisselend klimaat met volgende karakteristieken: viermaal per dag wordt een cyclus doorlopen waarbij de temperatuur van -5°C tot 55°C en de relatieve vochtigheid van 0 tot 100% varieert. Om de verouderde samples te kunnen vergelijken wordt voor dezelfde periode van twintig weken een reeks referentiemonsters bewaard op kamertemperatuur. De drie samplereeksen worden voor en na veroudering visueel gecontroleerd op mogelijke degradatieverschijnselen.

2.2.2. Op productniveau Verschillende verouderingsproeven kunnen uitgevoerd worden om de duurzaamheid te bepalen van zowel het membraan op zich als de aanhechting van het product.

2.2.2.1. Zelfklevend membraan Blootstelling aan weersinvloeden [3]– In de opbouwfase van een constructie kunnen zelfklevende membranen voor een langere tijd blootgesteld worden aan allerlei weersinvloeden. De weerstand tegen deze negatieve effecten kan getest worden door het materiaal 14 weken in een Weatherometer aan een wisselend klimaat bloot te stellen, volgens de norm ASTM G155 (G26) [10]. Dit apparaat simuleert de weersinvloeden waaraan materialen in de praktijk blootgesteld zijn, door middel van verhoogde temperatuur en relatieve vochtigheid, intermitterend watersproeien en sterk UV licht. De test samples bestaan uit membraanstrips met afmetingen 1,27 cm (0,5 inch) x 5,08 cm (2 inches) die verkleefd zijn op PVC-R. Het verouderen van deze monsters gebeurt in de weersimulator waar ze de in tabel 1 vermelde cyclus doorlopen. Er is gekozen voor stijve PVC omdat in de praktijk vaak verkleefd wordt op PVC raamkaders. Om het effect van de weercyclus op het vinyl na te gaan wordt een reeks onverkleefde controlemonsters aan dezelfde cyclus onderworpen.

Ost Tim


9

Duur

UV

Sproeien

Temperatuur

Vochtigheid

120 min.

licht

-

70°C

50% RV

60 min.

donker

-

38°C

95% RV

40 min.

licht

-

70°C

50% RV

20 min.

licht + sproeier voor

70°C

45°C H2O

60 min.

licht

-

70°C

50% RV

donker + sproeier achter

38°C

45°C H2O

60 min.

Tabel 1 - Weatherometer cyclus

Op vooraf bepaalde tijdstippen worden de samples visueel geïnspecteerd op degradatie en onderworpen aan een driepuntsbuigproef om eventuele aftakeling van het PVC te detecteren. Blootstelling aan hoge temperatuur – Na de opbouwfase van een constructie zijn de zelfklevende membranen beschut tegen het UV licht maar zijn ze nog steeds kwetsbaar voor hoge temperaturen. Uit een studie [2] is gebleken dat naast de thermische stabiliteit van de kleefstof, ook de stabiliteit van de toplaag een belangrijke rol speelt in de prestaties voor thermische veroudering. In dit onderzoek zijn samples met afmetingen 25 mm x 200 mm aangebracht op verschillende ondergronden. Deze specimen zijn vervolgens gedurende 14 dagen in een warme lucht oven op een temperatuur van 70°C geplaatst. Na deze tijdsduur werden de kleefstof en de toplaag op eventuele degradatie gecontroleerd. Het Underwriters Laboratory (UL) is een certificeringinstelling die een procedure heeft opgesteld voor het testen van onder andere drukgevoelige tapes met toepassing in de ventilatiesector. Deze procedure maakt deel uit van de richtlijn UL 181B [11] en beproeft de tapes in een oven op hoge temperatuur, vandaar de benaming ‘baking test’. Deze test werd door Abushakra en Walker [12] gebruikt om de duurzaamheid van duct tapes met in de woningventilatie na te gaan. Daarbij werd elk type tape verkleefd op drie samples van een te testen ondergrond, met dimensies 100 mm x 100 mm. Om de aantasting van de ondergrond te beoordelen, wordt een extra substraatsample zonder tape voorzien. Elke combinatie tape-substraat bestaat dus uit vier samples die gedurende 60 dagen in een oven op een constante temperatuur van 100°C worden geplaatst.

Ost Tim


10

Figuur 8 - een combinatie tape-substraat vóór (links) en na (rechts) de 'baking test' (UL 181B) [12]

Ook hier worden de testsamples uit de ‘baking test’ visueel gecontroleerd op eventuele degradatieverschijnselen. Er wordt een score (0 tot 2) toegekend aan de graad van aantasting. Door middel van dit subjectief puntensysteem bekomt men voor elke combinatie tapesubstraat een totaalscore, door de som te maken van de score bij elk type degradatie. Hierdoor wordt het enigszins mogelijk de prestaties van de tapes onderling met elkaar te vergelijken. Het is duidelijk dat in het laatste geval de tapes in de praktijk aan andere sollicitaties worden blootgesteld dan de membranen. Om die reden is er een verschil in de randvoorwaarden waaraan beide beproefd worden. Het principe van de testprocedure is echter gelijkaardig.

2.2.2.2. Aanhechting van het product Blootstelling aan een constant klimaat Het AAMA is een Amerikaanse certificeringinstelling die een richtlijn heeft opgesteld voor het beoordelen van zelfklevende membranen, namelijk de AAMA 711-07 [13]. Hierin worden verschillende duurzaamheidtesten beschreven waaronder de blootstelling aan een verhoogde temperatuur. Ter voorbereiding van deze test neemt men drie membraansamples met dimensies 25 mm x 305 mm en verkleeft ze op een geanodiseerd aluminium substraat met afmetingen 100 mm x 305 mm. Elk van de membranen wordt aan één uiteinde 50 mm omgeplooid, met de kleefzijdes naar elkaar toe, zodat een kleefvrije rand ontstaat. De samples moeten vijfmaal aangedrukt worden door middel van een 2 kg ± 45 gram aandrukrol. Vóór de veroudering worden de testmonsters 24 uur geconditioneerd op een temperatuur van (23 ± 1)°C en een (50 ± 5)% RV, waarbij de substraten volgens hun langste as verticaal

Ost Tim


11

geplaatst zijn met de kleefvrije rand naar boven. Na deze preconditionering worden de samples, in functie van het type membraan, aan één van volgende klimaten blootgesteld: Type

Randvoorwaarden

Blootstellingsduur

Niveau 1

50°C

7 dagen

Niveau 2

65°C

7 dagen

Niveau 3

80°C

7 dagen

Tabel 2 - veroudering in functie van het membraantype (AAMA 711-07)

Na veroudering moeten de samples gedurende 24 uur naconditioneren op kamertemperatuur, waarna een 90° afpelproef uitgevoerd wordt volgens de norm ASTM D3330 Methode F. De duurzaamheid wordt beoordeeld door de afpelwaarde te toetsen aan een vooropgestelde ondergrens van 0,26 N/mm. Daarnaast wordt ook melding gemaakt van eventuele degradatie aan de top- en kleeflaag van het membraan. In een Duitse studie van Ackermann et al. [14] naar de duurzaamheid van kleefverbindingen bij luchtdichtheidsschermen, zijn een aantal kleefbanden en lijmen getest door ze aan twee constante klimaattypes boot te stellen gedurende verschillende tijdsperiodes. Ter voorbereiding van de test worden volgens voorschriften van het FLiB verschillende substraatsamples met afmetingen 25 mm x 200 mm gemaakt. Daarop verkleeft men het luchtdichtheidsscherm, volgens de richtlijnen van de fabrikant, door middel van lijm of een kleefband. Het testen van de aanhechting gebeurt door de testmonsters, na blootstelling aan een van beide klimaten, te onderwerpen aan een 180° afpelproef. Hierbij wordt het substraat onderaan in een houder geklemd, het luchtdichtheidsscherm 180° omgeplooid en bovenaan in de proefopstelling bevestigd. De maximale opgenomen kracht wordt als maat voor de sterkte van de aanhechting genomen. Type

Randvoorwaarden

Blootstellingsduur

Referentieklimaat

T = 23°C ; RV = 50%

48 uur

Klimaat 1

T = 65°C ; RV = 80%

60, 180 en 220 dagen

Klimaat 2

T = 100°C

60, 180 en 168 dagen

Tabel 3 - overzicht klimaattypes volgens Ackermann

Om de duurzaamheid van de aanhechting te beoordelen vergelijkt men de maximale proefwaarde met een referentiewaarde. Deze waarde wordt bekomen door een 180° afpelproef

Ost Tim


12

uit te voeren op identieke testmonsters die vooraf geconditioneerd zijn volgens een constant referentieklimaat. Tabel 3 geeft een overzicht van de verschillende klimaten. Bij de voorgaande testprocedures valt op te merken dat er een verschil is in de manier waarop de duurzaamheid wordt ingeschat. Men kan de afpelwaarde aan een ondergrens (=minimumprestatie) toetsen of vergelijken met een identiek onverouderd monster.

Blootstelling aan een wisselend klimaat In de AAMA 711-07 is ook een procedure vermeld voor het versneld kunstmatig verouderen van membranen onder een wisselende klimaat. De voorbereiding en preconditionering van de samples gebeurt op identieke wijze als bij het constante klimaat. De ageing gebeurt door de samples 10 keer aan onderstaande cyclus bloot te stellen. Duur

Randvoorwaarden

8 uur

(50±1)°C

max. 5 min

overgang 1 naar 2

16 uur

(-40±1)°C

Tabel 4 - één temperatuurcyclus volgens AAMA 711-07

Het uitvoeren van de afpelproef en het beoordelen van de duurzaamheid is analoog aan de procedure voor een constant klimaat. In de reeds vermelde Duitse studie van Ackermann [14] worden de samples ook getest volgens een variërend temperatuurverloop. De beproeving is identiek aan de procedure zoals toegepast bij het constant klimaat met als enige verschil de verouderingswijze. Deze gebeurt door de samples een cyclus van 12 uur in totaal 120, 360 en 560 keer te laten doorlopen. Dit komt overeen met respectievelijk 60, 180, 280 dagen. Onderstaande tabel geeft het wisselklimaat weer.

Ost Tim

Duur

Randvoorwaarden

6 uur

T = 5°C en RV = 80%

6 uur

T = 55°C en RV = 80%


13

Blootstelling aan UV licht In de AAMA 711-07 is eveneens een procedure vermeld voor het versneld kunstmatig verouderen van membranen onder UV blootstelling. De voorbereiding en preconditionering van de samples gebeurt op identieke wijze als bij het constante klimaat. De ageing gebeurt hier volgens de norm ASTM G 154, UVA, Cyclus 1, voor een periode van 14 dagen of 336 uur. Het uitvoeren van de afpelproef en het beoordelen van de duurzaamheid is analoog aan de procedure voor het constante klimaat.

Blootstelling aan vloeibaar water In België is er door de BUtgb een gids voorzien die de criteria bespreekt waaraan membranen voor aansluitingen in de gevelbouw moeten voldoen. Dit document heeft tot doel fabrikanten van dichtingsmembranen te begeleiden bij hun ATG aanvraag voor het bekomen van een technische goedkeuring met certificatie. De proeven om verschillende membranen te identificeren en de prestaties ervan te bepalen worden er opgesomd. Deze proeven worden uitgevoerd volgend de Europese normen. Onder meer de bepaling van de aanhechting op verschillende ondergronden inclusief de gevoeligheid voor veroudering, warmte en vochtigheid wordt ter sprake gebracht. Gezien er geen Europese normen voor handen zijn die deze prestatie kunnen beoordelen, werd een proef oppuntgesteld. Het bepalen van de aanhechting op verschillende supports verloopt als volgt: de folie wordt volgens de voorschriften van de fabrikant verlijmd op de verschillende ondergronden die een standaardoppervlak hebben van 200/200. Om de invloed van de randen te verwaarlozen dient een folie met een breedte van 50 mm verlijmd te worden volgens onderstaande schets. [15]

Figuur 9 - afschuifkracht membranen op verschillende supports [15]

Ost Tim


14

Na de voorbereiding van het testsample wordt het geheel op afschuiving belast volgens de norm EN 12317-2 [16]. Vervolgens wordt de meetwaarde van de afschuifkracht getoetst aan het criterium voor gevels. Deze laatste stelt dat de afschuifkracht meer dan 100N/50mm moet bedragen. De gevoeligheid voor veroudering, warmte en vocht is een indicatie voor de duurzaamheid van de verbinding. Deze wordt nagegaan door de samples gedurende 7 dagen onder te dompelen in water met een temperatuur van 60 °C. Na deze preconditionering wordt de aanhechting op de verschillende ondergronden getest door het uitvoeren van de afschuifproef. De bekomen meetwaarde wordt dan opnieuw getoetst aan het criterium voor gevels met de bijkomende vereiste dat het verlies ten opzichte van de initiële waarde, d.i. de afschuifkracht van de niet geconditioneerde samples, niet meer dan 50% mag bedragen.

Op verschillende ondergronden

Normering

Criterium gevels

Initieel (Temperatuur 23°C+/-2°C en 30% <= RV <= 70%)

EN 12317-2

≥ 100N/50 mm

Aanhechting op ondergrond

Verouderd 7 dagen water 60°C

EN 12317-2

≥ 100N/50 mm verlies ≤ 50%

Duurzaamheid van de aanhechting

Tabel 5 - overzicht ATG proefverloop

De procedure volgens het AAMA verloopt min of meer gelijkaardig aan de ATG richtlijnen. Ter voorbereiding van de test wordt een membraansample met dimensies 50 mm x 400 mm verkleefd op een geanodiseerd aluminiumsubstraat met afmetingen 100 mm x 375 mm. Het sample wordt in de aslijn van het substraat aangebracht en komt 25 mm voorbij een van de uiteinden. De laatste 25 mm van het membraan wordt niet verkleefd. Daarna wordt vijfmaal over de resterende lengte van 305 mm aangedrukt door middel van een 2 kg ± 45 gram aandrukrol. Vóór veroudering wordt het testmonster voor een periode van 24 uur geconditioneerd op een temperatuur van (23 ± 1)°C en (50 ± 5)% RV. Na deze conditionering wordt een eerste 90° afpelproef uitgevoerd over een lengte van 90 mm. Vervolgens plaatst men het specimen gedurende 7 dagen in water op een temperatuur van (23 ± 1)°C, waarna de afpeltest herhaald wordt over het resterende kleefgedeelte. De duurzaamheid wordt beoordeeld door beide waarden voor de afpelweerstand te toetsen aan het 0,26 N/mm-criterium. Daarnaast noteert men ook de visuele degradaties van het membraan.

Ost Tim


15

Blootstelling aan een dynamische krachtwerking Om de invloed van de windinwerking op een membraan te begroten is er in de Duitse studie van Ackermann [14] een proefvoorstel gedaan. De windbelasting is te omschrijven als een overheersend schoksgewijze kortstondige krachtwerking. Hierbij treden in de kleeflaag en het aanhechtingsoppervlak schuifkrachten op. Om dit effect te simuleren werd een proefopstelling ontwikkeld, welke in onderstaand figuur te zien is. De voorbereiding van de samples gebeurt op identieke wijze als bij de andere tests in deze studie.

Figuur 10 - proefopstelling wisselende krachtwerking volgens Ackermann

De substraten zijn bovenaan ingeklemd en de luchtdichtheidschermen zijn door middel van het te testen verbindingsmiddel verkleefd. Onderaan de schermen is een gewicht bevestigd dat wanneer de verbinding niet belast wordt rust op een steunplaat. In het belastingsgeval wordt deze ondersteuning weggenomen waardoor in het scherm een trekkracht ontstaat die resulteert in een afschuifkracht ter plaatse van de kleeflaag en het hechtoppervlak. De belasting wordt afwisselend aangebracht en weggenomen door het op en neer bewegen van de steunplaat. Dit proces wordt herhaald tot het scherm volledig losgekomen is van het substraat of tot de kleeflaag zodanig is verschoven dat het geheel continu op de plaat rust. De massa van het gewicht bedroeg tijdens de beproeving 500 gram. Deze waarde is afgeleid uit de norm DIN 1055-4 “Lastannahmen für Bauten – Windlasten”, waarbij de windlasten voor een gebouwhoogte tussen 8 en 20 meter omgerekend zijn voor een proeflichaam met breedte 25 mm.

Ost Tim


16

Het totaal aantal belastingscycli wordt geteld tot het falen van de verbinding. Deze getalwaarde is een middel om de verschillende producten onderling te vergelijken. Om na te gaan of het falen het gevolg is van de grootte van het gewicht of juist door de dynamisch wisselende inwerking ervan, worden identieke samples aan een statische belasting onderworpen. Dit gebeurt in dezelfde proefopstelling waarbij de steunplaat gedurende het ganse testverloop op het laagste punt staat. De tijd tot het falen van de verbinding wordt gemeten.

2.2.3. Op componentniveau De beproevingen op voorgaande niveaus geven een idee van de productprestaties. Als een membraan bij deze materiaaltests ‘goede’ resultaten behaalt, is er nog geen garantie dat het ook behoorlijk gaat presteren na plaatsing volgens de verwerkingsrichtlijnen. De kwaliteit en de manier van verwerken bepaalt mede de prestatie op niveau van het schrijnwerk zelf. In opdracht van producenten voert het Duitse IFT daarom ook proeven uit om het gedrag van afdichtingsystemen tussen

een ingebouwd venster en de ruwbouw te onderzoeken. De

procedure [17] bestaat erin bij een ingebouwde raamopstelling de dichtheid van de aansluitingsvoeg tegen regen en wind evenals de geluidsisolatie van de voeg te testen, in initiële toestand als ook na een gesimuleerde kortstondige belasting. In deze proef wordt dus een beoordeling gedaan van de water-, lucht- en geluidsdichtheid van een afdichtingsysteem. Alle producten die voor de afdichting van de voeg gebruikt zijn, zijn afkomstig van eenzelfde fabrikant. Het principe van de proef gaat als volgt: na de correcte opstelling volgens de richtlijnen van de producent, wordt de klasse van de luchtdoorlatendheid en waterdichtheid bepaald volgens respectievelijk DIN EN 1026 [18] en DIN EN 1027 [19]. Deze Duitse normen zijn gelijkaardig met de Belgische normen NBN EN 1026 [20] en NBN EN 1027 [21]. Vervolgens wordt de hele opstelling aan een wisselend klimaat blootgesteld volgens onderstaand schema.

Ost Tim


17

Figuur 11 - klimaatcyclus volgens IFT proefverloop [17]

Deze afbeelding toont de cyclus die het klimaat aan de buitenzijde van het raam in totaal 10 keer doorloopt. Tijdens de belasting heerst aan de binnenzijde een normaal kamerklimaat. Aansluitend op de eerste veroudering wordt het geheel gedurende 10 dagen aan een constante vochtbelasting blootgesteld. De buitenluchttemperatuur bedraagt hierbij (-15 ± 5)°C en het kamerklimaat heeft een temperatuur van (20 ± 5)°C met RV 60 tot 70%. Als laatste wordt de proefopstelling aan een wisselende belasting van over- en onderdruk onderworpen volgens de norm DIN EN 12211 met in totaal 200 cycli aan 1000Pa. Tijdens en na elke verouderingsmethode wordt het geheel steeds visueel geïnspecteerd op eventuele veranderingen. Na de drie verouderingsproeven wordt opnieuw de luchtdichtheids- en waterdichtheidsklasse bepaald en wordt ook de geluidsdichtheid gemeten. Vervolgens demonteert men de proefopstelling om vast te stellen of er water door het afdichtingsysteem is gedrongen. De beoordeling van het systeem gebeurt enerzijds visueel en anderzijds door het vergelijken van de verschillende klassen voor en na veroudering.

Ost Tim


18

2.2.4. Conclusies Bij alle verouderingstests valt op te merken dat de membranen na beproeving aan een visuele inspectie onderworpen worden. Dit is een subjectieve manier van beoordelen en volstaat niet om uitspraken te doen over de duurzaamheid van een product. Het toont wel de eventuele pijnpunten aan bij een bepaald type folie, maar het is moeilijk deze te vertalen naar een getalwaarde opdat membranen onderling kunnen vergeleken worden. In het geval van aanhechtings- en componentproeven is het wel mogelijk een getalwaarde als vergelijkingsmiddel te gebruiken. Door certificeringinstellingen wordt daarom een ondergrens ingesteld die de minimum prestatie van een membraan definieert. De gevonden proefwaarde wordt aan deze grens getoetst om te kijken of een membraan al dan niet voldoet aan de vooropgestelde criteria. Verder valt nog op te merken dat in de richtlijnen van het AAMA steeds test samples samengesteld worden met een geanodiseerd aluminium substraat, terwijl zelfklevende membranen praktisch gezien in contact komen met een breed gamma aan bouwmaterialen. Het AAMA verantwoordt deze keuze als volgt: [18]

“…, for repeatability and consistency among test labs, it’s necessary to define a substrate that is commonly used in most adhesion tests. Anodized aluminium is a reliable substrate for this purpose and one that is readily available. Standard steel panels are often times used but we feel anodized aluminium offers a more “predictable” surface for testing and provides a superior comparative analysis between performance of self-adhering flashings, sealants, etc.” Uit voorgaand overzicht blijkt dat er geen eenduidigheid is in de manier van beproeven. Een uniforme testmethode voor zelfklevende membranen met eenzelfde toepassing zou een goed hulpmiddel zijn bij de verdere ontwikkeling van deze membranen.

