Vetrate per l edilizia

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Eugenio Pugliese
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progettazione - trasmissione luminosa! - prestazioni termiche!

1 V.M. Sglavo UNITN 2012 Vetrate per l edilizia Caratteristiche tecniche fondamentali! - sicurezza! - durabilità! - resistenza meccanica! progettazione - trasmissione luminosa! - prestazioni termiche! - assorbimento energetico! - isolamento acustico! - resistenza al fuoco! - montaggio! - manutenzione! normative prescrizione

2 Resistenza chimica V.M. Sglavo UNITN 2012 Attacco chimico da parte di H 2 O:!!!- scambio ionico!!!!!!!- leaching!!- dissoluzione! alcali (Si-O - Na + ) vetro + H 2 O (Si-OH) vetro + NaOH (Si-O - Na + ) vetro + (Si-OH) vetro (O-Si-O) vetro + NaOH ( ambiente basico) Si-O-Si + OH - Si-OH + Si-O - (reazione ph 8) Si(OH) 4 in soluzione 100 ppm per la silice) i vetri silicatici non resistono in ambiente basico (ph > 9)

silanoli 5) scambio di ioni metallici (Na + ), H + e H 2 O

3 1) equilibrio elettrochimico (istantaneo) 2) scambio ionico 3) rottura legami Si-O (dissoluzione) 4) condensazione dei silanoli 5) scambio di ioni metallici (Na + ), H + e H 2 O attraverso la sub-surface J. Am.Ceram. Soc., R. Conradt, 2007!

4 se ph < 1:! (Si-O - Na + ) vetro + H + H 4 SiO 4 + Na + (dissoluzione) 72SiO 2-6 CaO 22 Na 2 O T=75 C c=0.2 M NaCl i vetri silicatici non resistono a ph < 1 i vetri silicatici non resistono in soluzioni di HF ( SiF 4 ) J. Am.Ceram. Soc., R. Conradt, 2007!

5 Dissoluzione in H 2 O! A B C D E F +5% K 2 O A C D vetro naturale B E F ph = 7 Glass science, 2nd edition, R.H. Doremus, J. Wiley and Sons, 1994!

6 Weathering (resistenza agli agenti atmosferici)!! (Si-O - Na + ) vetro + H 2 O (Si-OH) vetro + NaOH 2NaOH + CO 2 NaHCO 3, Na 2 CO 3 + H 2 O (CO 2, SO 2, SO 3 ) (Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O) incrostazioni solide sulla superficie sforzi residui ð piccoli crateri o difetti

7 Vetro, luce e calore V.M. Sglavo UNITN 2012

8 Consumo di energia negli edifici (negli USA) Hot water 14% Electricity 14% MRS BULLETIN VOLUME 33 APRIL 2008!

Vetro e luce Il sole è la luce che illumina ogni forma di vita. Come tale dovrebbe essere considerato anche nella progettazione di ogni casa. F. L.

- prevedere uno spazio ben illuminato in ogni camera da letto per favorire la crescita dei bambini!

- tener conto dell ambiente esterno (gli ostacoli esterni riducono la quantità di luce naturale)!

9 Vetro e luce Il sole è la luce che illumina ogni forma di vita. Come tale dovrebbe essere considerato anche nella progettazione di ogni casa. F. L. Wright Suggerimenti per la progettazione! - prevedere aperture molto ampie per la cucina, le zone pasto e i vani soggiorno! - prevedere uno spazio ben illuminato in ogni camera da letto per favorire la crescita dei bambini! - progettare l edificio in modo da prevedere che tutti gli spazi di maggior attività si trovino in prossimità di aperture! - tener conto dell ambiente esterno (gli ostacoli esterni riducono la quantità di luce naturale)! - privilegiare soluzioni di illuminazione bilaterale! - balconi e grondaie riducono la penetrazione della luce naturale! - illuminare i locali dell ultimo piano con aperture nel tetto! - illuminare i seminterrati dal bordo periferico!! Manuale tecnico del vetro, Saint Gobain Italia, 2006!

10 Sfruttare l orientamento! - le facciate a nord, caratterizzate da luce costante, sono le più adatte per sale lettura, laboratori, aule computer; vetri ad isolamento termico rinforzato consentono maggiori aperture pur con limitate perdite termiche in inverno! - le vetrate a sud consentono maggior guadagno termico in inverno ma vanno protette in estate! - le vetrate a est e ovest necessitano di protezione solare al fine di limitare surriscaldamento e abbagliamento (maggiormente per quelle esposte a ovest)!! Manuale tecnico del vetro, Saint Gobain Italia, 2006!

raffreddamento dei locali, la superficie vetrata deve essere tra il 35 e il 50% della

11 Definire le finestrature! - per bilanciare ottimamente l energia necessaria al riscaldamento, all illuminazione e al raffreddamento dei locali, la superficie vetrata deve essere tra il 35 e il 50% della superficie della facciata! - le vetrate vanno posizionate in alto e in posizione retratta rispetto al muro!! Manuale tecnico del vetro, Saint Gobain Italia, 2006!

