荷重の検討

日付: 2022 年 9 月 2 日

この論文は、流体が充填された断熱ガラスユニット用の接着エッジシールの開発に関する研究を紹介します。 このような斬新なファサード要素により、建物の多機能エンベロープと建物のエネルギー効率の向上が可能になります。 流体が充填されたガラスの接着されたエッジシールには、ファサードにかかる一般的な荷重に加えて静水圧が作用するため、大きな応力がかかります。 液体に永久にさらされると、深刻な老化現象が生じる可能性もあります。 したがって、エッジシールは、化学的および物理的応力が 2 つの機能ゾーンに分散されるように設計されています。 最初の機能ゾーンは保護シールとして機能し、流体を負荷に耐える第 2 の機能ゾーンから分離します。 両方の機能ゾーンの接着剤は、広範なテスト プログラムを使用して選択されました。

材料が選択されると、新しいファサード要素が大規模なコンポーネント テストでテストされます。 モックアップは、意図したファサード要素の元のサイズと比較して 1:2 のスケールで構築されます。 この研究は接着されたエッジの性能に焦点を当てているため、ガラスのサイズが小さくなりながら、エッジのディテールがオリジナルのサイズで実現されます。 ガラスの厚さは、元のサイズのファサード要素に対応するエッジ ゾーンでの回転を実現するために変更されます。 試験はカーテンウォール用の試験装置で実行され、周期的な風圧と一定の水圧による要素の同時荷重が可能です。 接着剤はガラス板の自重を除くすべての荷重を支えます。 試験結果は数値計算と比較され、耐荷重挙動の推定が行われます。

建物の側面として、ガラスのファサードほど現代建築をよく表しているものはほとんどありません。 特に駐在員事務所や管理棟では、最大限の透明性と日光の利用が望まれます。 高性能多層ガラス断熱ガラス ユニット (IGU) の最適化された設計にもかかわらず、大規模なガラス ユニットは比較的高いエネルギー損失を伴います。 これは、夏の太陽放射によって引き起こされるエネルギー入力と、外気温が低い冬場の熱伝導、熱放射、対流によるエネルギー散逸の両方に当てはまります。 このため、ファサードを最適化するための研究が常に行われています。 その目的は、超低エネルギー住宅を建設するための多機能な建築エンベロープを作成することです。 近年、流体で満たされたファサード要素に関するさまざまな研究プロジェクトが実施されています。 流体の助けを借りて、ファサード要素を熱的に制御できます。

窓ガラスの空洞を流体で満たすというアイデアは、空気の約 4 倍に相当する水の高い比熱容量に基づいています。 このため、水は非常に優れた熱媒体または冷却剤となります。 この特性は、藻類の成長を防ぐために必要な化学添加剤を添加しても変化しません。 水とエチレングリコールの混合物の使用は、いくつかの研究プロジェクトでその価値が証明されています。 わずかなエネルギーで混合流体を一定の温度に保つことができます。 このように、流体で満たされたファサード要素は室内温度の改善に貢献できます。 また、流体混合物に磁性粒子を加えて、入射太陽放射に反応して窓ガラスを暗くすることも考えられます。

同時に、建物の外皮に対する美的要求も高まっています。 構造用シーラントグレージングファサード (SSG ファサード) は、その表面が均質であるため、高い需要があります。 図 1 は、SSG ファサードの 2 つの断面を示しています。 一般原理は、外側のガラス板 (段付き断熱ガラス ユニット) または内側のガラス板 (標準的な断熱ガラス ユニット) の裏側にある耐荷重接着剤に基づいています。 外部クランプを回避すると、最高の美的結果が得られます。 その結果、最小限のフレームを備えた大型のガラスパネルが得られます。

ただし、ガラス間の空洞が空気とガスの混合物ではなく流体で満たされている場合、静水圧と流体によって引き起こされる劣化プロセスにより、エッジ シーラントに高い応力が発生します。 したがって、最近の研究プロジェクトから生まれた最初のパイロットアプリケーションは、これまでのところ常に追加のクランプまたは留め具を使用して実現されてきました。 図 2 は、ハンブルクで開催された 2006 ～ 2013 年国際建築展示会の一部として建設された BIQ 藻類ハウスを例として示しています。 世界初のフォトバイオリアクターのファサードは、ファサードに液体で満たされたガラス要素をこのように適用したものです。 入射太陽放射は熱とバイオマスの生成に使用されます。 ファサードの要素は高層階にあります。 窓ガラスを一緒に保持する外側のクランプ フレームがはっきりと見えます (図 2 右)。