Ost Tim


19

3. Experimenteel onderzoek In het kader van deze studie is onderzoek gedaan naar het gedrag van verschillende types zelfklevende membranen op verschillende ondergronden. Zoals reeds vermeld zijn er geen Europese normen voorhanden die de aanhechting van zelfklevende membranen en de duurzaamheid ervan beoordelen. Als basis voor het experimenteel gedeelte van deze studie is daarom uitgegaan van de ATG richtlijn. Eerst wordt de gevolgde testprocedure stap per stap uiteengezet. De testresultaten worden vervolgens per ondergrond besproken. Dit is nuttige informatie voor de architect, de vakman of de doe-het-zelver. Daarna komen de resultaten per type folie aan bod, wat van belang kan zijn voor de producent. Op elke ondergrond zijn per type folie steeds vijf identieke membraansamples getest. In totaal zijn drie types membranen op vier verschillende ondergronden getest. De keuze van de folies en ondergronden worden verderop nader verklaard. Alle zelfklevende membranen werden volgens de verwerkingsvoorschriften van de producent op de verschillende ondergronden aangebracht. We kunnen vervolgens nagaan hoe de folies zich verhouden ten opzichte van elkaar. Om de effectiviteit van de hechtprimers te beoordelen werden alle folies bovendien getest op een aantal niet voorbehandelde substraten. Het aanbrengen van een primer betekent een extra financiële kost en wordt om besparingsredenen soms niet toegepast. Uit onze resultaten kunnen we afleiden of het weglaten van een primer op deze ondergronden wel te verantwoorden is. Dit onderzoek gaat ook na of veroudering de prestaties van zelfklevende membranen beïnvloedt. De resulterende proefwaarden zijn met behulp van statistische testen geanalyseerd. Verder worden bij alle proeven steeds de breukpatronen beschreven. Dit gebeurt met behulp van de definities uit het vorige hoofdstuk, samen met enkele kenmerkende digitale foto’s.

Ost Tim


20

3.1.

Voorbereiding van de test samples

Voorbereiding van de membranen - Uit het brede gamma aan zelfklevende producten zijn in totaal drie verschillende types geselecteerd voor onderzoek. Twee ervan zijn afkomstig van een gespecialiseerde fabrikant en hebben een zelfklevende butyllaag aan de onderzijde. Het derde is te vinden in de meeste doe-het-zelf zaken en is voorzien van een zelfklevende laag op basis van SBS gemodificeerde bitumen. Een overzicht van de membranen, en hun samenstelling, is te vinden in tabel 6.

Codering

Kleefstof

Kleefoppervlak

Drager

SA

Butyl

Volvlakkig

EPDM rubber

SAf

Butyl

Kleefstrook (4 cm)

EPDM rubber

AQ

SBS bitumen

Volvlakkig

Aluminiumfolie

Tabel 6 - zelfklevende membranen geselecteerd voor onderzoek

De SA en SAf folies zijn geleverd op rollen van 30 cm breed met een lengte van 20 m. Hieruit worden loodrecht op de lengterichting van de rol stroken met een breedte van 50 mm gesneden. De AQ folie is aangekocht in rollen van 10 cm breed met een lengte van 5 m. Deze worden in de lengterichting opgedeeld in strips van 10 cm x 30 cm en vervolgens middendoor gesneden. Op die manier worden identieke membraansamples verkregen met afmetingen 50 mm x 300 mm, die volgens figuur 9 te verkleven zijn. In figuur 12 werden de draag- en kleefzijde van de verschillende folies afgebeeld.

Figuur 12 – Drager (links) vs. Kleefzijde (rechts) van de membraansamples (respectievelijk folie SA, SAf en AQ)

Ost Tim


21

Voorbereiding van de ondergronden - De aanhechting van de membranen is nagegaan bij snelbouwsteen, cellenbeton, ruw hout en een geanodiseerd aluminium raamprofiel. Deze bouwmaterialen worden echter geproduceerd volgens een aantal standaardafmetingen. Het was dus niet mogelijk voor alle ondergronden te voldoen aan het in figuur 9 vooropgestelde standaardoppervlak. De dimensies zijn wel zodanig gekozen dat de randafstanden tot de verkleefde folie min of meer gerespecteerd kunnen blijven. Het cellenbeton, het ruwe hout en het aluminium raamprofiel zijn uit grotere standaardafmetingen verzaagd tot hanteerbare formaten. Tabel 7 geeft een overzicht van de gekozen substraatafmetingen. Substraat

Dimensies

Primer

Snelbouwsteen

14cm x 29cm (x 9cm)

ja

Cellenbeton

25cm x 30cm (x 7cm)

ja

Ruw Hout

10cm x 30cm (x 2cm)

ja

Aluminium raamprofiel (geanodiseerd) 7cm x 10cm (x 7cm)

nee

Tabel 7 - Overzicht substraatafmetingen

Volgens de verwerkingsvoorschriften van beide fabrikanten dient bij verkleving op poreuze ondergronden het oppervlak vooraf behandeld te worden met een primer. Alvorens de folies te verkleven moet de voorbehandeling minstens dertig minuten ingewerkt hebben. De primer verschilt naargelang de aan te brengen kleefstof, wat te zien is op onderstaande foto’s. Het aluminium raamprofiel is met behulp van een verdunner ontdaan van vetten en oliën, die bij het verzagen zijn achtergebleven.

Figuur 13 - primer zelfklevende SBS bitumen vs. zelfklevende butyl

Ost Tim


22

Samenstellen van de test samples - Na voorbereiding van de membranen en ondergronden kunnen beide conform het ATG proefvoorstel samengevoegd worden. Alle membraansamples worden daarbij verkleefd met een standaard hechtoppervlak van 50 mm x 50 mm. De folie met kleefstrook wijkt als enige af op deze regel met een hechtoppervlak van 40 mm x 50 mm. Hiermee moet rekening gehouden worden tijdens het beoordelen van de testresultaten. De overige membranen worden over een afstand van 50 mm ontdaan van hun verwijderfolie.

Figuur 14 - test samples op snelbouwsteen

Om elk substraat ten volle te benutten wordt zowel de voor- als achterzijde verkleefd, op voorwaarde dat de oppervlakken gelijkwaardig zijn. Per type folie worden telkens 5 identieke membraansamples aangebracht op eenzelfde ondergrond.

Figuur 15 - gelijkmatig aandrukken van het kleefoppervlak

Het verkleven verloopt als volgt: de membranen worden van hun verwijderfolies ontdaan en, door licht aandrukken met de hand gepositioneerd op de ondergrond. Vervolgens wordt gebruik gemaakt van een aandrukrol om het geheel gelijkmatig aan te drukken en eventueel ingesloten lucht naar buiten te duwen. Volgens de norm EN 13217-2 moeten de samples na verkleving minstens twee uur conditioneren op (23 ± 2)°C en op (50 ± 5)% RV vooraleer tot testen over te gaan.

Ost Tim


23

3.2.

Initiële- en verouderingstests

3.2.1. Beproevingsmethode De aanhechting van elk membraan op elke ondergrond wordt getest door het uitvoeren van een afschuifproef volgens de norm EN 13217-2. In deze proef worden de test samples aan een constante snelheid op afschuiving belast, totdat de verbinding het begeeft. Testapparaat - De belasting wordt aangebracht door middel van een gekalibreerde Instron trekmachine. Aangezien de te onderzoeken bouwmaterialen variëren in dikte, is de machine op een flexibele manier aangepast. Onderaan is een bankschroef gemonteerd waarvan de positie in twee asrichtingen kan aangepast worden. Deze beweging volgens twee assen is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de belasting steeds in de as van het afschuifoppervlak plaatsgrijpt.

Bovenaan

is

een

frame

op

een

bolscharnier

voorzien

waarin

de

membraansamples kunnen bevestigd worden.

Figuur 16 - Instron trekmachine met flexibele aanpassing

Initiële testprocedure – De test samples worden stevig vastgehouden in de klemmen van de trekbank, rekening houdend met de correcte uitlijning van de as van de verbinding en de as van de trekbelasting. Onderaan wordt het substraat tussen de wangen van de bankschroef geklemd. Bovenaan wordt het membraan tussen twee metalen staafjes geklemd die in de groeven van het frame passen. De test wordt uitgevoerd bij een temperatuur van (23 ± 2)°C en Ost Tim


24

tegen een constante belastingssnelheid van (100 ± 10)mm/min. De trekkracht wordt continu geregistreerd totdat de verbinding of het membraan het begeeft. Deze procedure wordt per substraat herhaald voor de vijf identieke membraansamples. Na elke proef wordt het breukpatroon beschreven. Testprocedure voor veroudering – De test samples bestemd voor veroudering worden gedurende een periode van zeven dagen ondergedompeld in water op een temperatuur van zestig graden Celsius. Ze worden in een geïsoleerd reservoir geplaatst dat verbonden is met een thermokoppel. Deze sensor zorgt voor het behoud van een constante temperatuur tijdens het verouderingsproces. Na een week worden de test samples uit het water genomen en aan de initiële testprocedure onderworpen. Eventuele schadefenomenen te wijten aan de veroudering worden genoteerd.

Figuur 17 - geïsoleerd waterreservoir met afmetingen 30 cm x 40 cm x 90 cm

Ost Tim


25

3.2.2. Testresultaten In totaal zijn drie types membranen op vier ondergronden getest, zowel initieel als verouderd. Daarnaast is bij de poreuze ondergronden nagegaan wat het effect is van het aanbrengen van een primer. Dit is bij twee types folie initieel getest, door ze aan te brengen op een substraat zonder voorbehandeling. De resultaten worden achtereenvolgens per type ondergrond en per type membraan besproken. De individuele meetwaarden zijn te vinden in bijlage A, foto’s van de test samples na de beproeving zijn te vinden in bijlage C. De afschuifweerstand van een membraansample wordt gedefinieerd als de maximale trekkracht die tijdens de test werd geregistreerd. Op elke ondergrond zijn er per type folie dus vijf maximale meetwaarden. Het gemiddelde van deze reeks van vijf wordt gedefinieerd als de afschuifweerstand van de verbinding. Naast het gemiddelde worden ook de standaardafwijking en de variatiecoëfficiënt berekend. Deze laatste drie parameters worden aangewend om de aanhechting van de verschillende membranen op eenzelfde ondergrond onderling te kunnen vergelijken. Het analyseren van de proefwaarden gebeurt aan de hand van de softwarepakketten Excel en SPSS versie 15. Bij het vergelijken van de verschillende ondergronden met de types membranen is gebruik gemaakt van een variantieanalyse (ANOVA met post-hoc test). Hierbij zijn de ondergrond en het membraan twee onafhankelijke variabelen die elk invloed uitoefenen op de meting van de afhankelijke variabele, zijnde de afschuifkracht. Om het effect van veroudering en het gebruik van een primer na te gaan is voor elke combinatie membraan-ondergrond telkens een zogenaamde ‘Student two sample t-test’ uitgevoerd. Hierbij worden twee onafhankelijk normaal verdeelde testgroepen met elkaar vergeleken om te bepalen of er een significant verschil bestaat tussen deze twee groepen. De twee onafhankelijke testgroepen zijn in dit geval respectievelijk de initiële combinatie versus de verouderde combinatie en de combinatie met primer versus die zonder primer. Een p-waarde <0.05 wordt als significant beschouwd. De SPSS output van elke test is terug te vinden in bijlage B. Naast het onderling vergelijken van de membranen is het ook van belang na te gaan wanneer men kan spreken van een kwalitatieve verbinding. Met andere woorden, welke ondergrens kan gehanteerd worden om te spreken van een ‘voldoende’ aanhechting? Als minimum voldoende aanhechting is uitgegaan van de in tabel 5 vooropgestelde criteria voor gevels.

Ost Tim


26

3.2.2.1. Per type ondergrond 3.2.2.1.1. Aanhechting op snelbouwsteen INITIEEL - De afschuifweerstand van de drie types folie op een snelbouwsteen met primer is grafisch voorgesteld in grafiek 1. We zien dat alleen de folie met zelfklevende SBS bitumen (AQ) voldoet aan de minimum prestatie opgegeven in de ATG richtlijn. Initiële aanhechting analyse van 15 test samples

200

SA SAf AQ

160

volgens EN 12317-2

Afschuifweerstand (N/50mm)

180

140 120 100 80 60 40 20 0

SNELBOUWSTEEN Grafiek 1 – Variatiecoëfficiënten met primer: SA = 4,06% ; SAf = 7,36% ; AQ = 5,15%

Uit de post-hoc test (bijlage B) is af te leiden dat er een statistisch significant verschil is tussen AQ en de andere twee folies, welke onderling niet significant verschillen. Het verschil dat tussen SA en SAf merkbaar is in grafiek 1, kan dus nog steeds op het toeval berusten. Een mogelijk oorzaak hiervan kan zijn dat er te weinig metingen zijn uitgevoerd. Wel kan met 95% betrouwbaarheid gezegd worden dat het verschil tussen AQ en de butylfolies (SA en SAf) geen toeval is. Anders gezegd presteert AQ in dit geval beter dan SA en SAf. INVLOED PRIMER – Twee van de drie folies (SA en AQ) zijn initieel getest op snelbouwsteen zonder primer, terwijl de producent aanraadt deze poreuze ondergrond voor te behandelen. Grafiek twee toont de afschuifweerstanden op snelbouwsteen, ‘met primer’ versus ‘zonder primer’. We zien dat bij weglaten van de hechtprimer de AQ folie nog steeds

Ost Tim


27

voldoet aan het ATG criterium en dat de SA folie met 100,8 N/50mm opmerkelijk genoeg net de ondergrens haalt.

Invloed primer bij SNELBOUWSTEEN 200

met primer zonder primer

160 140 volgens EN 12317-2


180

120 100 80 60 40 20 0 SA

AQ

Grafiek 2 - Variatiecoëfficiënten zonder primer: SA = 1,09% ; AQ = 2,23%

Uit de student t-test blijkt dat er geen significant verschil bestaat tussen de AQ samples ‘met primer’ en die ‘zonder primer’. Het omgekeerde geldt bij de SA membranen, waaruit blijkt dat het membraan met zelfklevende butyl beter presteert zonder hechtprimer. Daarnaast merken we bij beide membranen op dat, bij het ontbreken van een primer, de relatieve spreiding van de meetwaarden enorm daalt. Ze is qua grootte-orde te vergelijken met de relatieve spreiding van een aluminium geanodiseerd substraat. Deze ondergrond komt later aan bod. INITIEEL vs. VEROUDERD – Na de inwerking van warmte en vocht op snelbouwsteen ‘met primer’, zien we dat AQ nog steeds voldoet aan het minimum criterium. Bovendien is bij alle membranen het verlies aan afschuifweerstand minder dan 50%. Uit het onderling vergelijken van de drie verouderde folies blijkt dat SAf het significant slechter doet in vergelijking met SA en AQ, welke onderling niet betekenisvol verschillen. Men kan hieruit concluderen dat het

Ost Tim


28

membraan met kleefstrook, na veroudering, de minst goede afschuifweerstand heeft van de drie folies.

Aanhechting op SNELBOUWSTEEN Initieel vs. Verouderd

200 180

Initieel Verouderd

140 volgens EN 12317-2


160

120 100 80 60 40 20 0 SA

SAf

AQ

Grafiek 3 – Variatiecoëfficiënten van de verouderde samples: SA = 7,32% ; SAf = 7,11 ; AQ = 35,74%

Als we per folie de verouderde test samples vergelijken met de initiële, resulteert uit de student t-test dat er bij geen enkel membraan een significante af/toename is van de afschuifweerstand. De verouderingstest beïnvloedt de afschuifweerstand dus blijkbaar niet. Gezien de grote relatieve spreidingen, zou de oorzaak hiervan kunnen liggen in een te kleine steekproefgrootte. BREUKPATRONEN – Bij de initiële samples zien we dat alle membranen met zelfklevende butyl een overwegend cohesieve breuk vertoonden. Dit wil zeggen dat de adhesie met de snelbouw overwegend groter was dan de inwendige cohesie van de kleefstof. Bij één SAf sample kwam zelfs een kleine hoeveelheid kleefstof los van het membraan. De folies met zelfklevende bitumen faalden allemaal adhesief ter plaatse van het hechtoppervlak. Na het verwijderen van de verouderde samples uit het waterreservoir, was bij geen enkel membraan uitwendige aantasting vast te stellen. Wel was één van de aluminium-butyl

Ost Tim


29

samples voor de helft losgekomen van het substraat. Verder bleek dat na beproeving de breukpatronen bij alle types membranen dezelfde waren als bij de initiële test, met als enig verschil dat er kleine hoeveelheden water op de kleeflaag merkbaar waren. Waarschijnlijk is dit vocht doorheen de snelbouwsteen naar het raakvlak tussen kleefstof en substraat gemigreerd. Er valt ook op te merken dat bij twee van de vijf verouderde AQ samples de toplaag scheurde vooraleer de aanhechting het begaf. Dit kan mee aan de basis liggen van de grote spreiding na veroudering bij de AQ samples.

3.2.2.1.2. Aanhechting op cellenbeton INITIEEL - De afschuifweerstand van de drie types folie op cellenbeton ‘met primer’ is grafisch voorgesteld in grafiek 4. We zien dat geen enkel membraan voldoet aan de minimum prestatie opgegeven in de ATG richtlijn. Initiële aanhechting analyse van 15 test samples

200

SA SAf AQ

160

volgens EN 12317-2


180

140 120 100 80 60 40 20 0

CELLENBETON Grafiek 4 - Variatiecoëfficiënten: SA = 9,11% ; SAf = 10,27% ; AQ = 12,51%

Uit de post-hoc test is af te leiden dat tussen AQ en SA geen significant verschil is, maar dat ze beide wel betekenisvol verschillen van SAf. Men kan dus met 95% betrouwbaarheid zeggen dat SAf initieel minder goed presteert op cellenbeton dan de andere twee producten.

Ost Tim


30

INVLOED PRIMER – Twee van de drie folies (SA en AQ) zijn ook hier initieel getest op cellenbeton ‘zonder primer’, terwijl de producent aanraadt deze zeer poreuze ondergrond voor te behandelen. Grafiek 5 toont de afschuifweerstanden op cellenbeton, ‘met primer’ versus ‘zonder primer’. Opmerkelijk is dat bij het weglaten van de primer, de AQ folie nu wel voldoet aan de minimum ondergrens. Invloed van primer bij CELLENBETON 200


160 140 volgens EN 12317-2


180

120 100 80 60 40 20 0 SA

AQ

Grafiek 5 – Variatiecoëfficiënten samples zonder primer: SA = 11,19% ; AQ = 14,10%

Uit de student t-test blijkt dat de zelfklevende bitumenfolie op cellenbeton significant beter presteert zonder primer en dat het verschil bij de SA samples onvoldoende is aangetoond. De hechtprimer van de AQ folie beïnvloedt de prestaties bij cellenbeton op negatieve manier, terwijl dit juist omgekeerd zou moeten zijn. INITIEEL vs. VEROUDERD – Na de ageing test bij cellenbeton ‘met primer’ zijn 4 van de vijf folies met zelfklevende bitumen losgekomen onder invloed van vocht en warmte. Daardoor is slechts 1 AQ sample getest na veroudering, waarvan de afschuifweerstand 99N/50mm bedroeg. Deze meetwaarde is niet opgenomen in de analyse van de resultaten. In grafiek 6 is te zien dat na veroudering nog steeds geen enkel membraan voldoet aan het minimum criterium van 100N/50mm. De afname in afschuifweerstand was in alle gevallen wel minder dan 50%. Bovendien blijkt uit de post hoc test dat er geen significant verschil Ost Tim


31

bestaat tussen de verouderde SA en SAf membranen. Men kan dus niet zeggen dat SA na veroudering een betere afschuifweerstand heeft dan SAf of omgekeerd. Als we de verouderde test samples vergelijken met de initiële, dan resulteert uit de student ttest dat de veroudering enkel bij het SA membraan een significante invloed heeft. De inwerking van warmte en vocht heeft dus een negatieve invloed op de prestatie van het SA membraan. Dit standpunt geldt ook voor de AQ folie, aangezien het merendeel van de samples loskwam tijdens het verouderingsproces.

Aanhechting op CELLENBETON Initieel vs. Verouderd

200 Initieel Verouderd

180

Afschuifweerstand (N/50mm) volgens EN 12317-2

160 140 120 100 80 60 40 20 0 SA

SAf

AQ

Grafiek 6 – Variatiecoëfficiënten verouderde samples: SA = 15,40% ; SAf = 18,05% ; AQ = [-]%

BREUKPATRONEN – Bij de initiële samples met zelfklevende SBS bitumen was zowel in de gevallen ‘met primer’ als ‘zonder primer’ geen kleefrest op het substraat, wat duidt op een adhesief falen. De SA folie had iets meer kleefrest op cellenbeton ‘met primer’ in vergelijking met die ‘zonder primer’. Algemeen kunnen we zeggen dat het falen bij de membranen met zelfklevende butyl ook overwegend adhesief was. Kijken we naar de verouderde butylklevende samples dan zien we dat er een verschil is in het breukpatroon. In tegenstelling tot de initiële test is bij het volvlakkig kleefmembraan SA de

Ost Tim


32

breuk cohesief en blijft er bijgevolg veel kleefstof achter op het cellenbeton. Dit verschil in falen vertaalt zich in de grafiek 6 naar een significant verschil in prestatie, waarbij het adhesief falen overeenstemt met de grootste afschuifweerstand. Het membraan met kleefstrook SAf kent dezelfde breuk als bij de initiële test. We zien bij deze laatste de kleur van de kleefstof licht gewijzigd is na veroudering, gaande van licht grijs naar vaal grijs. Bij alle verouderde testsamples waren na beproeving waterresten te zien op de kleeflaag van het membraan. Ook hier is het mogelijk dat het water via de poreuze steen en doorheen de primer naar het raakvlak is gemigreerd.

3.2.2.1.3. Aanhechting op ruw hout INITIEEL – De afschuifweerstand van de drie types folie op ruw hout ‘met primer’ is grafisch voorgesteld in grafiek 7 . We zien dat enkel het membraan met zelfklevende bitumen voldoet aan de minimum prestatie-eis uit de ATG gids.

Initiële aanhechting analyse van 15 test samples

200

SA SAf AQ

160

volgens EN 12317-2


180

140 120 100 80 60 40 20 0

RUW HOUT Grafiek 7 - Variatiecoëfficiënten: SA = 5,67% ; SAf = 6,69% ; AQ = 27,50%

Uit de post hoc test blijkt dat AQ, ondanks zijn grote variatiecoëfficiënt, significant beter is dan de membranen met zelfklevende butyl. Het merkbaar verschil tussen SA en SAf is niet significant. Ost Tim


33

INVLOED PRIMER - Twee van de drie folies (SA en AQ) zijn initieel getest op ruw hout ‘zonder primer’, terwijl de producent aanraadt deze poreuze ondergrond voor te behandelen met hun primer. Grafiek 8 toont de afschuifweerstanden op ruw hout, ‘met primer’ versus ‘zonder primer’. Opvallend is dat het membraan met zelfklevende butyl bij afwezigheid van een primer nu wel voldoet aan de minimum eis voor certificatie. Daarnaast voldoet de AQ folie ook nog steeds aan deze voorwaarde.

Invloed primer bij RUW HOUT 200


160 140 volgens EN 12317-2


180

120 100 80 60 40 20 0 SA

AQ

Grafiek 8 – Variatiecoëfficiënten samples zonder primer: SA = 5,95% ; AQ = 4,70%

Het membraan met zelfklevende butyl presteert, volgens de student t-test, initieel significant beter zonder hechtprimer. Bij de AQ folie is geen significant verschil aangetoond, vermoedelijk heeft dit te maken met de grote initiële variatiecoëfficiënt van AQ op ruw hout.

Ost Tim


34

INITIEEL vs. VEROUDERD – Na de inwerking van warmte en vocht op ruw hout ‘met primer’, zien we dat AQ nog steeds voldoet aan het minimum criterium. Bovendien is bij alle membranen het verlies aan afschuifweerstand minder dan 50%. Indien we de verouderde samples met elkaar vergelijken, kunnen we zeggen dat zelfklevende bitumen een significant betere afschuifweerstand hebben dan de butyl tegenhangers. Tussen de EPDM-butyl membranen is geen significant verschil aangetoond. De zelfklevende bitumen komen ook hier, net zoals bij de initiële test, als beste naar voor. Ondanks dat bij deze samples een grote spreiding op de meetresultaten merkbaar was.

Aanhechting op RUW HOUT Initieel vs. Verouderd

200 180

Initieel Verouderd


160 140 120 100 80 60 40 20 0 SA

SAf

AQ

Grafiek 9 – Variatiecoëfficiënten verouderde samples: SA = 35,67% ; SAf = 45,52% ; AQ = 26,30%

De invloed van veroudering op de afschuifweerstand van de membranen is, volgens de student t-test, bij geen enkel van de folies significant. We zien in dit geval dat alle meetresultaten een grote relatieve spreiding hebben, wat een mogelijke oorzaak kan zijn van het gebrek aan significantie tussen de initiële en verouderde testgroepen. Zowel initieel als na veroudering was de spreiding op de metingen vrij groot, waaruit men voor deze 30 waarnemingen enigszins kan afleiden dat ruw hout een kritische ondergrond is.

Ost Tim


35

BREUKPATRONEN Alle zelfklevende butyl samples vertoonden een overwegend cohesieve breuk na initiële beproeving. De bitumenklevers hadden daarentegen allemaal een adhesieve breuk, waarbij de samples zonder primer een zwarte verkleuring van het hechtoppervlak vertoonden. Deze verkleuring was merkbaar door het ontbreken van de zwartkleurige hechtprimer en is bovendien ook bij snelbouwsteen en cellenbeton aanwezig. Dit kan er op wijzen dat bepaalde componenten uit de kleefstof naar het substraat migreren en suggereert een uitdrogen van de kleeflaag bij verloop van tijd, wat de aanhechting zou kunnen beïnvloeden. Na de verouderingstest zagen alle EPDM-butyl en aluminium-bitumen samples er uitwendig intact uit en was er geen wijziging in het faalmechanisme. Dit is in grafiek 9 merkbaar, waar de initiële en verouderde staven grafisch gezien weinig verschillen.

3.2.2.1.4. Aanhechting op geanodiseerd aluminium INITIEEL – De afschuifweerstand van de drie types folie op geanodiseerd aluminium ‘zonder primer’ is voorgesteld in grafiek 10. We zien dat enkel het membraan met zelfklevende bitumen voldoet aan de minimum prestatie-eis uit de ATG gids en dat de SA folie de grens, met een waarde van 94N/50mm, net niet haalt. Verder is uit de statistische analyse gebleken dat alle membranen significant verschillen. We kunnen hier dus met 95% betrouwbaarheid zeggen dat AQ initieel beter presteert dan SA en deze het op zijn beurt beter doet dan de SAf folie. Alle meetwaarden vertonen bovendien een zeer kleine relatieve spreiding. Dit is in overeenstemming met de verantwoording van het AAMA voor de keuze van geanodiseerd aluminium als referentiesubstraat bij alle versnelde verouderingstests. INVLOED PRIMER – Aangezien geen hechtprimer wordt voorgeschreven op dit substraat, is de invloed van een primer niet nagegaan. Wel kan het bij metallische ondergronden nuttig zijn na te gaan wat het effect is van het al of niet ontvetten van de ondergrond.

Ost Tim


36

Initiële aanhechting analyse van 15 test samples

200

SA SAf AQ

160

volgens EN 12317-2


180

140 120 100 80 60 40 20 0

GEANODISEERD ALUMINIUM Grafiek 10 – Variatiecoëfficiënten: SA = 2,26% ; SAf = 3,86% ; AQ =1,12%

INITIEEL vs. VEROUDERD – Na de verouderingstest bij geanodiseerd aluminium ‘zonder primer’ zien we dat de zowel de AQ folie als de SA folie voldoen aan de ondergrens. Opvallend is dat er zich een toename in afschuifweerstand voordoet bij de membranen met zelfklevende butyl. Kijken we naar de verouderde samples onderling dan is er statistisch enkel tussen AQ en SAf een significant verschil aangetoond. Er kan dus gezegd worden dat de AQ folie met zelfklevende bitumen zowel initieel als na veroudering beter presteert dan de SAf folie met een kleefstrook van butyl. Opmerkelijk is dat de invloed van de veroudering op de afschuifweerstand significant is bij SAf. Deze presteert dus beter na zeven dagen blootstelling aan vocht en warmte. Bij membraan SA bemerken we ook een toename in afschuifweerstand na veroudering, echter hier wordt geen significantie bereikt. Bij de membranen SA en AQ is geen significant verschil aangetoond.

Ost Tim


37

Aanhechting op GEANODISEERD ALUMINIUM Initieel vs. Verouderd

200 180

Initieel Verouderd


160 140 120 100 80 60 40 20 0 SA

SAf

AQ

Grafiek 11 – Variatiecoëfficiënten verouderde samples: SA = 6,46% ; SAf = 4,20% ; AQ = 10,78%

BREUKPATRONEN – Het falen van de EPDM-butyl folies kan hier over het algemeen als cohesief beschouwd worden. Enkel het membraan met kleefstrook kende na veroudering een gedeeltelijk adhesieve breuk wat duidelijk te zien is op de foto’s. Dit zou mogelijk de hogere meetwaarde kunnen verklaren na veroudering. Zowel voor als na veroudering vertoonden de zelfklevende bitumen samples een adhesieve breuk. Ook hier was, net zoals bij de andere substraten zonder primer, een zwarte verkleuring merkbaar die na veroudering opvallend donkerder is geworden.

Ost Tim


38

3.2.2.2. Per type membraan Initiële aanhechting analyse van 60 test samples

200 SA SAf AQ

160 140 volgens EN 12317-2


180

120 100 80 60 40 20 0 Snelbouw

Cellenbeton

Ruw Hout

Geanodiseerd Aluminium

Aanhechting na veroudering analyse van 60 test samples

200 SA SAf AQ

160 140 volgens EN 12317-2


180

120 100 80 60 40 20 0 Snelbouw

Ost Tim

Cellenbeton

Ruw Hout

Geanodiseerd Aluminium


39

3.2.2.2.1. Prestatie van SA INITIEEL – Uit de metingen is statistisch geen significant verschil tussen de geteste ondergronden aangetoond. Het membraan doet het dus even goed op elke ondergrond. Op de bovenstaande grafiek is te zien dat het membraan bij geen enkele ondergrond voldoet aan de minimum prestatie voor certificering. De afschuifwaarden voor deze folie liggen initieel in de buurt van 80N/50mm. VEROUDERD – Ook in dit geval is geen significant verschil aangetoond tussen de geteste substraten. Merkwaardig genoeg voldoet deze folie bij 1 van de vier ondergronden (geanodiseerd aluminium) aan het minimum criterium.

3.2.2.2.2. Prestatie van SAf INITIEEL – Evenals zijn collega SA, is hier geen significant verschil aangetoond tussen de types ondergronden. Alle afschuifwaarden liggen initieel in de buurt van 40N/50mm en voldoen dus nooit aan de ondergrens. VEROUDERD – Er is eveneens geen significant verschil aangetoond. Alle waarden liggen nog steeds in de buurt van 40N/50mm met één uitzondering bij het aluminium substraat, welke opvallend beter is met een waarde van 68,2N/50mm. Dit kan volgens de post hoc test echter op het toeval berusten. Ook na veroudering voldoet de folie nergens aan het vooropgestelde minimum.

3.2.2.2.3. Prestatie van AQ INITIEEL – Deze folie op basis van zelfklevende SBS bitumen heeft een significant minder goede prestatie op cellenbeton en voldoet, alleen in combinatie met deze ondergrond, niet aan de minimum ondergrens. Verkleefd op snelbouwsteen, ruw hout en geanodiseerd aluminium is er geen significant verschil in afschuifwaarde. De metingen concentreren zich bij deze substraten rond de 160N/50mm en voldoen dus ruimschoots voor certificering. VEROUDERD – In combinatie met cellenbeton zijn geen meetwaarden opgenomen omdat bijna alle samples onder invloed van warmte en vocht loskwamen. Tussen de drie overige

Ost Tim


40

substraten is onderling geen significant verschil aangetoond. Wel werd bij deze drie voldaan aan de ondergrens met een minimum waarde van rond de 120N/50mm op snelbouwsteen. 3.2.2.2.4. Prestaties onderling INITIEEL – Bekijkt men de folies over alle ondergronden dan is uit de post hoc test af te leiden dat AQ significant beter presteert dan SA en deze laatste significant beter is dan SAf. Men kan dus zeggen dat AQ initieel de beste resultaten geeft op alle geteste ondergronden. VEROUDERD – Ook hier presteren de zelfklevende SBS bitumen significant beter dan de membranen met zelfklevende butyl, op gebied van afschuiving. Bij deze laatste is ook hier de SA significant beter dan SAf.

Ost Tim


41

3.2.3. Conclusies Uit de meetresultaten bleek dat er per ondergrond niet altijd een statistisch verschil kon aangetoond worden tussen de folies onderling. Een mogelijke oorzaak hiervan kan zijn dat er te weinig metingen verricht zijn. De vraag kan dus gesteld worden of het aantal, volgens de norm, te testen samples voldoende is om de aanhechting van een membraan te beoordelen. In dit opzicht kan deze studie gebruikt worden om een power-analyse uit te voeren die de benodigde steekproefgrootte bepaalt. Verder valt op te merken dat er bij elke onderzochte ondergrond een grote verscheidenheid aan relatieve spreiding in de metingen is. Ruw hout kan in deze tests beschouwd worden als het meest kritische substraat, waarbij na veroudering de grootste variatiecoëfficiënten voorkwamen bij alle folies. Daarentegen kan het geanodiseerd aluminium als meest ‘betrouwbare’ ondergrond gezien worden, met over de hele lijn relatief lage variatiecoëfficiënten. Daarbij valt op te merken dat snelbouwsteen zonder primer een relatieve spreiding had vergelijkbaar met die van het aluminium raamprofiel. Bij drie van de beproefde ondergronden wordt door de producent aangeraden het oppervlak voor te behandelen met een hechtprimer. Bij twee van de drie folies is nagegaan wat de invloed is van deze voorbehandeling op de prestatie van het membraan. Dit is gecontroleerd door de afschuiving initieel te testen op niet-voorbehandelde ondergronden. Daaruit resulteerde voor het membraan met zelfklevende butyl dat de afschuifweerstand significant toenam bij de ondergronden snelbouwsteen en ruw hout. Bij de folie met zelfklevende SBS bitumen was hetzelfde merkbaar bij de ondergrond cellenbeton. Voor de andere combinaties van elk membraan kon statistisch geen verschil aangetoond worden. Uit deze proef kunnen we dus afleiden dat een hechtprimer niet altijd overal even efficiënt zijn werk doet. Dit fenomeen deed zich voor bij beide types kleefstof, welke overigens een verschillende primer nodig hebben. De duurzaamheid van een aanhechting werd beoordeeld door de initiële proefwaarden te vergelijken met de prestaties na veroudering. De af- of toename van de afschuifweerstand is met andere woorden een maat voor de duurzaamheid van de verbinding. Uit het statistisch analyseren van de testresultaten bleek dat enkel onder de zelfklevende butyl membranen in drie gevallen een significant verschil kon aangetoond worden voor en na veroudering. Op de

Ost Tim


42

ondergrond aluminium merkten we een toename bij de folies SA en SAf. Bij cellenbeton was er voor SA een betekenisvolle afname in de afschuifweerstand. De membranen met zelfklevende butyl presteerden met andere woorden in twee gevallen beter na veroudering, namelijk in combinatie met geanodiseerd aluminium. De folie met zelfklevende SBS bitumen was het enige membraan waarbij zich , in één geval, voordeed dat alle samples loskwamen van het substraat, namelijk cellenbeton. Over het algemeen konden we waarnemen dat cellenbeton de enige ondergrond was die de duurzaamheid van de verbinding op een negatieve manier beïnvloedde. Een mogelijke oorzaak hiervan zou te wijten kunnen zijn aan de grote porositeit van de steen, waardoor water makkelijker doorheen het substraat naar het hechtoppervlak kan migreren. Het membraan met zelfklevende SBS bitumen vertoonde altijd een overwegend adhesieve breuk ter plaatste van het hechtoppervlak. Ook was dit het enige type waarbij een falen van de toplaag voorkwam. Daarentegen faalde het volvlakkig zelfklevende epdm-butylmembraan SA zowel voor als na veroudering overwegend cohesief. Zijn collega met butylkleefstrook vertoonde initieel een veelal adhesieve breuk en na veroudering in sommige gevallen een cohesief falen. Bij dit laatste type membraan deed zich overigens als enigste een breuk ter plaatse van het raakvlak substraat-kleefstof voor. De variatie in het breukpatroon bij de folies met zelfklevend butyl onderling, kan het gevolg zijn van een verschil in viscositeit/kwaliteit van de kleefstof. De producent wees erop dat om productietechnische redenen beide laagjes butyl een licht verschillende samenstelling hebben. Globaal gezien had AQ de beste afschuifweerstand over de hele lijn, en voldeed vrijwel altijd aan de minimum ondergrens. Alleen bij cellenbeton presteerde deze folie op basis van zelfklevende SBS bitumen ondermaats tot zelfs slecht na veroudering. De membranen SA en SAf voldeden nooit aan de ondergrens met uitzondering van één geval, namelijk de combinatie van SA op geanodiseerd aluminium. Dit resultaat kwam bovendien voor na de verouderingstest. De producent van deze laatste twee membranen schrijft dan ook voor de folies altijd extra te bevestigen zowel op het raamkader als op de ruwbouw. De kleefstof heeft als functie de folie makkelijk te kunnen positioneren vooraleer mechanisch te bevestigen. Bij dit bevestigen wordt de zelfklevende massa aangedrukt waardoor tevens een goede afdichting verzekerd wordt.

Ost Tim


43

4. Aanbevelingen In deze studie is enkel onderzoek verricht naar de aanhechting van zelfklevende membranen op verschillende ondergronden. Er is dus enkel gekeken naar het gedrag van de verbinding op productniveau. Een goede prestatie op dit niveau wil daarom niet zeggen dat het desbetreffende membraan ook goed zal scoren op de andere niveaus. Verder onderzoek is daarom nodig op volledig raamopstellingen, zowel in laboratoria als op werven. Hieruit zouden specifieke richtlijnen kunnen geformuleerd worden over de verwerking van het membraan in het detail van de raamaansluiting. Andere parameters waarvan de invloed op de afschuifweerstand nog verder onderzocht zou moeten worden zijn onder ander: •

de afschuifsnelheid of met andere woorden de belasting tijdens het proefverloop.

•

de grootte van het hechtoppervlak of dus de overlap met het substraat

•

verkleven

onder

verschillende

installatiecondities,

zoals

verschil

in

verwerkingstemperatuur, verschil in toestand van het hechtoppervlak (vochtig, stoffig,…). •

de conditioneringstijd die de beproeving vooraf gaat, welke momenteel op twee uur is genomen conform EN 12317-2.

•

…

Aangezien er een groot aanbod aan zelfklevende membranen is, is het interessant om bij meer combinaties folie-ondergrond na te gaan wat de kwaliteit van de aanhechting is. De verschillende invloedsparameters hierbij zijn de toplaag en de kleefstof. Het zou bijvoorbeeld kunnen dat één van deze twee de afschuifweerstand van het membraan kan beïnvloeden. Interessant is ook na te gaan hoe de folie reageert op constante en dynamische krachtinwerkingen. Deze kunnen eventueel voortkomen uit thermische zettingen in het gebouw en door windinwerking op de gevel. Hierbij is reeds een aanzet gegeven tot ontwerp van een proefopstelling. De detailtekeningen van de opstelling zijn te vinden in Bijlage D.

Ost Tim


44

Bijlagen BIJLAGE A

Tabel 8 - Initiële Testresultaten

Ost Tim


45

Tabel 9 - Testresultaten na veroudering

Ost Tim


46

BIJLAGE B ANOVA post hoc output INITIEEL: per ondergrond a,b

Scheffe

Combi SAf met aluminium SAf met cellenbeton SAf met ruw hout SAf met snelbouw SA met ruw hout SA met snelbouw SA met cellenbeton AQ met cellenbeton SA met aluminium AQ met aluminium AQ met snelbouw AQ met ruw hout Sig.

N 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

1 33,80 39,20 40,40 44,00 74,40

Subset 3

2

40,40 44,00 74,40 84,60

,115

,055

44,00 74,40 84,60 85,60 87,00

4

5

74,40 84,60 85,60 87,00 94,00

,071

,956

149,60 168,60 178,20 ,623

Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type III Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = 227,325. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 5,000. b. Alpha = ,05.

VEROUDERD: per ondergrond a,b

Scheffe

Combi SAf met ruw hout SAf met cellenbeton SAf met snelbouw SA met cellenbeton SA met ruw hout SAf met aluminium SA met snelbouw SA met aluminium AQ met snelbouw AQ met aluminium AQ met ruw hout Sig.

N 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

1 35,20 36,20 41,00 54,20 62,80 68,20 88,20

,211

Subset 3

2

54,20 62,80 68,20 88,20 115,60

,074

62,80 68,20 88,20 115,60 123,40

,083

4

5

88,20 115,60 123,40 135,60 ,369

123,40 135,60 185,00 ,072


Ost Tim


47

INITIEEL: per type membraan

a,b

Scheffe Folie SAf SA AQ Sig.

N 20 20 20

1 39,35

Subset 2

3

84,65 1,000

1,000

145,85 1,000


VEROUDERD: per type membraan

a,b,c

Scheffe Folie SAf SA AQ Sig.

N 20 20 15

1 45,15

Subset 2

3

80,20 1,000

1,000

148,00 1,000

Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type III Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = 500,964. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 18,000. b. The group sizes are unequal. The harmonic mean of the group sizes is used. Type I error levels are not guaranteed. c. Alpha = ,05.

Ost Tim


48

STUDENT T-TEST output INVLOED PRIMER SA op snelbouwsteen Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht

Equal variances assumed Equal variances not assumed

11,758

Sig. ,009

t-test for Equality of Means

t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference

Std. Error Difference

95% Confidence Interval of the Difference Lower Upper

-10,047

8

,000

-16,200

1,612

-19,918

-12,482

-10,047

4,805

,000

-16,200

1,612

-20,396

-12,004

AQ op snelbouwsteen Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


7,368

Sig. ,026


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-,849

8

,421

-3,600

4,243

-13,384

6,184

-,849

5,504

,431

-3,600

4,243

-14,212

7,012

SA op cellenbeton Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


,369

Sig. ,560


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-,975

8

,358

-5,600

5,745

-18,847

7,647

-,975

7,482

,360

-5,600

5,745

-19,008

7,808

AQ op cellenbeton Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


Ost Tim

1,710

Sig. ,227


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-5,680

8

,000

-59,200

10,423

-83,236

-35,164

-5,680

6,071

,001

-59,200

10,423

-84,632

-33,768


49

SA op ruw hout Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


2,318

Sig. ,166


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-8,600

8

,000

-28,600

3,326

-36,269

-20,931

-8,600

7,099

,000

-28,600

3,326

-36,442

-20,758

AQ op ruw hout Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


Ost Tim

12,406

Sig. ,008


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



1,419

8

,194

31,400

22,129

-19,629

82,429

1,419

4,159

,226

31,400

22,129

-29,124

91,924


50

INITIEEL vs. VEROUDERD SA op snelbouwsteen Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


,823

Sig. ,391


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



1,101

8

,303

3,600

3,271

-3,943

11,143

1,101

6,096

,313

3,600

3,271

-4,374

11,574

SAf op snelbouwsteen Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


,118

Sig. ,740


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-1,539

8

,162

-3,000

1,949

-7,495

1,495

-1,539

7,912

,163

-3,000

1,949

-7,504

1,504

AQ op snelbouwsteen Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


5,252

Sig. ,051


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-2,248

8

,055

-45,200

20,103

-91,557

1,157

-2,248

4,309

,083

-45,200

20,103

-99,470

9,070

SA op cellenbeton Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


Ost Tim

,054

Sig. ,823


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-6,146

8

,000

-31,400

5,109

-43,181

-19,619

-6,146

7,963

,000

-31,400

5,109

-43,190

-19,610


51

SAf op cellenbeton Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


1,036

Sig. ,339


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-,874

8

,408

-3,000

3,432

-10,915

4,915

-,874

6,653

,413

-3,000

3,432

-11,202

5,202

SA op ruw hout Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


11,893

Sig. ,009


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-1,138

8

,288

-11,600

10,193

-35,105

11,905

-1,138

4,283

,315

-11,600

10,193

-39,177

15,977

SAf op ruw hout Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


3,940

Sig. ,082


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-,716

8

,495

-5,200

7,266

-21,956

11,556

-,716

4,227

,512

-5,200

7,266

-24,954

14,554

AQ op ruw hout Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


Ost Tim

,012

Sig. ,914


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



,220

8

,831

6,800

30,878

-64,404

78,004

,220

8,000

,831

6,800

30,878

-64,405

78,005


52

SA op geanodiseerd aluminium Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht



Sig.

6,265

t

,037

Sig. (2-tailed)

df

Mean Difference



-,017

8

,986

-,4000

22,9055

-53,2201

52,4201

-,017

4,014

,987

-,4000

22,9055

-63,9099

63,1099

SAf op geanodiseerd aluminium Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


,741

Sig. ,414


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



24,447

8

,000

34,400

1,407

31,155

37,645

24,447

5,590

,000

34,400

1,407

30,895

37,905

AQ op geanodiseerd aluminium Independent Samples Test Levene's Test for Equality of Variances

F Kracht


Ost Tim

4,423

Sig. ,069


t

df

Sig. (2-tailed)

Mean Difference



-2,127

8

,066

-14,000

6,582

-29,178

1,178

-2,127

4,105

,099

-14,000

6,582

-32,092

4,092


53

BIJLAGE C BREUKPATRONEN BIJ SNELBOUWSTEEN

Figuur 18 –LINKS: gedeeltelijke adhesiebreuk t.p.v. raakvlak kleefstof-membraan bij SAf RECHTS: adhesieve breuk van AQ op snelbouwsteen

Figuur 19 - overwegend cohesieve breuk bij SA en SAf op snelbouwsteen (initieel met primer)

Figuur 20 - gedeeltelijk loskomen van 1 AQ sample + scheuren van de alu-folie bij 2 samples (na veroudering)

Ost Tim


54

BREUKPATRONEN BIJ CELLENBETON

Figuur 21 - Kleefrest van SA: primer (links) versus zonder primer (rechts)

Figuur 22 - LINKS: geen kleefrest bij AQ ; RECHTS: kleine kleefrest van SAf (overwegend adhesieve breuk)

Figuur 23 - LINKS: cohesieve breuk SA na ageing ; RECHTS: overwegend adhesieve breuk bij SAf na ageing

Ost Tim


55

BREUKPATRONEN BIJ RUW HOUT

Figuur 24 - SA initieel overwegend cohesieve breuk (primer vs. zonder primer)

Figuur 25 - LINKS: AQ adhesieve breuk ; RECHTS: SAf overfwegend cohesief

Figuur 26 - SA cohesieve breuk na veroudering

Ost Tim


56

BREUKPATRONEN BIJ GEANODISEERD ALUMINIUM

Figuur 27 - Breuk SA cohesief zowel voor als na veroudering

Figuur 28 - Breuk SAf initieel adhesief en na veroudering gedeeltelijk cohesief

Figuur 29 - Breuk AQ adhesief zowel voor als na veroudering

Ost Tim


57

BIJLAGE D

Figuur 30 - inklemmen van het membraan (zie ook figuur 35)

Figuur 31 - bestaande opstelling

Ost Tim


58

Figuur 32 - Bovenaanzicht nieuwe proefopstelling

Ost Tim


59

Figuur 33 - Zijaanzicht nieuwe proefopstelling

Ost Tim


60

Figuur 34 - Linkerzijaanzicht proefopstelling

Ost Tim


61

Figuur 35 - Details proefopstelling

Ost Tim


62

Referenties De referenties zonder verwijzingsnummer hebben als achtergrondinformatie gediend bij bepaalde paragrafen maar zijn niet op een directe manier gebruikt als referentie voor de tekst. GEBRUIKTE AFKORTINGEN BUtgb

Belgische Unie voor de technische goedkeuring in de bouw

ATG

Agrément Technique - Technische Goedkeuring

SBS

Styreen-Butadieen-Styreen, een rubberachtige kunststof (elastomeer)

RV

Relatieve Vochtigheid

EPDM

Ethyleen – Propyleen – Dieen Monomeer

PP

Polypropyleen

ASTM

American Society for Testing and Materials

PVC-R

Rigid Polyvinyl Chloride

AAMA

American Architectural Manufacturers Association

FLiB

Fachverbandes Luftdichtheid im Bauwesen

IFT

Institut für Fenstertechnik

ANOVA

Analysis of Variance

STUDIES [1]

“Water Penetration Resistance of Windows – Study of Manufacturing, Building Design, Installation and Maintenance Factors”, RDH Building Engineering Limited, Vancouver, BC, voorgelegd door Canada Mortgage and Housing Corporation, Ottawa, Ontario, December 2002

[3]

Zima, A. D., Weston, T. A., Katsaros, J.D., and Hagood, R., “Comparison of Butyl versus Modified Asphalt Window Flashing Adhesives”, Durability of Building and Construction Sealants and Adhesives, ASTM STP 1453, A. T. Wolf, Ed., ASTM International, West Conshohocken, PA 2004

[2]

Katsaros, J.D., “Adhesive Characterization & Durability of Self-Adhered Flashings”, Performance and Durability of the Window-Wall Interface, ASTM STP 1484, Hardman, B. G., Wagus, C. R., Weston, T. A., Ed., ASTM International, West Conshohocken, PA 2004

Ost Tim


63

[5]

Dorin, L., “The Importance of Integrating Flashing and the Water Resistive Barrier in the Exterior Wall Systems of Residential Buildings”, Performance and Durability of the Window-Wall Interface, ASTM STP 1484, Hardman, B. G., Wagus, C. R., Weston, T. A., Ed., ASTM International, West Conshohocken, PA 2004

[4]

Bateman, R., “Designing and Specifying Self-Adhering Flashings for the WindowWall Interface”, Performance and Durability of the Window-Wall Interface, ASTM STP 1484, Hardman, B. G., Wagus, C. R., Weston, T. A., Ed., ASTM International, West Conshohocken, PA 2004

[12]

Abushakra, B., “Longevity of Duct Tape in Residential Air Distribution Systems: 1-D, 2-D, and 3-D Joints”, Energy Performance of Buildings Group, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 2002 http://epb.lbl.gov/publications/lbnl51099.pdf

[]

Sherman, M. H., Walker, I. S., “Duct Tape Durability Testing”, Environmental Energy Technologies Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 2004 http://epb.lbl.gov/publications/lbnl-54767.pdf

[]

Walker, I. S., Sherman, M. H., “Duct Tape and Sealant Performance”, Environmental

Energy

Technologies

Division,

Lawrence

Berkeley

National

Laboratory, Berkeley, CA 2005 http://epb.lbl.gov/publications/lbnl-57225.pdf [14]

Ackermann,

T.

D.,

“Untersuchungsergebnisse

zur

Dauerhaftigkeit

von

Verbindungen und Anschlüssen bei Luftdichtheidsschichten mittels Klebemassen und Klebebänder”, Institut für Bauphysik und Baukonstruktion, Fachhochschule Bielfeld, 2007

Ost Tim


64

ARTIKELS [6]

“Checkliste Kleben”, Fachverband Luftdichtheid im Bauwesen e. V.

[9]

Knox, E. M., Cowling, M. J., “A Rapid Durability Test Method for Adhesives”, in International Journal of Adhesion & Adhesives, n. 20, 2000, pp. 201-208

[17]

“Prüfbericht Nr. 104 23645/3”, IFT Rosenheim, 2001

[7]

Dobbels, F., “The answer, my friend … is blowing in the wind …”, Verslag van het 9e BlowerDoor-Symposium van het Energie- und Umweltzentrum am Deister (e.u.[z]), Würzburg, 2004

[15]

“Gids voor de aanvraag van technische goedkeuring revisie 02/02/2007 – Membranen toegepast in de gevelbouw”, Butgb, 2007

BOEKEN []

Cook, J. P., “Construction Sealants and adhesives”, Wiley Series of Practical Construction Guides, Wiley, New York, 1970

[8]

Skeist I., “Handbook of adhesives”, derde uitgave, Chapman and Hall, New York, 1990

NORMEN EN RICHTLIJNEN [16]

prEN 12317-2 : Flexible sheets for waterproofing – Determination of shear resistance of joints – part 2 – Plastic and rubber sheets for waterproofing

[10]

ASTM G155 (G26): Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials

[11]

UL 181B: Closure Systems for Use with Flexible Air Ducts and Air Connectors

Ost Tim


65

[13]

AAMA 711-07: Voluntary Specification for Self Adhering Flashing Used for Installation of Exterior Wall Fenestration Products

[20]

NBN EN 1026: Ramen en Deuren – Luchtdichtheid – Beproevingsmethode

[21]

NBN EN 1027: Ramen en Deuren – Waterdichtheid – Beproevingsmethode

[18]

DIN EN 1026: Fenster und Türen - Luftdurchlässigkeit – Prüfverfahren

[19]

DIN EN 1027: Fenster und Türen - Schlagregendichtheit - Prüfverfahren

GERAADPLEEGDE INTERNETSITES [18]

Brenden, K., mail betreffende AAMA 711-07, AAMA mei 2008

Producenten bouwmaterialen www.trelleborg.com www.wulva.be www.resitrix.be www.atab.be www.aquaplan.be www.finres-sa.com www.tremco-illbruck.be www.proclima.net www.renolit.be Onderzoeks- en certificeringsinstellingen www.ul.com www.astm.org www.aamanet.org www.ift-rosenheim.de www.butgb.be www.wtcb.be www.flib.de

Ost Tim


66

Waterdichtheid van buitenschrijnwerk parameteranalyse van thermische prestaties Tom Declercq



Waterdichtheid van buitenschrijnwerk parameteranalyse van thermische prestaties Tom Declercq



Tom Declercq

Thermische parameteranalyse

INHOUDSTAFEL

1. 2.

Symbolen, definities, eenheden en onderschriften...................................................... 3 Warmtetransport : fysische principes.......................................................................... 5 2.1. Warmtetransport door geleiding ......................................................................... 5 2.2. Warmtetransport door convectie ......................................................................... 7 2.3. Warmtestraling.................................................................................................... 9 3. Energieprestatie......................................................................................................... 13 4. Werkwijze ................................................................................................................. 18 4.1. NBN EN 12412-2.............................................................................................. 18 4.2. ISO 10077-2:2003............................................................................................. 19 4.2.1. Overgangsweerstanden ............................................................................. 19 4.2.2. Warmtetransport door vaste materialen .................................................... 21 4.2.3. Luchtholtes................................................................................................ 22 4.2.4. Validatie van het testprogramma .............................................................. 27 5. Oppervlaktecondensatie ............................................................................................ 29 6. Aluminium schrijnwerk ............................................................................................ 31 6.1. Algemeen .......................................................................................................... 31 6.2. Aluminium ........................................................................................................ 36 6.2.1. Oppervlaktebehandeling ........................................................................... 36 6.2.2. Koelvinverschijnsel................................................................................... 38 6.2.3. Thermische kortsluiting ............................................................................ 46 6.3. Thermische onderbreking.................................................................................. 48 6.3.1. Compartimentering ................................................................................... 48 6.3.2. Steegmateriaal ........................................................................................... 56 6.3.3. Emissiefactor van de thermische onderbreking ........................................ 58 6.4. Invloed waterdichtingen.................................................................................... 59 7. Houten schrijnwerk ................................................................................................... 65 7.1. Passiefhuizen..................................................................................................... 65 7.2. Passiefhuisschrijnwerk...................................................................................... 66 8. Stalen schrijnwerk..................................................................................................... 71 9. Afstandshouder ......................................................................................................... 73 10. Conclusie .................................................................................................................. 83

1

Tom Declercq


0. Inleiding In dit individueel gedeelte wordt onderzoek uitgevoerd naar de thermische eigenschappen van raamprofielen, en i.h.b.: - De fysische principes die de thermische eigenschappen bepalen. - De parameters die de thermische eigenschappen beïnvloeden en hun impact; - De meest recente ontwikkelingen; - Optimalisatie van de thermische eigenschappen van raamprofielen; - Mogelijke verbetering van de huidige thermische eigenschappen; In het tweede hoofdstuk worden de fysische principes van het warmtetransport verklaard. In het derde, vierde en vijfde hoofdstuk worden de eisen naar thermische kwaliteiten van schrijnwerk en de genormeerde berekeningswijze ervan behandeld. Na rondvraag bij fabrikanten van raamprofielen werd een database van profieldoorsneden gemaakt. Van een aantal raamprofielen wordt de invloed van de thermische parameters onderzocht m.b.v. het softwarepakket Bisco. Er werd vooral aandacht besteed aan aluminium profielen, daar de warmtestromen bij deze soort eerder complex zijn door hun complexe geometrie en materiaalgebruik. De resultaten hiervan staan in hoofdstuk 6. De ramen die het best scoren op het vlak van thermische weerstand zijn de ramen die men aantreft men aantreft in de zogenaamde passiefhuizen, deze worden summier geanalyseerd in hoofdstuk 7. In het hoofdstuk 8 wordt een zijsprong gemaakt naar een speciaal geval, namelijk een stalen raam zonder thermisch onderbreking. Ten slotte wordt in hoofdstuk 9 de invloed nagegaan van de keuze van het type afstandshouder.

2

Tom Declercq


1. Symbolen, definities, eenheden en onderschriften Symbool

Omschrijving

Eenheid

A

oppervlakte

m²

a

absorptiefactor

-

b

breedte, loodrecht op de warmtestroomrichting

m

C

gebouwcompactheid

m

d

diepte, parallel aan de warmtestroomrichting

m

E

emittantie tussen 2 vlakken

-

F

zichtfactor

-

f

correctiefactor

-

h

warmteovergangscoëfficiënt

W/(m².K)

I

irradiantie

W/m²

L2D

2-dimensionale warmtegeleiding

W/(m.K)

L

lengte

m

M

emittantie

W/m²

q

warmtestroomdichtheid

W/m²

R

thermische weerstand

m².K/W

r

reflectiefactor

K

T

temperatuur

-

U

warmtedoorgangscoëfficiënt

W/(m².K)

σ

Stefan-Boltzmann constante

W/(m².K4)

ε

emissiefactor

-

λ

warmtegeleidingscoëfficiënt

W/(m.K)

ψ

lineaire thermische transmissie

W/(m.K)

Tabel 1: Symbolen en eenheden

3

Tom Declercq


Onderschrift

Omschrijving

a

convectief

b

zwarte straler

e

buitenomgeving

g

beglazing

eq

equivalent

f

raamkader

i

binnenomgeving

p

isolatiepaneel

r

straling

s

lucht- of gasholte

se

buitenoppervlak

si

binnenoppervlak

T

temperatuur

t

totaal

Tabel 2: Onderschriften

4

Tom Declercq


2. Warmtetransport : fysische principes Transport van voelbare warmte kan via drie mechanismen optreden : geleiding, convectie en straling.

2.1. Warmtetransport door geleiding ‘ Geleiding is het warmtetransport dat optreedt in materie waarin een temperatuursverschil bestaat. Het warmtetransport door geleiding wordt beschreven door het verband te leggen tussen warmtestroom, het temperatuursverschil, de materiaalgeometrie en de materiaaleigenschappen. Net zoals bij andere vormen van potentiaalstroming (elektrische stroom, stofdiffusie,…) zal de relatie tussen warmtestroomdichtheid en temperatuurverschil over een constructie in het algemeen beschreven

worden

d.m.v.

een

lineaire

transportvergelijking

met

als

1

(1)

evenredigheidsconstante de warmteweerstand R van de constructie: q= ΔT/R ’

Wanneer het temperatuurverloop doorheen een wand niet met de tijd verandert spreken we van stationaire warmtegeleiding. In stationaire toestand wordt de warmtestroomdichtheid doorheen een vlakke wand met één laag, respectievelijk doorheen een samengestelde wand gegeven door:

1

JANSSENS A. (2007). ‘Bouwfysische aspecten in gebouwen ’(Syllabus), Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, Universiteit Gent , Hoofdstuk 1, p.4

5

Tom Declercq


enkelvoudige laag

samengestelde wand T

T

Tsi Tsi

Tn-1

q T2 T1 Tse

Tse

1

2

3 q

0

d

x

d1

d2

dn

x

Figuur 1: Stationaire warmtegeleiding

q=

Δt Tse − Tsi Tse − Tsi = = R R dλ

(2)

q=

Tse − Tsi Tse − Tsi = ∑ R i ∑ di λi

(3)

i

i

‘…met λ de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal [W/m/K], een materiaaleigenschap die door meting moet bepaald worden. De λ- waarde drukt uit hoe goed een materiaal de warmte geleidt . Bij materialen met een lage λ- waarde spreken we van warmte-isolatie, bij materialen met een hoge λ- waarde van warmtegeleiders ‘

2

In de tabel 6 op p 21 staan verscheidene materialen en hun respectievelijke λ- waarden. De vergelijkingen (2) en (3) zijn enkel nuttig indien de temperaturen Tsi en Tse aan het binnenen buitenoppervlak van de wand gekend zijn. Deze temperaturen worden in belangrijke mate bepaald door de warmteoverdracht door convectie en straling van de omgeving naar het oppervlak. Beide vormen van warmteoverdracht worden beschreven door het verband tussen

de

warmtestroomdichtheid

naar

het

constructieoppervlak

en

het

temperatuursverschil tussen omgeving (Tref) en oppervlak Tsi en Tse uit te drukken m.b.v. 2

Ibid, p 6-7

6

Tom Declercq


warmteovergangscoëfficiënten ha (convectie) en hr (straling). Beide worden pas gedefinieerd in de hoofdstukken 1.2 en 1.3, maar misschien is het nuttig om hier reeds een uitdrukking te geven die het verband legt tussen warmtestroomdichtheid q doorheen een wand en het temperatuursverschil tussen binnenen buitenomgeving:

q=

Te − Ti = U(Te-Ti) 1 di 1 +∑ + he hi i λi

met

(4)

hi = hai + hri

(5)

he= hae + hri

(6)

Ti en Te stellen hier de referentie-binnenen buitentemperatuur voor. ‘Deze vergelijking definieert de kenmerkende warmtetransporteigenschap van bouwconstructies, namelijk de warmtedoorgangscoëfficiënt of U waarde van een wand [W/m²K]. In veel nationale normen en productinformatie wordt hetzelfde begrip dikwijls voorgesteld met het symbool k ( de ‘k waarde’) . In de ISO en CEN- normen 3

wordt echter het symbool U gebruikt.’

2.2. Warmtetransport door convectie ‘ Men spreekt over convectieve warmteoverdracht wanneer warmtetransport het gevolg is van stroming van fluïda. In bouwkundige toepassingen zijn de relevante fluïda voornamelijk lucht (binnenen buitenomgeving, spouwen, ventilatiesystemen) en water (centrale verwarmingssystemen)’ en wordt opgedeeld op basis van : 1. De geometrie van het stromingsprobleem Uitwendige stroming: er is geen afgebakend stromingskanaal (vb. constructieoppervlak) Inwendige stroming: het stromingskanaal ligt vast (vb. luchtspouw)

3

Ibid, p 11

7

Tom Declercq


2. Drijvende kracht van de stroming Natuurlijke of vrije convectie: stroming wordt veroorzaakt door densiteitverschillen t.g.v. temperatuursverschillen in het fluïdum (vb. een schouw voor warme rookgassen); Gedwongen convectie: stroming wordt veroorzaakt door een uitwendig opgelegd drukverschil of debiet (vb. wind rondom gebouwen) 3. Stromingsregime Laminaire stroming Turbulente stroming ‘

4

Het uitwendig convectief warmtetransport naar een materiaal oppervlak wordt beschreven m.b.v. een warmte-overgangscoëfficiënt ha, die op zijn beurt functie is van de stromingssnelheid van het fluïdum, de aard van het stromingsprobleem (geometrie, drijvende krachten, stromingsregime) en de fluïdumeigenschappen (viscositeit, densiteit, warmte-geleidingscoëfficiënt, …). De convectieve warmte-overgangscoëfficiënt is dus in werkelijkheid op elk punt van de bouwconstructie verschillend. In praktische warmteverliesberekeningen

volstaat

het

echter

om

gebruik

te

maken

van

oppervlaktegemiddelde overgangscoëfficiënten. De norm EN ISO 6946 maakt enkel onderscheid tussen volgende situaties: Kenmerken constructieoppervlak

ha (W/m²K)

Binnen -Vertikaal oppervlak

2,5

-Horizontaal oppervlak met warmtetransport naar boven

5,0

-Horizontaal oppervlak met warmtetransport naar onder

0,7

Buiten

20 Of 4+4.vmet(*)

(*) vmet: de meteorologische windsnelheid [m/s] Tabel 3: Convectieve warmteovergangscoëfficiënten (EN ISO 6946)

4

Ibid, p 32

8

Tom Declercq


2.3. Warmtestraling ‘Warmtestraling is het warmtetransport t.g.v. elektromagnetische golven uitgestraald door

materiaaloppervlakken.

Door

het

elektromagnetisch

karakter,

gebeurt

warmtetransport door straling in afwezigheid van een medium. De wetmatigheden van het warmtetransport door straling wijken sterk af van die van geleiding en convectie; De gehanteerde begrippen leunen meer aan bij de voortplanting van licht en de akoestiek.’

5

Twee grootheden zijn van groot belang bij warmtestraling : M

de emittantie, zijnde de warmteflux uitgestraald door een oppervlak [W/m²]

I

de irradiantie, zijnde de warmteflux ontvangen door een oppervlak [W/m²]

Een belangrijk begrip in de theorie van warmtestraling is enerzijds de ‘zwarte straler’; dit is een theoretisch oppervlak met ideale stralingseigenschappen. Een zwarte straler: - absorbeert alle invallende straling; - heeft een maximum emittantie; - straalt diffuus; - haar uitgestraalde energie is enkel functie van de temperatuur: Mb = σ. T4

(7)

met σ = 5,67x10-6 W/(m².K4) , de Stefan-Boltzmann constante Anderzijds is de’ diffuus-grijze straler’ een werkelijk oppervlak dat net als een zwarte straler diffuus straalt, maar een emittantie heeft die steeds ,voor alle uitgestraalde golflengtes, een emissiefactor ε kleiner is dan die van een zwarte straler. De irradiantie I die invalt op een grijze straler wordt slechts gedeeltelijk geabsorbeerd en het gedeelte dat niet geabsorbeerd wordt, wordt gereflecteerd. De verhouding tussen de geabsorbeerde, respectievelijk gereflecteerde warmteflux en de invallende irradiantie worden uitgedrukt door a, respectievelijk r. 5

Ibid, p 38

9

Tom Declercq


I r.I

a.I

Figuur 2: Absorptie & reflectie

De factoren a en r zijn beide afhankelijk van het spectrum van de invallende irradiantie. Voor praktijktoepassingen maakt men enkel het onderscheid tussen langgolvige (warmtestraling op omgevingstemperaturen) - en kortgolvige straling. (bezonning) ‘Op basis van thermodynamische beschouwingen kan aangetoond worden dat de absorptiefactor van een oppervlak gelijk is aan de emissiefactor, op voorwaarde dat het spectrum van de invallende en van de uitgezonden straling ongeveer gelijk is (Wet van Kirchoff). Voor warmtestraling op omgevingstemperatuur is dit steeds het geval . Bijgevolg volgt de reflectiefactor uit de emissiefactor (beide voor langgolvige straling):’

6

r =1 - ε

(8)

De emissiefactor is afhankelijk van het materiaal en in tabel 4 staan enkele waardes voor langgolvige straling. De warmteoverdracht t.g.v. straling tussen twee vlakken, waarbij alle warmte uitgestraald door een vlak 1 ontvangen wordt door een vlak 2 geldt: σ ( T14 − T2 4 ) q r,1 = r1 rA +1+ 2 1 ε1 ε2 A2 6

(9)

Ibid, p 42

10

Tom Declercq


De warmtestroomdichtheid door straling tussen twee grijze stralers is dus afhankelijk van de temperaturen, stralingseigenschappen en afmetingen van beide oppervlakken.

Tabel 4: Emissiefactoren7

7

Bisco v8.0 Manual 2006, p 93

11

Tom Declercq


In het geval van een oppervlak omgeven door een zwarte straler (r2= 0), of door een oppervlak met veel grotere afmetingen (verhouding A1/A2 gaat naar 0 ) is de warmteoverdracht niet meer afhankelijk van de afmetingen van beide vlakken of van de stralingseigenschappen van de omgeving (vlak 2):

q r,12 = ε1.σ. ( T14 − T2 4 )

(10)

Deze vergelijking wordt toegepast om de warmteoverdracht te beschrijven tussen bouwconstructies en hun binnen- of buitenomgeving en kan door ontbinden in factoren vereenvoudigd worden tot een uitdrukking in functie van een warmteovergangscoëfficiënt en een referentietemperatuur: qr = hr . (Ts-Tr)

(11)

met hr = σ.108.ε.fT waarbij

Tr,

(12) de

referentie-stralingstemperatuur

van

de

omgeving,

d.i.

oppervlaktetemperatuur van de omgevings-zwarte straler, voorstelt, en

de

fT de

temperatuurcorrectiefactor, die de linearisatie van het verband tussen stralingswarmte en temperatuur in rekening brengt. Deze factor is ongeveer gelijk aan 1,0 bij warmteoverdracht op kamertemperatuur (20°C) en gelijk aan 0,82 bij het vriespunt. Als de waarden van hr worden vergelijken met die van ha, dan blijkt dat in binnenomgeving het warmtetransport door straling van dezelfde grootteorde is als dat door convectie. Aan buitenoppervlakken is het warmtetransport door straling ongeveer een factor vijf kleiner dan door convectie. 8

8

JANSSENS A. (2007). ‘Bouwfysische aspecten in gebouwen ’(Syllabus), Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, Universiteit Gent, p 45

12

Tom Declercq


3. Energieprestatie De totale geleidingsverliezen van een gebouw worden bepaald door de constructies die het verwarmde gebouwvolume omgeven. De verhouding tussen het totale warmteverlies Ht en het totale warmteverliesoppervlak At bepaalt de gemiddelde warmtedoorgangscoëfficiënt van een gebouw. U=

Ht At

[W/(m².K)]

(13)

At

Ht

Figuur 3: Totale warmteverliezen en totaal warmteverliezend oppervlak

At staat voor het totale warmteverliezend oppervlak van het beschermd volume, m.a.w. het gezamenlijk oppervlak van de constructiedelen die het beschermd volume scheiden van de buitenomgeving, niet-verwarmde ruimtes en de grond. De gemiddelde U-waarde is een maatstaf voor de snelheid waarmee warmte verloren gaat per m² oppervlakte én per °C temperatuurverschil tussen de binnenzijde en de buitenzijde van een woning en als dusdanig een maat voor de isolatiekwaliteit van de gebouwschil.

13

Tom Declercq


Een maat voor de energiezuinigheid van een gebouw is

q”, het warmteverlies per

eenheidvolume gebouw en per graad temperatuursverschil (hoe zuiniger, hoe kleinere q”).

q" =

Ht U U = = V ( Ti − Te ) V C At

(14)9

Hierbij staat C voor de gebouwcompactheid, die de verhouding is tussen het verwarmd volume van het gebouw en het warmteverliezend oppervlak en is volledig afhankelijk van de

gebouwgeometrie.

De

gebouweigenschap

die

de

invloed

van

zowel

de

gebouwcompactheid als de U-waarde combineert is de K-waarde; aan deze eigenschap zijn wettelijke eisen opgelegd door Energieprestatie Vlaanderen. Een onderdeel van het totale warmteverliezend oppervlak van het beschermd volume is het buitenschrijnwerk. Bij de bepaling van de isolatiewaarde van buitenschrijnwerk Uw spelen een aantal parameters een belangrijke rol:

Uw =

U g A g + U f A f +ψl g A g +A f

[W/m².K]

(15)10

met Ag

: glasoppervlakte;

Af

: zichtbaar kaderoppervlakte;

lg

: zichtbaar kaderomtrek (zie figuur 5 );

Ug

: thermische isolatiewaarde van glas

Uf

: thermische isolatiewaarde van raamprofielen

ψ

: lineaire thermische transmissie, een maat voor de extra warmteoverdracht

t.g.v.

de interactie tussen glas, afstandshouder en raamkader)

9

Ibid, p21

10

MINISTERIE VAN DE VLAAMSE GEMEENSCHAP. (2006). ‘Opleiding energieprestatieregelgeving ’(Syllabus), Brussel, Module 5.3: Transparante Constructies.

14

Tom Declercq


binnen

buiten ψ , lg Af , Uf

Ag, Ug

Figuur 4: Parameters voor Uw

Figuur 5: Grootste zichtbare lengte

Behalve een globaal isolatiepeil, schrijft de Energieprestatie Regelgeving Vlaanderen (EPB) ook maximale U-waarden en minimale R-waarden voor. Deze waarden bieden enerzijds een garantie voor goede isolatie van wanden van de gebouwschil (eigenlijk een comforteis: het vermijden van koude binnenoppervlakten) en anderzijds zorgen ze voor een goede spreiding van de isolatie in de gebouwschil. Ze zijn schematisch voorgesteld in figuur 6 . 15

Tom Declercq


Figuur 6: Maximale U-waarden en minimale R-waarden

Deze Uw,max is sedert 2005 vastgelegd op 2,5 W/m².K voor ramen en 2,9 W/m².K voor gordijngevels11. Dit betekent dus een verstrenging van het isolatiedecreet van 1992 dat een waarde van Uw,max = 3,5 W/m².K voorop stelde. De maximale centrale Ug-waarde voor het glas bedraagt Ug,max = 1,6 W/m².K

12

, waardoor

gewoon dubbel glas geweerd zal worden en nog enkel gebruik zal kunnen gemaakt worden van hoogrendementsbeglazing met thermische weerstand van Ug = 1,1 W/m².K . Hoogrendementsbeglazing is dubbel glas waarvan één glasblad of ‘float’ is behandeld met een gesublimeerde metaallaag, die de koudestraling van de hemelkoepel reflecteert en gedeeltelijk absorbeert. Wanneer in de vergelijking (9) rekening gehouden wordt met twee 11 12

Bijlage III van het besluit van de Vlaamse Regering van 11 maart 2005 Ibid.

16

Tom Declercq


evenwijdige vlakken A1=A2 en dus (r = 1- ε) bekomt men de warmtestroomdichtheid voor een spouw:

q r1,2

σ ( T14 − T2 4 ) = 1 1 + −1 ε1 ε 2

(16)

Wanneer in een spouw met oppervlakken ε = 0,9 één vlak bekleed wordt met een materiaal ε = 0,1, vermindert het warmtetransport door straling door de spouw met een factor 8,313 Hiermee bekomt men in de praktijk, bij een afstand tussen de twee lagen glas van 15 mm, reeds een Ug-waarde van 1,4 W/m².K. Door die spouw op te vullen met een minder geleidend, zwaarder en meer viskeus edelgas zoals argongas - zodat de warmteoverdracht door convectie vermindert- daalt de Ug-waarde naar 1,2 W/m².K .

Figuur 7: Dubbel glas en HR-glas14

Het is mogelijk om nog verder te gaan dan hoogrendementsbeglazing. Er bestaat glas met een Ug-waarde tot 0,5 : drievoudig glas met een kryptongasvulling bijvoorbeeld. Tot op heden wordt dit type glas enkel toegepast bij passiefhuis-constructies, dus vrij zelden, wegens de hoge kostprijs.

13

JANSSENS A. (2007). ‘Bouwfysische aspecten in gebouwen ’(Syllabus), Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, Universiteit Gent , Hoofdstuk 1, p.44 14 WTCB, (1999). ‘HR-glas, glas met hoog rendement’, Brussel, WTCB Digest nr 8, p 1

17

Tom Declercq


4. Werkwijze

4.1. NBN EN 12412-2 De eerste keuze voor het onderzoek was experimenteel onderzoek op echte raamprofielen volgens de ‘hotbox methode’ (NBN EN 12412-2). Deze werkwijze heeft het voordeel dat ze veruit het dichtste aanleunt bij de realiteit. Kort samengevat gebeurt de bepaling van de warmtedoorgang in twee stappen: •

Eerst worden metingen uitgevoerd op twee of meer kalibratiepanelen waarvan de thermische eigenschappen nauwkeurig gekend zijn. Zodoende worden de warmteovergangscoëfficiënten ( zowel de convectieve- en stralingscomponent ) aan beide zijden van het kalibratiepaneel, alsook de thermische weerstand van het omgevingspaneel (dit is een ‘ideale wand’ met hoge thermische weerstand dat het proefmonster op zijn plaats houdt en de warme doos van de koude doos scheidt), bepaald.

•

Daarna wordt het proefmonster, waarin een isolatiepaneel is gemonteerd i.p.v. beglazing, in het omgevingspaneel gebracht en onderworpen aan dezelfde ventilatorinstellingen als bij de kalibratiepanelen.

Om de warmteflux door het raamkader te bepalen, wordt de totale warmtedoorgang verminderd met de warmtestroom doorheen het omgevingspaneel en de warmtestroom doorheen het isolatiepaneel. Van deze methode werd afgezien enerzijds wegens het tijdsrovende aspect ervan te danken aan de proefopstelling en kalibratie en anderzijds aan het feit dat niet alle raamkaders eenvoudig verkrijgbaar zijn en dus derhalve niet aan een test kunnen onderworpen worden.

18

Tom Declercq


4.2. ISO 10077-2:2003 De tweede optie was de rekenkundige methode volgens de norm ISO 10077-2:2003. Deze methode geeft de mogelijkheid om een 2-dimensionele wiskundige benadering te maken van de warmtestromen en biedt aldus een resultaat voor de isolatiewaarde voor het raamprofiel. Het grote voordeel aan deze rekenkundige methode is natuurlijk het aanbod van profielen dat zo schijnbaar onuitputtelijk wordt en het hoge rendement van de simulaties dankzij het huidige aanbod van rekenprogramma’s. In dit geval werd gebruik gemaakt van het programma ‘BISCO’ (Physibel Software versie 2006) dat stationair warmtetransport berekent in tweedimensionale objecten met willekeurige vorm en rekening houdt met de norm ISO 10077-2:2003. Ook hier wordt de thermische weerstand van het raamkader en de lineaire warmtedoorgang, die een maat is voor de interactie tussen raam en beglazing, bepaald door de beglazing te vervangen door een voorgeschreven isolatiepaneel (beschreven in Annex C van ISO 10077-2:2003) met voorgeschreven buiten- en binnenovergangscoëfficiënten.

4.2.1.

Overgangsweerstanden

De oppervlakteweerstand aan het binnenen buitenoppervlak van het raamprofiel hangt af het warmtetransport zowel door convectie als door straling naar de buiten- of binnenomgeving. De oppervlakteweerstanden voor horizontaal warmtetransport worden voorgeschreven in Annex B van de norm en houden rekening met zones waar verhoogde oppervlakteweerstand optreedt ten gevolge verminderde convectie en straling te wijten aan een onregelmatige raamprofieloppervlak. De bedoelde zones en hun overeenkomstige aangepaste overgangsweerstanden staan aangeduid in volgende figuur en bijhorende tabel. positie

Buiten [m²K/W]

Binnen [m²K/W]

normaal

0,04

0,13

verhoogd

0,04

0,04

Tabel 5 Overgangsweerstanden

19

Tom Declercq


binnenoppervlakte Warmtestroomrichting

Figuur 8: Overgangsweerstanden

Het raakvlak van het raamprofiel dat in contact staat met het aangrenzend materiaal en het snijvlak waar de beglazing of het isolatiepaneel wordt afgesneden, worden beide als adiabatisch beschouwd.

Grenzen A Adiabatische grens B Buitenoppervlakte weerstand C Binnenoppervlakte weerstand D Verhoogde oppervlakteweerstand

Luchtholtes en groeven E Beglazing F Ongeventileerde holte G Matig geventileerd holte of groef H Goed geventileerde holte of groef

Figuur 9: Schematische voorstelling van raamprofiel met holtes en groeven

20

Tom Declercq

4.2.2.


Warmtetransport door vaste materialen

ISO 10077-2:2003 schrijft in haar Annex A een lijst voor met vaste waarden voor de warmtegeleidingscoëfficiënt van enkele vaste stoffen die kunnen gebruikt worden voor raamprofielen, beglazing, thermische breuk, dichtingstrippen, enz.

Tabel 6: Warmtegeleidingscoëfficiënten

21

Tom Declercq


4.2.3. De

warmtestroom

Luchtholtes in

luchtholtes

wordt

gedicteerd

door

een

equivalente

warmtegeleidingscoëfficiënt λeq. Deze equivalente warmtegeleidingscoëfficiënt bundelt de afzonderlijke warmtedoorgangen te wijten aan straling en convectie en hangt af van de geometrie van de luchtholte alsook van de aangrenzende materialen.

4.2.3.1.

Ongeventileerde luchtholtes in raamprofielen

De norm definieert luchtholtes als ongeventileerd indien ze volledig afgesloten zijn van buiten- en binnenomgeving of hiermee slechts in contact staan met een spleetopening die kleiner is dan 2mm. De afleiding voor de warmtegeleidingscoëfficiënt λeq geldt in wezen alleen voor rechthoekige luchtholtes, doch de norm biedt een methode om nietrechthoekige luchtholtes tot rechthoekige te herleiden:

Figuur 10: Transformatie van niet-rechthoekige holtes

Aangepaste breedte en diepte: B=

A 'b' d'

(17)

D=

A 'd ' d'

(18)

Met : A

oppervlakte van de equivalente rechthoekige luchtholte

[m²]

d/b

diepte en breedte van de equivalente rechthoekige luchtholte

[-]

22

Tom Declercq


A’

oppervlakte van werkelijke luchtholte

[m²]

d’/b’

diepte en breedte van de werkelijke luchtholte

[-]

Een nuttige opmerking hierbij is het feit dat luchtholtes waarvan één dimensie kleiner is dan 2 mm en luchtholtes met een verbinding van 2 mm mogen volgens de norm gezien worden als twee afzonderlijke luchtholtes. De

warmtestroom

doorheen

holtes

wordt

berekend

a.d.h.v.

een

equivalente

warmtegeleidingscoëfficiënt, namelijk: λeq= d/Rs

(19)

met : d: de lengte van de holte in de richting van het warmtetransport, aangeduid in fig.11; Rs : de warmteweerstand van de luchtholte, gedefinieerd door: Rs = 1/ (hc + hr)

(20)

Met :ha en hr : overgangscoëfficiënten voor respectievelijk convectie en straling ; Om een goede thermische weerstand te bekomen kan gesteld worden dat de waarde van de warmteweerstand Rs zo hoog mogelijk moet zijn en dat de overgangscoëfficiënten ha en hr dus een zo klein mogelijke waarde moeten hebben.

Figuur 11: Rechthoekige holte en warmtestroomrichting

23

Tom Declercq •


Overgangscoëfficiënt voor convectie ha

In het geval dat b< 5mm, is ha = C1/d

(21)

met C1= 0,025 W/(m.K) De convectieve warmteoverdracht is in het geval van een smalle holte omgekeerd evenredig met de diepte van de holte. In het geval dat b > 5mm, is ha = max { C1/d , C2.ΔT1/3}

(22)

waarbij C1= 0,025 W/(m.K) en C2= 0,73W/(m².K4/3). Als er geen informatie omtrent ΔT beschikbaar is, moet volgens de norm de waarde ΔT = 10K aangenomen worden en wordt de overgangscoëfficiënt voor convectie : ha = max { C1/d , C3}

(23)

waarbij C3= 1,57 W/(m².K). •

Overgangscoëfficiënt voor straling hr

Deze wordt bepaald door volgende vergelijking: hr= 4.σ.Tm3.E.F

(24)

met : σ = 5,67x10-6 W/(m².K4) , de Stefan-Boltzmann constante E=

1 1 + − 1 , de emittantie tussen vlakken ε1 ε 2

(25)

(ε1en ε2 aangeduid in fig. 11, p 22) 1⎛ d d⎞ F = ⎜⎜1 + 1 + − ⎟⎟ , de zichtfactor voor rechthoekige holtes 2⎝ b b⎠

(26)

24

Tom Declercq


zichtfactor F

F 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

d/b

Grafiek 1: Zichtfactor F in functie van d/b

De zichtwaarde F start bij de maximum waarde van 1,0 en zakt asymptotisch naar een minimum waarde van 0,5. De geometrie van de luchtholtes moet dus zoveel mogelijk naar dat van een vierkant neigen om hun inherente warmteoverdracht door straling te minimaliseren. Om het warmtetransport door straling volledig uit te schakelen, moet ε1 , hetzij ε2 tot nul herleid worden. Indien geen informatie bekend is over de emittanties, noch over de gemiddelde luchtholtetemperatuur, mag volgens de norm volgende aannames gedaan worden: ε1= ε2= 0,9 en Tm = 283 K, waarbij

de

overgangscoëfficiënt

voor

straling

gegeven

wordt

door

⎛ d d⎞ h r = C4 ⎜⎜1 + 1 + − ⎟⎟ b b⎠ ⎝

:

(27)

met C4= 2,11 W/(m².K)

4.2.3.2.

Geventileerde

luchtholtes

en

groeven

in

raamprofielen •

Matig geventileerde luchtholtes en groeven met kleine dwarsdoorsnede

Groeven met een kleine dwarsdoorsnede aan de binnen- of buitenoppervlakte van een raamprofiel en holtes die in contact staan met de buiten- of

25

Tom Declercq


buitenomgeving d.m.v. een spleet met afmeting 2 mm < d ≤ 10 mm worden door de norm bestempeld als matig geventileerde holtes. De equivalente geleidbaarheid λeq is hier het dubbele van die van een ongeventileerde holte van dezelfde grootte bepaald volgens 2.1.3.1. .

Figuur 12: Matig geventileerde holtes en groeven met kleine dwarsdoorsnede

•

Goed geventileerde luchtholtes en groeven met grote dwarsdoorsnede

In andere gevallen dan de voorgaande, specifiek wanneer d >10 mm bedraagt, wordt door de norm verondersteld dat het volledig oppervlak in contact staat met de buiten- of binnenomgeving en worden bijgevolg de oppervlakteweerstanden Rse en Rsi (2.1.1.) aangewend.

Figuur 13: Goed geventileerde holtes en groeven

26

Tom Declercq

4.2.4.


Validatie van het testprogramma

Annex D. van de norm ISO 10077-2:2003 geeft een methode om de werkwijze in en het berekeningsprogramma zelf ( in dit geval Bisco van Physibel Software) te valideren. Het voorziet een reeks basisfiguren aanduiding van afmetingen en materialen en een tabel met rekenwaarden waarvan slechts 3 % mag afgeweken worden . Deze validatie wordt hier geïllustreerd met een aluminium profiel (figuur 14) en een houten profiel (figuren 15 en 16 ) die elk 10 keer berekend werden met Bisco. De Uf waarde van het aluminium raamprofiel is door de norm vastgelegd op Uf = 3,22 ± 0,06 W/m².K terwijl de met Bisco berekende waarde Uf = 3,36 ± 0,04 W/m².K bedraagt. De tweedimensionale warmtedoorgang en lineaire thermische transmissie werden voor het houten kader vastgelegd op respectievelijk L2D = 0,481 ± 0,04 W/m.K en ψ = 0,077 W/m.K. Alle waardes zitten in het gebied van de 3% afwijking.

Figuur 14: Validatie in Bisco van aluminium kader

27

Tom Declercq


Figuur 15: Validatie in Bisco van een houten kader (1)

Figuur 16: Validatie in Bisco van een houten kader (2)

28

Tom Declercq


5. Oppervlaktecondensatie ‘Lucht bevat een zekere hoeveelheid waterdamp. De maximale hoeveelheid waterdamp(verzadiging) die lucht kan bevatten, is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer waterdamp de lucht kan opnemen. De relatieve vochtigheid van de lucht is de verhouding tussen de partiële dampdruk

en

de

verzadigingsdampdruk

bij

dezelfde

temperatuur.

Wanneer men lucht met een bepaalde relatieve vochtigheid afkoelt, ontstaat er bij een gegeven temperatuur condensatie. Deze temperatuur wordt dauwpunt van de lucht genoemd. Wanneer de vochtige lucht in contact komt met een oppervlak waarvan de temperatuur lager is dan het dauwpunt, ontstaat oppervlaktecondensatie. Het dauwpunt van de lucht is hoger naarmate de relatieve vochtigheid van de lucht toeneemt.’15 De beoordeling van oppervlaktecondensatie dient te gebeuren rekening houdend met de beglazing. Het optreden van oppervlaktecondensatie hangt af van het dauwpunt van de binnenlucht en de laagste binnenoppervlaktetemperatuur. De temperatuurfactor ‘f’, zijnde de dimensieloze minimale binnenoppervlaktetemperatuur (bij een binnentemperatuur van 1°C en een buitentemperatuur van 0°C) kan als de te beoordelen grootheid met betrekking tot oppervlaktecondensatie beschouwd worden.

f Rsi =

θsi − θe θi − θe

(28)

Met fRsi

: temperatuurfactor;

θsi

: binnenoppervlaktetemperatuur;

θe

: temperatuur van de buitenlucht;

θi

: temperatuur van de buitenlucht;

15

TV 210 Vocht in gebouwen, bijzonderheden van opstijgend vocht, WTCB, p 11

29

Tom Declercq


Voor woningen is een redelijke eis voor het vermijden van oppervlaktecondensatie: • f > 0,655 (= 13°C bij 0°C buiten en 20°C binnen) WTCB TV 153, IEA annex XIV, dit is de temperatuurfactor in normaal verwarmde ruimten met binnentemperatuur boven 18°C. (bij een temperatuurfactor van 0,60 hoort een minimum

binnentemperatuur

van

19°C)

• STS 52: f > 0,64 (= +9,2 °C; buitentemperatuur –10°C, binnentemperatuur +20°C, Relatieve vochtigheid 50%) Om

de

berekeningen

eenvoudiger

te

houden

komt

dit

neer

op

binnenoppervlaktetemperatuur Θsi = 12,8 bij een fRsi = 0,64, een binnentemperatuur van 20°C en een buitentemperatuur van 10°C . In figuur 18 is de isothermlijn van 12,8°C in het rood aangeduid. Op deze lijn kan oppervlaktecondensatie optreden; o.a. zichtbaar op de onderzijde van de beglazing. Op zich niet zo’n groot probleem, ware het niet dat schrijnwerk steeds in contact staat met ‘beschimmelbare’ materialen. Een gunstige binnenoppervlaktetemperatuur kan dus bijzonder gunstige gevolgen hebben, en wordt voornamelijk bepaald door het warmtetransport door het raam.

Figuur 17: Temperatuurfactor

30

Tom Declercq


6. Aluminium schrijnwerk 6.1. Algemeen Aluminium raamprofielen zijn samengesteld uit aluminium kokerprofielen gemaakt in een extrusieproces, d.w.z. persen doorheen een matrijs, waardoor men ze ingewikkelde vormen kan geven. Daar aluminium een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt bezit (λ = 160 W/m.K), is het nodig een thermische onderbreking in het raamprofiel in te brengen. Meestal bestaat deze

thermische

polyamidestrippen

onderbreking, die

of

ingeklemd

steeg, worden

tegenwoordig in

uit

speciaal

glasvezelversterkte daartoe

voorziene

zwaluwstaartvormige gleuven in de basisprofielen. Deze mechanische vertanding zorgt, samen met een in de isolatiestrip aangebrachte lijmdraad die geactiveerd wordt bij het lakken of anodiseren van de profielen, voor een hoge afschuifwaarde van beide profielen. In figuren 19 t.e.m. 25 staan enkele in de handel verkrijgbare aluminium raamprofielen met hun warmtedoorgangscoëfficiënt Uf. De warmtestroom doorheen het profiel werd opgesplitst in de deelstromen te wijten aan geleiding, convectie en straling. In het programma Bisco is dit mogelijk op de volgende manier, want men kan namelijk niet zomaar de warmteoverdracht door straling uitschakelen (zie verder): -

Totale warmtestroom Qtot :

Men past de standaard werkwijze toe alsof men Uf wil bepalen. -

Warmtestroom alleen door geleiding Qg :

Men vult alle holtes op met eenzelfde materiaal waarvan de warmtegeleidingscoëfficiënt de waarde λ = 0 ,0 W/m.K aanneemt. -

Warmtestroom door geleiding en straling Qg+r :

Men schakelt convectie uit door parameters C1, C2 en C3 gelijk aan nul te stellen voor men de zones opsplitst. Na opsplitsen is elke holte gevuld met een materiaal met een equivalente warmtegeleidingscoëfficiënt enkel te wijten aan

31

Tom Declercq


stralingsoverdracht. Men kan aldus de afzonderlijke warmtestromen door convectie Qa en straling Qr bepalen: Qa = Qtot – Qg+r

(29)

Qr = Qg+r – Qg

(30)

De volgende figuren stellen bestaande aluminium raamprofielen voor. Telkens werd de warmtedoorgangscoëfficiënt

Uf

bepaald

en

de

afzonderlijke

procentuele

warmtestroomverhoudingen Qg/Qtot ,Qa/Qtot en Qr/Qtot .

Merk Type Steeglengte (mm) Inbouwdiepte (mm) Uf (W/m²K) Qg/Qtot (%) Qa/Qtot (%) Qr/Qtot (%)

Schüco Royal S 70 27,5 80,0 2,939 68,73 8,75 22,52

Tabel 7

Figuur 18


Aliplast Imperial 24,0 73,8 3,096 62,72 9,53 27,75

Tabel 8

Figuur 19

32

Tom Declercq

Thermische parameteranalyse Merk Type Steeglengte (mm) Inbouwdiepte (mm) Uf (W/m²K) Qg/Qtot (%) Qa/Qtot (%) Qr/Qtot (%)

Aliplast Superial 34,0 84,0 2,326 71,77 9,77 18,45

Tabel 9

Figuur 20


Reynaers CS 77 32,0 77,0 2,841 70,55 8,88 20,65

Tabel 10

Figuur 21


Reynaers CS 77 HI 32,0 77,0 2,217 74,84 9,08 16,07

Tabel 11

Figuur 22

33

Tom Declercq

Thermische parameteranalyse Merk Type Steeglengte (mm) Inbouwdiepte (mm) Uf (W/m²K) Qg/Qtot (%) Qa/Qtot (%) Qr/Qtot (%)

Reynaers CS 77 HI 32,0 77,0 2,196 75,96 8,09 15,95

Tabel 12

Figuur 23


Janssens Ancona 24,0 80,0 3,391 55,94 11,31 32,75

Tabel 13

Figuur 24

Voor de voorgaande voorbeelden van aluminium ramen bedraagt de gemiddelde warmtedoorgangscoëfficiënt Uf = 2,7 W/m².K en de gemiddelde deelwarmtestromen (in procent) Qg/Qtot = 68, 6% ,Qa/Qtot = 9,3 % en Qr/Qtot = 22,0 % . In grafiek 2 op de volgende pagina worden de percentages van de deelwarmtestromen in functie van de warmtedoorgangscoëfficiënt Uf uitgezet. In deze grafiek is te zien dat, naarmate de warmtedoorgangscoëfficiënt stijgt, het aandeel van de stromingsdoorgang door het raamkader te wijten aan geleiding afneemt en het aandeel te wijten aan straling toeneemt. Het aandeel te wijten aan convectieve warmteoverdracht blijft relatief constant onafhankelijk van de warmtedoorgangscoëfficiënt en blijft in de buurt van haar gemiddelde waarde Qa/Qtot = 9,3 %.

34

Tom Declercq


St romingsonderdelen in funct ie van Uf waarde 100 90 80

%

70 60

geleiding

50

convectie

40

straling

30 20 10 0 2

2,5

3

3,5

U f ( W /m².K)

Grafiek 2: Stromingsonderdelen i.f.v. Uf

35

Tom Declercq


6.2. Aluminium 6.2.1.

De

Oppervlaktebehandeling

norm ISO 10077-2:2003 geeft geen normwaardes voor emissiefactoren ε . De

berekeningswijze die aangeraden wordt in de handleiding van Bisco16 ter berekening van de warmtedoorgang doorheen een raamprofiel maakt geen gewag van emissiefactoren. Verder in de handleiding staat17 dat voor de emissiefactoren van zowel de koude als warme zijde van een luchtholte de waarden ε1= ε2= 0,9 aangenomen worden en dat de gemiddelde temperatuur in de holte wordt gegeven door:

Tm =

Ts min + Ts max 2

(31)

In Tabel 14 worden enkele richtwaarden gegeven voor emissiefactoren ε voor verschillende materialen. Voor gelakt aluminium ligt deze waarde rond 0,42 ; voor geoxideerd aluminium ligt ze tussen 0,3 en 0,11 ; voor gepolijst aluminium is deze waarde kleiner zelfs kleiner dan 0,07. De warmtedoorgang door straling bij aluminium ramen wordt

bij

de

simulaties

dus

eigenlijk

overschat,

zodat

de

totale

warmtedoorgangscoëfficiënt Uf van aluminium raamprofielen overschat worden. In volgende tabel wordt de invloed van de oppervlaktebehandeling van het aluminium duidelijk gemaakt. Deze tabel is mogelijk dankzij een uitbreiding van het programma Bisco, namelijk de Radcon module, die een meer realistische berekeningswijze mogelijk maakt, door rekening te houden met emissiefactoren, zichtfactoren enz. Men merkt op dat de warmtedoorgangscoëfficiënten bij ε = 0,90 wat hoger zijn dan bij de standaardwerkwijze van Bisco, wegens de nauwkeuriger berekening met de Radcon module.

16 17

Bisco v8.0 Manual 2006, p 21 t.e.m. p 28 Ibid, p 49t.e.m. p 50

36

Tom Declercq


Uf (ε = 0,9) Uf (ε = 0,42) Uf (ε = 0,2) Uf (ε = 0,07) (W/m²/K) (W/m²/K) (W/m²/K) (W/m²/K) Reynaers CS HI vast

2,18

2,15

2,13

2,10

Reynaers CS HI open

2,22

2,11

2,07

2,04

ALIPLAST Superial

2,54

2,48

2,44

2,41

Reynaers CS 77

3,12

2,99

2,91

2,84

Schüco Royal S 70

3,19

3,08

3,02

2,97

Aliplast Imperial

3,23

3,07

2,98

2,91

Janssens Ancona

3,69

3,46

3,34

3,24

Uf,rel (ε = 0,42) Uf,rel (ε = 0,2) Uf,rel (ε = 0,07) Qr/Qtot (%) (%) (%)

(%)

Reynaers CS HI vast

1,33

2,43

3,58

15,95

Reynaers CS HI open

5,01

6,54

7,94

20,65

ALIPLAST Superial

2,36

3,90

5,24

18,45

Reynaers CS 77

4,04

6,64

8,85

20,65

Schüco Royal S 70

3,20

5,12

6,78

22,52

Aliplast Imperial

5,13

7,95

9,99

27,75

Janssens Ancona

6,13

9,54

12,09

32,75

Tabel 14: Oppervlaktebehandeling van aluminium profielen

In het bovenste gedeelte van tabel 14 staan de absolute Uf-waarden, in het onderste de relatieve

Uf,rel-waarden,

uitgedrukt

in

%.

Uit

tabel

15

volgt

dat

de

warmtedoorgangscoëfficiënt van een aluminiumraam positief kan beïnvloed worden door een oppervlaktebehandeling. De winst die hier wordt gemaakt is volledig te wijten aan een afname in warmteoverdracht door straling. In de tabel worden ook nog eens de percentages van de deelwarmtestromen door straling opgenomen. Hier kan men zien dat het meeste winst gemaakt kan worden, bij de raamprofielen waar het gedeelte van de warmtestroom te wijten aan straling het grootst is.

37

Tom Declercq

6.2.2.


Koelvinverschijnsel

Het koelvinverschijnsel kan geïllustreerd worden a.d.h.v. het vraagstuk in figuur 25.

Figuur 25

Figuur 26

In figuur 25 ziet men 4 verschillende aluminiumprofielen met dezelfde hoogte, doch met een verschillend contactoppervlakte met de buitenomgeving, ingebracht in een isolatieplaat met analoge dikte. Het pakket wordt aan een temperatuursverschil onderworpen van 20 °C tussen buiten en binnen. Figuur 26 toont de verschillende temperatuursverlopen en de binnenoppervlaktetemperaturen laat zich in tabel 16 samenvatten; Klein

Groot

contactoppervlakte

contactoppervlakte

binnen

binnen

Klein contactoppervlakte buiten

6°C

12°C

Groot contactoppervlakte buiten

3°C

5°C

Tabel 15

38

Tom Declercq


In figuur 27 zijn de warmtestroomlijnen uitgezet, doorheen dezelfde aluminium profielen; hierin is op te merken dat het kleinste warmteverlies optreedt in het geval van zowel een klein binnen- als buitencontactoppervlak. Het koelvinverschijnsel heeft aldus steeds een negatief effect op het warmteverlies.

Figuur 27

Dit negatieve effect op het warmteverlies kan nog intuïtiever aangetoond worden als volgt. In de volgende figuur wordt aan weerszijden van een doorlopend glasvlak aluminium kokerprofielen bevestigd, wat in wezen een ideale thermische breuk lijkt. Het effect van verhoogde oppervlakteweerstand wordt hier even verwaarloosd.

Dubbele beglazing met coating ε = 0,04 en gevuld met argon

Uf Ug (W/m².K) (W/m².K) 1,278 1,253

Dubbele beglazing zonder coating en gevuld met argon

2,915

2,776

Dubbele beglazing zonder coating en zonder argon

4,366

2,921

Tabel 16

Figuur 28

Door het profiel op het glas te bevestigen wordt de U-waarde ter hoogte van het profiel hoger dan die van de beglazing. Dit negatief effect op de U-waarde neemt wel af naar mate dat de U waarde van beglazing beter is. Hieruit zou men kunnen afleiden dat om de 39

Tom Declercq


thermische kwaliteiten van aluminium schrijnwerk maximaal te benutten, best gebruik gemaakt wordt van hoog-rendementsglas. Het voorgaand aangehaalde voorbeeld is wat abstract. De volgende figuren tonen een concreet profiel, nl een Schüco Royal S 70. De warmteoverdracht wordt bepaald in de volgende gevallen : •

In het profiel wordt een isolatiepaneel zoals voorgeschreven in de norm ISO 100772:2003 aangebracht en het binnenkader wordt stelselmatig 5 mm hoger gemaakt van 30 mm tot 75 mm (figuur 29). Hierbij wordt de oppervlaktetemperatuur

van

het

Uf en de maximale

binnenkader

geregistreerd.

Figuur 29: Verhogen van het binnenprofiel

•

In het profiel wordt een isolatiepaneel aangebracht en wordt het buitenkader stelselmatig 5 mm hoger gemaakt naar buiten toe van 5 mm tot 50 mm (figuur 30). Hierbij wordt de Uf en de maximale oppervlaktetemperatuur van het binnenkader geregistreerd

40

Tom Declercq


Figuur 30: Verhogen van het buitenprofiel

Hoogte binnenprofiel (mm) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Maximum oppervlaktetemperatuur binnen Uf (W/m².K) (°C) 2,873 15.17 2,939 15.15 3,006 15.19 3,077 15.21 3,126 15.25 3,178 15.27 3,241 15.33 3,296 15.32 3,367 15.36 3,394 15.44

Tabel 17. Invloed van hoogte binnenprofiel

Hoogte buitenprofiel (mm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Uf (W/m².K) 2,944 2,985 3,007 3,031 3,062 3,077 3,099 3,133 3,160 3,170

Maximum oppervlaktetemperatuur binnen (°C) 15.15 15.09 15.06 15.02 14.98 14.95 14.91 14.87 14.82 14.78

Tabel 18: Invloed van de hoogte van buitenprofiel

41

Tom Declercq


3,5 3,4

U f (W /m².K)

3,3 3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

40

45

50

hoogte binnen profiel (mm)

Grafiek 3: Uf i.f.v. hoogte binnenprofiel

3,2

U f (W /m².K)

3,2 3,1 3,1 3,0 3,0 2,9 5

10

15

20

25

30

35

hoogte buitenprofiel (mm )

Grafiek 4: Uf i.f.v. hoogte buitenprofiel

42

Tom Declercq


Oppervlaktetemperatuur binnen (°C)

15,5

15,4

15,3

15,2 30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

45

50

hoogte binnen profiel (mm )

Grafiek 5: Binnenoppervlaktetemperatuur i.f.v. hoogte binnenprofiel

Oppervlaktetemperatuur binnen (°C)

15,2

15,1

15,0

14,9

14,8 5

10

15

20

25

30

35

40

hoogte binnen profiel (mm )

Grafiek 6 : Binnenoppervlaktetemperatuur i.f.v. de hoogte van het buitenprofiel

43

Tom Declercq


Figuur 31: Toenemende profielhoogte: thermografie

Figuur 32 Toenemende profielhoogte thermografieën

44

Tom Declercq


Uit de figuren en tabellen kan men het volgende besluiten: •

Zowel verhogen van het buiten- als buiten profiel heeft een negatieve invloed op de isolatiewaarde van het raamprofiel. Het verloop is voorgesteld in grafieken 3 en 4 en is quasi lineair. Het verhogen van het binnenprofiel met 45 mm leidt reeds tot een procentuele toename van de Uf-waarde van 18,1 %. In tabel 19 ziet men dat deze wijziging in Uf-waarde te wijten is aan een verschuiving van de deelstromen. De warmteoverdracht doorheen het kader te wijten aan geleiding is gedaald en die van straling toegenomen; dit is te wijten aan het verlengen van zowel het aluminiummateriaal dat instaat voor de geleiding ( immers, warmtetransport door geleiding is immers omgekeerd evenredig met de pakketdikte) als de holtes na de thermische onderbreking. Dit heeft een negatieve invloed op de zichtfactor F die bij meer langwerpige holtes richting de maximum waarde van 1,0 neigt. Type warmteoverdracht geleiding

Deelstroom (%) binnenkaderhoogte 30 mm 68,73

bij Deelstroom (%) van binnenkaderhoogte 75 mm 60,73

convectie

8,75

9,92

straling

22,52

29,35

bij van

Tabel 19: Toenemende profielhoogte: deelstromen

Het verhogen van het buitenprofiel met 45 mm leidt slechts tot een relatieve toename van de Uf waarde van 7,7 %. Ook hier is de toename van de Uf - waarde te wijten aan een toename

van

het

radiatieve

warmtestroomgedeelte

en

het

afnemen

van

de

geleidingscomponent. Het verschil in relatieve afname van de Uf - waarde van 7,7 % door het verhogen van het buitenprofiel t.o.v. die van 18,1 % door het verhogen van het binnenprofiel zou men kunnen verklaren door het feit dat de stralingsoverdracht doorheen de holte sterk (tot de derde macht) beïnvloed wordt door de er heersende gemiddelde temperatuur. Mits de holte zich in dit geval aan de koude zijde van de thermische onderbreking bevindt, is deze gemiddelde temperatuur veel lager (zie thermografieën fig. 32) en dus zo ook de stralingscomponent kleiner. Diepere

binnenprofielen

hebben

een

kleine

positieve

invloed

op

de

binnenoppervlaktetemperatuur. Het verhogen van het binnenprofiel met 45 mm leidt tot

45

Tom Declercq


een relatieve toename van de maximum oppervlaktetemperatuur van 1,9 %. Zodoende heeft

het

koelvinverschijnsel

in

dit

geval

een

positieve

invloed

op

de

binnenoppervlaktetemperatuur en het ermee gepaard gaande condensatieverschijnsel. Men zou kunnen aannemen dat het vergroten van de zone met verhoogde oppervlakteweerstand (door de hoogte ervan te laten toenemen) er toe leidt dat de warmte moeilijker afgegeven wordt aan de binnenomgeving en daarmee een iets hogere oppervlaktetemperatuur bekomen wordt.

6.2.3.

Thermische kortsluiting

Het effect ‘thermische kortsluiting’ treedt op wanneer een materiaal A of luchtholte volledig omsloten is door een materiaal B met een hoge geleidingscoëfficiënt ( zoals de meeste metalen). De warmtegeleidingscoëfficiënt heeft in dit geval weinig invloed op de totale warmteoverdracht.

Figuur 33: Thermische kortsluiting

Figuur 33: Thermische kortsluiting: thermografie

46

Tom Declercq


In figuur 33 wordt dit effect geïllustreerd door 5 aluminium plaatjes in een blok isolatie in te bedden, dat onderworpen wordt aan een temperatuursverschil van 20°C. Het gedeelte isolatie dat zich tussen de strips bevindt, speelt hier geen rol; dit ziet men aan de grote isothermische zone in het midden van de figuur alsook aan de concentratie van warmtestroomlijnen in de aluminium plaatjes. Uiteraard neemt het gedeelte isolatie dat zich onder en boven de plaatjes bevindt, wel de taak op zich. Dit thermisch kortsluiten is van groot belang bij aluminium profielen. Zo wordt meteen duidelijk dat het opvullen van kokerprofielen met isolatiemateriaal met λ = 0,035 W/m.K weinig

invloed

heeft

noch

op

de

Uf-waarde,

noch

op

de

maximum

oppervlaktetemperatuur. Dit wordt bevestigd in de figuur 34, waar de kokers van een Reynaers CS 77 profiel achtereenvolgens worden opgevuld met isolatiemateriaal.

Uf= 3,177 W/m².K

Uf= 3,177 W/m².K

Uf= 3,177 W/m².K

Uf= 3,177 W/m².K

Figuur 34: Opvullen van kokers met isolatiemateriaal

47

Tom Declercq


6.3. Thermische onderbreking

6.3.1.

Compartimentering

De thermische onderbreking of ‘steeg’ is een isolerende kern die de binnen – en buitenzijde van het aluminium raamprofiel van elkaar scheidt. Behalve goede thermische eigenschappen moet een thermische onderbreking tevens mechanische eigenschappen bezitten daar de buiten- en binnenzijde van het raam met elkaar moeten kunnen samenwerken. Figuur 35 vormt een schematische voorstelling van een thermische snede; twee aluminium platen worden van elkaar gescheiden door een achttal polyamidestrips.

50

40

30

20

15

10

5 mm

1 kamer

2 kamers

3 kamers

Figuur 35: Theoretische steeg

48

Tom Declercq


De afstand tussen de platen wordt gevarieerd van 5 mm naar 50 mm; alsook wordt de ruimte tussen de polyamidestrips verdeeld in 1, 2 of 3 kamers en wordt er een temperatuursverschil van 20°C aangebracht aan de buitenkant van de aluminium plaatjes

thermische onderbreking 0,0006

0,00055

warmteweerstand

0,0005

0,00045 1KAMER 2KAMER 3KAMER

0,0004

0,00035

0,0003

0,00025

0,0002 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

lengte steeg

Grafiek 7: Theoretische warmteweerstand i.f.v. steeglengte

Uit de grafiek 7 kunnen volgende besluiten genomen worden i.v.m. de warmteweerstand van •

thermische

snede

in

functie

van

aantal

kamers

en

totale

diepte

Het verhogen van de diepte boven 20 mm heeft weinig effect indien men tegelijkertijd ook niet het aantal kamers verhoogt. Dit kan verklaard worden door het feit dat de warmteovergang te wijten aan convectie en straling te grote invloed begint te krijgen door het verkrijgen van langwerpige holtes. De zichtfactor F gaat naar haar maximale waarde 1,0 de stralingscomponent begint aan belang te winnen

•

Het aanbrengen van een verdeling in kamers begint pas voordelen op te leveren indien

de

diepte

van

de

thermische

snede

voldoende

groot

is

Het volgende voorbeeld (fig. 36) leunt meer aan bij de realiteit . Hierbij wordt de graad van compartimentering van de steeg van een vast Reynaers CS 77 profiel stapsgewijs

49

Tom Declercq


opgedreven, terwijl de steeglengte constant blijft en telkens wordt de Uf waarde van het kader bepaald. Standaard heeft een Reynaers CS 77 drie holtes in de steeg.

in

out

Uf= 2.159 W/m²K

Uf= 1.954 W/m²K

Uf= 1.876 W/m²K

Uf= 1.903 W/m²K

Uf= 1.639 W/m²K

Uf= 1.876 W/m²K

Figuur 36: Invloed compartimentering steeg op Uf (1)

In dit realistische geval ziet men ook dat de Uf-waarde in het begin gunstig beïnvloed wordt door het compartimenteren van de steeg. Na een zekere graad van compartimentering wordt deze invloed minder; dit komt overeen het met voorgaand tweede puntje : bij een te kleine steegdiepte is compartimentering niet nuttig. Toch is het door een goede graad van compartimentering van de steeg toe te passen mogelijk de Uf waarde 24% te laten afnemen. De lijnen in figuur 37 stellen bij de zes verschillende graden van compartimentering een maat voor de warmtestroomdichtheid voor. Men kan opmerken dat er geen spectaculaire wijzigingen in de warmtestroom optreden. In het begin is de warmtestroom vooral geconcentreerd in en rond de steeg. Bij toenemende compartimentering gaan de lijnen in de steeg verder uit elkaar liggen, door stijgende thermische weerstand van de steeg; de tussenafstand van de lijnen in de holte links van de steeg blijft quasi gelijk. In het geval met de beste Uf-waarde ( met vijf holtes in de thermische onderbreking ) is de

50

Tom Declercq


warmtestroom doorheen de holte afgenomen en vindt de warmtestroming vooral plaats doorheen de steeg, maar neemt weer toe bij verdere een compartimenteringsgraad.

Figuur 37: Warmtestroomdichtheid bij toenemende compartimentering van de steeg

Ook in het volgende geval, een raamprofiel van het opendraaiend type Reynaers CS 77 (figuur 38), dat standaard drie kamers in de thermische onderbreking bezit, is een afname van de Uf-waarde mogelijk; bij hogere graad van compartimentering daalt de Uf-waarde . Wanneer de steeg vijf compartimenten bezit, neemt de Uf-waarde echter terug toe. Niettemin kan door goede steegcompartimentering bij dit profiel een relatieve verlaging van de Uf-waarde van 8% gerealiseerd worden bij een verhoging van twee naar vier kamers. In Tabel 20 staan de verhouding van de deelstromen t.g.v. geleiding, straling en convectie op de totale warmtestroom in procent aangeduid voor elke graad van compartimentering. Men kan stellen dat er relatief weinig wijziging optreedt in de verhoudingen tussen de verschillende soorten warmtetransport, en dat de gunstige invloed op de Uf-waarde eerder te wijten is aan een verlagen van de totale warmtestroom door het profiel dan wijzigen van

51

Tom Declercq


de verhoudingen. Dit kan ook geconcludeerd worden uit de thermografieën (figuur. 39) , die quasi identiek blijven.

in

out

Uf= 2.903 W/m².K

Uf= 2,841 W/m².K

Uf= 2.682 W/m².K

Uf= 2.692 W/m².K

Figuur 38: Invloed van compartimentering van de steeg op Uf (2)

52

Tom Declercq


Figuur 39 Thermografieën: Invloed van compartimentering van de steeg op Uf

2 holtes component geleiding component convectie component straling

3 holtes

4 holtes

5 holtes

70,47

71,78

70,55

71,38

8,85 20,68

8,74 19,49

8,80 20,65

9,38 19,25

Tabel 20: Invloed compartimentering op de deelstromen

In de figuur 40 wordt de steeglengte van een Reynaers CS 77 profiel vergroot van de standaard 32 mm naar 57,5 mm, terwijl de graad van compartimentering (aantal kamers / steeglengte) gelijk blijft; telkens wordt de Uf waarde van het profiel geregistreerd. Dit experiment verschilt van dat van ‘4.1.1 Koelvinverschijnsel’ daar de steeglengte hier ook mee verhoogd wordt, samen met de hoogte van het binnenprofiel. Ook in dit geval ziet men dat het verlengen van de steeg eerst een positieve invloed uitoefent op de isolatiewaarde van het raamkader. Bij blijvend verlengen slaat dit effect echter om en stijgt de Uf waarde terug. In de thermografieën in figuur 41 kan men zien dat de warmtestroom bij kleine steeglengte meer aan de linker kant van het raamkader is geconcentreerd, aan de kant van de steeg. Bij grotere steeglengte kan men zien dat de warmtestroom uitwaaiert naar de rechterkant en dat bij een steeglengte van 57,5 (de figuur 53

Tom Declercq


in de rechter onderhoek) zich een concentratie van warmtestromen voordoet in de verticale van de verwijderbare slaglat die in rechte lijn naar de koude kant van het profiel gaat. Dit is het moment waarop de thermische weerstand van de steeg te groot is geworden door haar grote lengte, en de warmte een gemakkelijkere weg kiest, namelijk doorheen de alsmaar langwerpiger wordende luchtholte naast de steeg. Hier gebeurt de warmtegeleiding d.m.v. convectie en straling, dat in de hand gewerkt wordt door de langwerpige luchtholte.

in

out

Uf = 1.903 W/m².K Steeglengte = 32 mm

Uf = 1.841 W/m².K Steeglengte = 40,5 mm

Uf = 1.836 W/m².K Steeglengte = 49 mm

Uf = 1.889 W/m².K Steeglengte = 57,5 mm

Figuur 40: Invloed van de steeglengte op Uf (2)

54

Tom Declercq


Figuur 41: Thermografieën bij vergroten steeglengte

55

Tom Declercq


6.3.2.

Steegmateriaal

De norm ISO 10077-2 schrijft in de Annex A verschillende steegmaterialen samen met hun respectievelijke warmtegeleidingscoëfficiënt : Steegmateriaal

Warmtegeleidingscoëfficiënt (W/mK)

Polyamide

0,25

Polyamide 6.6 met 25% glasvezel

0,30

Polyethyleen HD

0,50

Polyethyleen LD

0,33

Polypropyleen, vast

0,22

Polypropyleen met 25 % glasvezel

0,25

PU, stijf

0,25

PVC, stijf

0,17 Tabel 21: Thermische doorlatendheid van het steegmateriaal

Om de invloed van de thermische eigenschappen van het steegmateriaal op de totale thermische raamweerstand na te gaan worden verschillende raamprofielen beschouwd, -

Reynaers CS77 opengaand profiel (figuur 20)

-

Reynaers CS 77 vast profiel (figuur 40)

-

Schuco Royal S 70 (figuur 18)

, waarbij de thermische geleidbaarheid van het steegmateriaal een evolutie doormaakt van dat van aluminium (λ = 160 W/m.K) naar dat van het theoretische nulpunt. De twee volgende grafieken stellen in wezen hetzelfde voor, doch grafiek 9 stelt eigenlijk de linker onderhoek van grafiek 8 voor op grotere schaal. Op deze laatste stellen de verticale gekleurde lijnen de warmtegeleidingscoëfficiënten voor van de materialen, voorgeschreven door ISO 10077-2. Als men de verschillende grafieken van de verschillende raamkaders beschouwt, ziet men dat op grote schaal de drie Uf- evoluties gelijklopend zijn. Bij alledrie treedt er een merkbare stijging op in de richtingscoëfficiënt bij ongeveer λsteeg = 10,5 W/m²K. De

56

Tom Declercq


voorgaande daling van λsteeg met 93% had bijna geen invloed op de Uf waarde; dit is te wijten aan het effect van de thermische kortsluiting. Een tweede knik treedt op bij λsteeg = 1,0 W/m²K; Vanaf hier begint de zone waar het verder dalen van de λsteeg - waarde het meest rendementsvol wordt. Het is ook in deze zone dat de meeste huidige materialen gelegen zijn. In deze zone is het verloop van de grafieken nagenoeg lineair. Verdere verbetering van het steegmateriaal zou dus niet direct tot spectaculaire winsten leiden.

8 7

Uf (W /m².K)

6 5 Reynaers CS77 opendraaiend 4 Reynaers CS77 vast 3 Schuco Royal S70 2 1 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

warmtegeleidingscoëfficiënt steeg (W /m.K) steeg

Grafiek 8: Uf i.f.v. warmtegeleidingscoëfficiënt steeg

57

Tom Declercq


Reynaers CS 77 opendraaiend

3,5

Reynaers CS 77 vast Schuco Royal S 70

Uf (W /m².K)

3,0

Polyamide Polyamide 6.6 met 25% glasvezel

2,5

Polyethyleen HD Polyethyleen LD

2,0

Polypropyleen, vast Polypropyleen met 25 % glasvezel

1,5

PU, stijf

0,05

0,15

0,25

0,35

0,45

0,55 PVC, stijf

warmtegeleidingscoëfficiënt steeg (W /m.K)

Grafiek 9 : Uf i.f.v. warmtegeleidingscoëfficiënt steeg met materialen aangeduid

6.3.3.

Emissiefactor van de thermische onderbreking

In dit gedeelte wordt de invloed nagegaan van de emissiefactor van het steegmateriaal op de totale warmtedoorgangscoëfficiënt Uf van een raamprofiel. Hiervan wordt ervan uitgegaan dat de wanden van de inwendige holtes van een thermische onderbreking ‘bekleed’ worden met een materiaal met lage emissiefactor, namelijk ε = 0,1 zo wordt de warmteoverdracht d.m.v. straling sterk teruggedrongen ter plaatse van de thermische onderbreking. Uf (ε steeg = 0,9) Uf (εsteeg = 0,1) Winst op Uf (W/m²/K) (W/m²/K) (%) Reynaers CS HI vast

2,18

2,05

5,96

Reynaers CS HI open

2,22

2,01

9,46

ALIPLAST Superial

2,54

2,43

4,33

Reynaers CS 77

3,12

3.02

3,21

Schüco Royal S 70

3,19

3.12

2,19

Aliplast Imperial

3,23

3.09

4,33

Janssens Ancona

3,69

3.59

2,71

Tabel 22: Uf- winst door εsteeg = 0,1

58

Tom Declercq


Uit tabel 22 volgt dat het aanbrengen van een laag met lage emissiefactor aan de thermische onderbreking een gunstige invloed heeft op de Uf-waarde van het raamkader. Er wordt een gemiddelde winst van 4,6 % gemaakt, wat vergelijkbaar is met de winst die werd gemaakt door het aluminium door oppervlaktebehandeling een emissiefactor ε =0,2 te geven.

6.4. Invloed waterdichtingen Een middendichting heeft niet alleen een positieve invloed op de waterdichtheid van een raamprofiel, ze heeft ook een positieve invloed op de totale warmtedoorgangscoëfficiënt Uf van een raamprofiel. Zo stijgt warmtedoorgangscoëfficiënt Uf van een Reynaers CS 77 bij weglayen van de middendichting zoals voorgesteld wordt in figuur 42 van een Uf= 2,841 W/m².K tot Uf = 3,037 W/m².K, wat een toename van 6,9% bedraagt. Het is plausibel deze toename te wijten aan het feit dat er zonder middendichting een langwerpige luchtholte gevormd wordt die doorloopt van de warme tot aan de koude zijde van het profiel. Op de thermografieën in figuur 43 is duidelijk dat de warmtestromen geconcentreerd liggen in deze langwerpige holte.

in

out

Figuur 42: Ontbreken van een middendichting bij Reynaers CS 77

59

Tom Declercq


Figuur 43 Ontbreken van een middendichting bij Reynaers CS 77: Thermografiëen

Door het weglaten van de middendichting bij een Janssens Ancona raamprofiel (figuur 44) stijgt de warmtedoorgangscoëfficiënt van een waarde Uf = 3,391 W/m².K tot Uf = 3.512 W/m².K, wat slechts een procentuele toename van 3,6% betekent, zowat de helft van de toename bij het weglaten van de middendichting bij het Reynaers CS 77 profiel hierboven. Dit komt doordat de middendichting bevestigd is op het aluminium kader, i.p.v. op de thermische onderbreking. Als deze middendichting aanwezig is, concentreert de warmtestroom zich in de aluminium lippen waarop de middendichting bevestigd is en kiest ze de gemakkelijkere (meer geleidende) weg zonder door de middendichting te gaan (figuur 45). Hieruit volgt dat de plaats

van

de

middendichting

een

belangrijke

impact

heeft

op

warmtedoorgangscoëfficiënt Uf . out

in

Figuur 44. Ontbreken van een middendichting bij Janssens Ancona

60

de

Tom Declercq


Figuur 45 Ontbreken van een middendichting bij Janssens Ancona: Thermografieën

Immers, wanneer het standaard Janssens Ancona profiel, zoals in figuur 46, aangepast wordt door de middendichting op de thermische onderbreking te plaatsen, neemt de Uf waarde af van Uf = 3,391 W/m².K tot Uf = 3,262 W/m².K .

Figuur 46: Aangepast Janssens Ancona profiel

Om nog wat dieper in te gaan op het belang van de positie van de middendichting wordt bij het standaard aluminium raamprofiel Janssens Ancona (met de middendichting terug op het aluminium profiel) wordt de middendichting stapsgewijs telkens 1 mm meer naar de koude kant verschoven en wordt telkens de Uf-waarde van het kader geregistreerd. Het resultaat hiervan is te zien in tabel 23.

Figuur 47: Plaats middendichting op kader

61

Tom Declercq


Figuur 48: Plaats middendichting op kader: Thermografieën

Middendichting naar buiten toe (mm) Uf (W/m².K) 1 3,391 2 3,395 3 3,399 4 3,407 5 3,413 6 3,420 Tabel 23: Opschuiven middendichting naar buiten op het kader

Men zou verwachten dat het opschuiven van de middendichting naar buiten toe een positieve invloed zou hebben op de warmtedoorgangscoëfficiënt Uf omdat de relatief koude luchtholte voor de middendichting dan minder diep in het kader reikt. In dit geval stijgt ze echter licht bij verder naar buiten brengen van de middendichting. Dit is ook te wijten aan het feit dat de middendichting bevestigd is aan het aluminium kader. In de thermografieën in figuur 49 is namelijk te zien dat warmtestromen zich gaan concentreren in de aluminium lippen die de middendichting vasthouden die als koude vinnen verder de centrale binnenholte tussen de twee stegen binnendringen en werken als een aantrekkingspool voor de warmtestromen van binnen naar buiten.

62

Tom Declercq


Figuur 49: Detail thermografieën

Ook de vorm van de middendichting kan een rol spelen bij de totale Uf-waarde van een raamkader. Reynaers maakt zo een onderscheid tussen een CS 77 profiel en een CS 77 HI profiel door een complexere middendichting aan te brengen. Ook worden er EPDM strippen aangebracht in de holte waar het glas (hier het isolatiepaneel) inschuift. Om de afzonderlijke invloed hiervan na te gaan is het middelste profiel in figuur 50 een denkbeeldig CS 77 HI profiel zonder de EPDM strippen. Een complexere vorm van de middendichting kan in dit geval reeds leiden tot een afname van de Uf- waarde van zo’n 16%. Het aanbrengen van de EPDM strippen in de ‘glasholte’ leidt tot een verder daling van 7%. Op de thermografieën in figuur 51 kan men de invloed van de ingrepen zien. De complexere middendichting splits de middenholte op in meerde kleinere holtes, zodat de koude holte het dichtst bij de koude zijde van het profiel, zo min mogelijk het profiel binnendringt. De warmtestroom is daardoor minder geconcentreerd doorheen de steeg en middendichting; de lijnen liggen verder van elkaar. Met

het

aanbrengen

van

de

EPDM-strippen

in

de

‘glasholte’

wordt

de

warmtestroomdichtheid doorheen deze bewuste holte fel verminderd zodanig dat de slaglat op een in een hogere temperatuurszone is gelegen t.o.v. de profielen zonder de EPDMstrippen.

63

Tom Declercq


Uf = 2,841

Uf = 2,384 W/m².K

Uf = 2,217 W/m².K

Figuur 50: Invloed van middendichting en EPDM strippen

Figuur 51: Invloed van middendichting en EPDM strippen: Isothermen

64

Tom Declercq


7. Houten schrijnwerk 7.1. Passiefhuizen “De term ‘passiefhuis’ verwijst naar een constructiestandaard en is een verfijning van het begrip ‘lage-energie woning’. Een passiefhuis heeft een comfortabel binnenklimaat, zowel in de winter als in de zomer, en dit zonder conventioneel verwarmingssysteem. Bovendien geldt ook dat er geen conventionele actieve koeling aanwezig is, wat vooral een belangrijk criterium is voor gebouwen in de tertiaire sector.” Het passiefhuis-concept kan eigenlijk geïnterpreteerd worden in één enkele basisprestatieeis: het verwarmingsverbruik (enkel om ruimtes op te warmen) moet kleiner zijn dan 15 kWh/m² per jaar, gerefereerd naar de geconditioneerde nuttige vloeroppervlakte. Om andere verbruiken dan verwarming te beperken stelt men als bijkomende eis dat het totaal energieverbruik voor ruimteverwarming, sanitair warm water en elektrische apparaten kleiner is dan 42 kWh/m² per jaar, d.w.z. dat men een energieverbruik bekomt dat 75% lager ligt dan de bestaande nieuwbouw in België.

Grafiek 10: Energieverbruik

65

Tom Declercq


Om aan dit criterium te voldoen wordt bij passiefhuizen dus eigenlijk het onderste uit de kan gehaald qua: -

isolatie van de bouwschil

-

luchtdicht bouwen

-

comfortventilatie

-

zonbenutting

-

geïsoleerd

schrijnwerk

7.2. Passiefhuisschrijnwerk Beschikt men over goed isolerende beglazing met afstandshouder van goede thermische kwaliteit, dan is er geen garantie dat het buitenschrijnwerk in zijn geheel goed scoort op het vlak van isolerende eigenschappen. De beglazing dient immers nog ingebouwd te worden in het kader, dat op zich ook weer als thermische kortsluiting kan optreden en alsnog de warmte naar buiten kan geleiden. In het klassieke schrijnwerk is dit helaas bijna altijd het geval. Houten schrijnwerk scoort iets beter dan kunststof en aluminium, maar kan niet gezien worden als isolerend (definitie isolatiemateriaal: λ < 0,065 W/m.K). Om deze warmtelekkage

tegen te gaan, moet dus ook het houten schrijnwerk, thermisch

onderbroken worden, omdat de thermische geleidbaarheid van hout waarden aanneemt van ongeveer 0,18 W/m.K voor hardhout en 0,13 Wm.K voor zacht hout. Dit kan op o.a. door verschillende isolatiemateriaal zoals kurk verwerken in de kaderconstructie of er gesloten luchtcompartimenten in aanbrengen In wat volgt worden enkele ramen beproefd met het programma Bisco met als doel de warmtedoorgangscoëfficiënt Uf en lineaire thermische transmissie ψ te bepalen.

66

Tom Declercq


Figuur 52: Enkel opendraaiend houten raam

Figuur 53: Dubbel opendraaiend

Figuur 54: Enkel opendraaiend houten raam: λ-waarden

67

Tom Declercq


Figuur 55: Enkel opendraaiend houten raam: Thermografieën

Met Uf = 0,779 W/m²K

Figuur 56: Enkel opendraaiend houten raam: λ-waarden

68

Tom Declercq


Figuur 57: Enkel opendraaiend houten raam met afstandshouder : Thermografieën

De lineaire thermische transmissie bedraagt ψ = 0,045 W/mK

Figuur 58: Dubbel opendraaiend houten raam: λ-waarden

Figuur 59: Dubbel opendraaiend houten raam: thermografieën

Dit resulteert in een Uf = 0,756 W/m²K. 69

Tom Declercq


Wat blijkt, is dat de Uf waarde veel gunstiger blijkt dan bij de beproefde aluminium ramen. Op de thermografïen kan gezien worden dat de warmtestroomdichtheid veel minder complex is dan bij Aluminium profielen. Het is slechts op de plaatsen waar de thermische onderbreking ophoudt en de holtes voor decompressie voorzien zijn, dat een hogere dichtheid van warmtestroom optreedt. De warmtedoorgangscoëfficiënt Uf wordt vooral bepaald door een warmtetransport door geleiding die volledig bepaald is door de thermische geleidbaarheid van de toegepaste materialen en in het bijzonder de thermische onderbreking en hun dikte. Tenslotte stelt de de volgende grafiek18 de Uf waarde voor in functie van de inbouwdiepte df voor houten ramen zonder thermische onderbreking. Men kan zien dat dit verloop een algemeen dalend karakter heeft en dat bij geringe inbouwdieptes het verloop sneller daalt dan bij grotere inbouwdieptes.

Grafiek 11: Uf i.f.v. df bij houten raamkaders

18

DESCAMPS, F, Energietechniek in gebouwen, Module 2: bouwfysica en ventilatie, p .15

70

Tom Declercq


8. Stalen schrijnwerk Hier wordt enkel ingegaan op een bijzonder geval van stalen ramen. Ramen uit staal berusten, net als aluminiumramen, wegens de grote thermische geleidbaarheid van staal ( λ = 50 à 17 W/m.K, een factor 3 à 10 kleiner dan die van aluminium, afhankelijk van de oppervlaktebehandeling), op een thermische onderbreking die de koude zijde van het raam thermisch scheidt, doch mechanisch verbindt met de warme profielzijde. Dit bijzonder geval is Unico reeks van het Zwiterse merk Forster. Deze stalen ramen hebben namelijk geen thermische onderbreking in kunststof, maar zijn echter volledig opgebouwd uit staal. Op de volgende figuur ziet men dat er, in de plaats van een kunststof thermische onderbreking, een soort stalen (staalsoort Chr.Ni.1) vakwerkje in het profiel is ingebracht. Volgens de constructeur is de bevestiging mogelijk gemaakt d.m.v. het procédé laserlassen.

Figuur 60: Forster Unico principe

71

Tom Declercq


Type : UN_SD_0085 Inbouwdiepte : 70 mm Uf = 2,4 W/m².K

Type : UN_SD_0001 Inbouwdiepte : 70 mm Uf = 30 W/m².K

Figuur 61: Snedes van Forster Unico profielen

In figuur 61 staan twee snedes van Forsters Unico profielen met hun opgegeven Uf waardes. De speciale thermische breuk wordt vervangen door een monoliet plaatje met een dikte van 1,2 mm en de profielen worden berekend met het Bisco op de volgende manier. Er wordt omgekeerd te werk te gaan; er wordt namelijk gepoogd de opgegeven Uf -waardes te benaderen, terwijl de λ- waarde van de thermische breuk gewijzigd wordt. Om deze warmtedoorgangscoëfficiënt te bekomen zou het plaatje een λ- waarde moeten bezitten tussen 0,55 en 0,70 W/m.K. D.w.z. dat om de thermische weerstand van deze speciale thermische breuk overeen komt dat van kunststof plaatje uit Polyethyleen met lage dichtheid. Dit kan als volgt verklaard worden. Door een vakwerkvorm aan te nemen is de warmtestroom verplicht rond de driehoekige openingen van het warme naar het koude profiel te stromen. Hierdoor wordt de afstand die de warmtestroom moet afleggen behoorlijk verlengd en kan de breedte van het stromingskanaal bijzonder klein gehouden worden. In figuur 60 kan men zien dat de schuine horizontale verbindingsstrippen een Vvormige doorsnede bezitten. Deze vorm bezit een hoger traagheidsmoment dan een vlak profiel en maakt het aldus mogelijk om met een zeer dunne strip de mechanische verbinding te realiseren tussen de twee profielen.

72

Tom Declercq


9. Afstandshouder

19

Figuur 62: Afstandshouder

De thermische eigenschappeen van een raamkader zijn ook afhankelijk van het materiaal dat wordt gebruikt om de twee glasbladen (floats) van elkaar te houden In de meeste praktijkgevallen wordt nog steeds een aluminium afstandshouder toegepast, wat neerkomt op het aanbrengen van een een uitstekende warmtegeleider tussen de binnenen buitenfloat. Eigenlijk zorgt dit in het isolatieglas voor een koudebrug, met een lichte condensvorming als gevolg, en dan meest aan de onderzijde van het binnenste glas, ter hoogte van de horizontale afstandshouder. Dit is inderdaad miniem, en heeft geen enorme weerslag op de isolatie-waarde van het geheel. Maar toch werd hier iets op gevonden, de ‘thermo plastic spacer’ (TPS), ook wel ‘swiss spacer’ of ‘warm edge’ genoemd, die in plaats van uit aluminium, volledig uit kunststof bestaat. De TPS heeft als doel het warmteverlies doorheen een de glasrand en risico op plaatselijke condensatie te minimaliseren.

19

TV 214 glas en glasproducten, functies van beglazing WTCB (1999)

73

Tom Declercq


Het systeem is echter nooit echt doorgebroken om een aantal redenen: •

Uit praktijktoepassingen heeft men echter al gemerkt dat de TPS niet stabiel genoeg is en te zacht, zodat er zich regelmatig problemen voordoen qua afschuiven van het éne glasblad ten opzichte van het andere.

•

De TPS geeft slechts een geringe warmtewinst t.o.v. de investeringskost.

•

TPS bevat stoffen die, nadat de afstandshouder ingebouwd is in het dubbel glas, een chemische reactie teweegbrengen waardoor de glasbladen lossen van de afstandshouder, met dampvorming tussen de ruiten als gevolg

Om aan deze problemen te verhelpen, is men teruggegaan naar de oude vertrouwde aluminium afstandshouder, die men extra isoleert met een kunststof-insert. Dit is de ‘tweede generatie’-thermisch geïsoleerde afstandshouder, of de Thermo Insulated Spacer ( TIS ) zoals er een staat afgebeeld in de volgende figuur.

Kunststof afstandshouder

Holle kamer met droogstof Dunne metaalfolie

Figuur 63 TIS- Afstandshouder

74

Tom Declercq


De afstandshouder is opgebouwd uit enerzijds een kokerprofiel, gemaakt uit verstevigd kunststof met goede thermische eigenschappen en anderzijds uit een dunne metaalfolie die de buitenste rand van het profiel volgt om zo een diffusiebarrière te vormen voor gas en vocht. Het kunststof kokerprofiel heeft een speciale geometrie die toelaat om vochtabsorberend

materiaal

te

laten

huizen

in

de

centrale

holle

koker.

Aan deze centrale koker zijn aan weerszijden twee vleugels verbonden die het contact moeten maken met de glasbladen. Tijdens het buigproces wordt alleen de centrale koker vervormd; de twee vleugels blijven echter in een vlakke positie, zodat maximale aanhechting

tussen

de

afstandshouder

en

de

glasbladen

gewaarborgd

blijft.

De geometrie werd zo bepaald dat de door de warmte af te leggen weg doorheen de metaalfolie zo lang mogelijk wordt zo dat het thermische kortsluiteffect van de folie geminimaliseerd wordt. Om deze reden werd ook de dikte van de folie zo beperkt mogelijk gehouden

.

De speciale geometrie van de afstandshouder en de wisselwerking tussen de twee materialen zorgen voor goede mechanische eigenschappen van het geheel, dat werkt volgens het ‘sandwicheffect’ en werkt a.h.w. als een composietmateriaal; de TIS afstandhouder wordt dan ook gefabriceerd volgens co-extrusie. In volgende figuur ziet men de warmtestroom door een aluminium raam met respectievelijk een aluminium afstandhouder en een TIS afstandshouder

Figuur 64: Invloed afstandshouder op warmtestroom

75

Tom Declercq


Het valt op dat de warmtestromen zeer geconcentreerd zijn ter plekke van de klassieke aluminium afstandshouder die hier optreedt als thermische kortsluiting. De meest gekende en momenteel meest toegepaste thermisch verbeterde afstandshouder is de zogenaamde ‘Swissspacer’ verbeterd met aluminium coating, waarvan een voorbeeld afgebeeld is in de volgende figuur.

Figuur 65: Swiss Spacer

Zoals men in de figuur kan opmerken bestaat de ‘Swisspacer’ uit een koker gemaakt uit een glasvezelversterkt composietmateriaal met uitzonderlijk goede thermische kwaliteiten (λ = 0,19 W/mK), gevuld met vochtabsorberende korrels. Onderaan de kunstofkoker is een zeer dun plaatje aluminium (bij de gewone Swisspacer ) of gegalvaniseerd staal (bij de Swisspacer V) aangebracht, enerzijds om contactoppervlakte te bieden met de glasfloats, anderzijds biedt het een afsluiting tussen het spouwgas en het butyl dat onder de afstandshouder zit. De producenten van Swisspacers claimen dat hun afstandshouder 16% betere thermische prestatie levert t.o.v. een aluminium afstandshouder In de volgende figuur staan enkele thermische eigenschappen uitgewerkt van deze soort afstandshouder door de producent.

76

Tom Declercq


Figuur 66: Swiss spacer: eigenschappen

Het volgende vraagstuk steunt eigenlijk gedeeltelijk op de bevindingen van A.H. Elmahdy 20

,

die

enkele

laboratoriumproeven

uitgevoerd

heeft

op

verschillende

types

afstandshouders. De verschillende afstandshouders die getest werden door Elmahdy staan in figuur 67 en zijn in de handel beschikbare afstandshouders waarvan negen ‘warm-edge’ - en één conventionele afstandshouder.

20

1. ELMAHDY, A. H. and FRANK,T., Heat Transfer at the Edge of Sealed Insulating Glass Units: Comparison of Hot Box Measurements with Finite-Difference Modeling, ASHRAE Trans. vol. 99, Part 1, 1993.

77

Tom Declercq


Figuur 67: Afstandshouders

De afstandshouders werden voor de laboratoriumproeven ingebouwd tussen twee glasplaten

van 152 mm op 1200 mm. Deze stukken werden onderworpen aan een

temperatuursverschil van 38 °C en de binnenoppervlakte temperatuur van het glas werd op regelmatige afstanden van de zichtbare rand geregistreerd. De bevindingen werden uitgezet in de volgende grafiek.

Grafiek 12: Resultaten A.H. Elmahdy

78

Tom Declercq


Deze grafiek vormt een interessant gegeven maar werd echter niet gemaakt voor afstandshouders die geïnstalleerd zijn in ramen. In dit geval hier worden de afstandshouders IG 1 t.e.m. 8 , 10, een Swisspacer IG 9 en de TIS afstandshouder IG 11 ingebracht in het houten raamprofiel uit de norm ISO 100772:2003 p 18 en onderworpen aan een temperatuursverschil van 20 °C, zodat behalve het verloop van de binnentemperatuur, ook de ψg-waarde bepaald kan worden.

Figuur 68: Houten raamkader

79

Tom Declercq


Glastemperatuur i.f.v. van afstand tot zichtbare rand bij houten profiel

16

IG1 IG2 IG3 IG4 IG5 IG6 IG7 IG8 IG10 IG11 IG9

15

Temperatuur (°C)

14 13 12 11 10 9 8 0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

Afstand tot zichtbare glasrand (mm)

Grafiek 13: Glastemperatuur i.f.v. afstand tot zichtbare rand

Uit bovenstaande grafiek kan men o.a. het volgende afleiden: •

Alle binnenglastemperaturen bij eender welke afstandshouder streven naar dezelfde eindtemperatuur van 16,61°C en dat dat gebeurt binnen een zone van 63 mm vanaf de buitense zichtbare glasrand, wat een bevestiging is van de bevindingen van Elmahdy (fig.69);

•

Alle verlopen hebben op grote schaal een eenduidig verloop;

•

Er is een rangschikking mogelijk is van de afstandshouders op basis van deze grafiek. Eenvoudiger is misschien het staafdiagram (grafiek 14), die afgeleid is uit de voorgaande grafiek. Deze toont de temperatuur van het binnenoppervlak van het op 10 mm van de zichtbare rand. Hierin wordt bevestigd dat de conventionele afstandshouder het slechts scoort, terwijl de TIS- spacer het beste scoort naar oppervlakte temperatuur en dus naar het uitblijven van condensatievorming toe.

80

Tom Declercq


Figuur 69

In alle gevallen werd ook de ψg-waarde van de afstandshouders getest en werden in kaart gebracht op het staafdiagram in grafiek 14. Uit deze grafiek kan bevestigd worden dat de TIS – afstandshouder veel betere thermische eigenschappen bezit dan de conventionele aluminium afstandshouder en dan de andere ‘warm edge’ afstandhouders.

81

Tom Declercq


Temperatuur op 10 mm van glasrand ifv het type afstandshouder 14,00 13,00 12,00 11,00 Temperatuur (°C)

10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

afstandshouder Grafiek 14. Temperatuur op 1 mm van de glasrand i.f.v. het type afstandshouder

Psie (W/mk) 0,090 0,080 0,070 psie (W/mK)

0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 IG 1

IG 2

IG 3

IG 4

IG 5

IG 6

IG 7

IG 8

IG 9

IG 10

IG 11

afstandshouder

Grafiek 15. ψg-waarde van afstandshouders

82

Tom Declercq


10. Conclusie Het warmtetransport door raamprofielen is een complex gegeven. Ze bestaat uit een convectief -, geleidings- en stralingsgedeelte met elk hun eigen invloedsparameters. Bij aluminium profielen is het inschatten van het gevolg van het wijzigen van die parameters moeilijker in te schatten dan bij houten ramen door hun complexe geometrie en de complexe warmtestromen die daardoor ontstaan. Daarom is vooral op dit type ramen de nadruk gelegd. Er werd m.b.v. een softwarepakket theoretisch onderzoek verricht naar de invloedsparameters en er werd geconcludeerd dat de thermische eigenschappen van raamkaders positief kunnen worden beïnvloed door het wijzigen van deze parameters maar dat dit met grote zorg moet gebeuren, wegens het feit dat ook een negatieve invloed mogelijk is. Zo kan het opdrijven van het aantal holtes in een thermische breuk eerst een positieve invloed hebben, terwijl bij een te grote holtegraad het effect een negatieve invloed begint te krijgen. Ook heeft het plaatsen van een middendichting een positieve invloed op de thermische kwaliteiten maar moet er grote zorg besteed worden aan de positie ervan in het kader zodat het rendement van deze parameter gunstig wordt of blijft. Niet alleen de geometrie van het kader, thermische breuk en dichtingen spelen een rol, ook het materiaalgebruik en afwerking ervan hebben een grote invloed. Zo kan het polijsten of anodiseren van aluminium het aandeel warmtetransport door straling danig positief beïnvloeden. Het afwerken van de holtes van een steeg met materialen met lage emissiefactor hebben een gelijkaardige invloed. Ook kan de keuze van de materialen zelf, door hun geleidingscoëfficiënt, een grote invloed leveren. Vooral het steegmateriaal, waar ongetwijfeld in de toekomst nog verbetering mogelijk is, heeft een niet onbelangrijke invloed op de thermische kwaliteit van het raamkader. Om aan huidige thermische eisen, die opgelegd worden door de overheid, te voldoen, is de aandacht die moet besteed worden aan de parameters geen verloren moeite. Men moet wel zorgen dat men deze filosofie ook doortrek in de bij het raam horende elementen. Zo kan het toepassen van een traditionele afstandshouder alle inspanningen teniet doen. Uit het onderzoek is gebleken dat de toepassing van een thermo-insulated-afstandshouder de beste resultaten biedt op thermisch vlak en dat het risico oppervlaktecondensatie hierdoor fel verminderd wordt.

83

VOORWOORD. Tot slot willen we onze familie en vrienden bedanken voor de onafgebroken steun doorheen het jaar

Recommend Documents