Protezione dal sole! - adottare in tutte le facciate (escluse quelle a nord) un sistema di protezione solare (veneziane, persiane, tapparelle, ecc.)! - la protezione va disposta preferibilmente davanti al vetro!

12 Protezione dal sole! - adottare in tutte le facciate (escluse quelle a nord) un sistema di protezione solare (veneziane, persiane, tapparelle, ecc.)! - la protezione va disposta preferibilmente davanti al vetro! - per essere efficace nella stagione calda, la protezione deve poter bloccare dall 80% al 85% della radiazione solare (fattore solare = 15-20%)! - una finestra da 1 x 1.5 m 2 in pieno sole è pari a un radiatore da 1 kw! - utilizzare protezioni solari mobili!! Manuale tecnico del vetro, Saint Gobain Italia, 2006!

13 Proprietà ottiche Spettro elettromagnetico! V.M. Sglavo UNITN 2012 transizioni elettroniche vibrazioni dei legami

14 Spettro della radiazione solare! 3% 55% 42% 2.5 UV Visibile Infrarosso Irradianza spettrale 2 (W/m /nm) O 3 O 2 Radiazione all'esterno dell'atmosfera H O 2 Corpo nero a 5250 C H O 2 Radiazione a livello del mare H O 2 Bande di assorbimento H O 2 CO 2 H O Lunghezza d'onda (nm) Manuale tecnico del vetro, Saint Gobain Italia, 2006!

15 Trasmissione, assorbimento e riflessione! Intensità luminosa trasmessa (legge di Lambert): I = I 0 e β d coeff. di assorbimento I i I R I 0 R I t Trasmittanza: d T = I t I i = (1 R ) 2 e β s s

16 Glass structures, J. Wurm, Birkhäuser Verlag, 2007!

17 vetro chiaro extrachiaro vetro sodico-calcico granata Introduction to ceramics, W. D. Kingery, H. K. Bowen and D. R. Uhlmann, J. Wiley & Sons, 1975! Glass structures, J. Wurm, Birkhäuser Verlag, 2007!

= 1.00024 ρ (ρ = densità in kg/m 3 ) è R

18 Frazione riflessa (per radiazioni ortogonali): R = (n 1 n 2 )2 (n 1 + n 2 ) 2 n 1, n 2 = indice di rifrazione del mezzo dielettrico 1 e 2 se 2 = aria, n 2 = ρ (ρ = densità in kg/m 3 ) è R = (n 1 1)2 (n 1 +1) 2 n 1.5 R = 4% n 1.9 R = 10%

sforzo) polarizzabilità (forza del legame) n D = n(589.3 nm) - Na - n F = n(486.

19 Indice di rifrazione (legge di Snell)! n 12 = n 1 n 2 = c v = ε r 12 = sinϑ i sinϑ r I i i R r densità elettronica (peso atomico, stato di sforzo) polarizzabilità (forza del legame) n D = n(589.3 nm) - Na - n F = n(486.1 nm) - H - n C = n(656.3 nm) - H - n d = n(587.6 nm) - He - Glass structures, J. Wurm, Birkhäuser Verlag, 2007! Glass science, 2nd edition, R.H. Doremus, J. Wiley and Sons, 1994!

20 angolo limite riflessione totale (n 1 > n 2 ) 0 90 Glass structures, J. Wurm, Birkhäuser Verlag, 2007!

21 n d Vetro sodico-calcico Vetro Pyrex 1.47 Vetro al Pb per lenti Vetro di silice Vetro Vycor 1.46 Vetro al F 1.3 Vetro di As 2 S Introduction to glass science and technology, J. E. Shelby, The Royal Society of Chemistry, 1997!

22 Natura ondulatoria della luce! applicazioni ingegneristiche (lenti, finestre invisibili): elevata rifrazione + bassa riflessione λ visibile /4

23 Trasmittanza! vetri colorati IR Vetri, G. Scarinci, T. Toninato e B. Locardi, Casa Editrice Ambrosiana, 1977!

24 marrone verde viola Vetri, G. Scarinci, T. Toninato e B. Locardi, Casa Editrice Ambrosiana, 1977!

25 Assorbimento nel visibile! eccitato 1) teoria del campo cristallino (orbitali 3d o 4f) O 2- M + O 2- M + orbitali elettronici campo cristallino normale λ = nm Introduction to ceramics, W. D. Kingery, H. K. Bowen and D. R. Uhlmann, J. Wiley & Sons, 1975!

26 Glass science, 2nd edition, R.H. Doremus, J. Wiley and Sons, 1994!

27 2) color ambra O 2- O 2- hν Fe 3+ Fe 3+ tetraedrico S 2- O 2-3) colloidi (Au - rosso -, Ag - giallo -, Cu 2 O - rosso - CdS - giallo -) Coppa di Licurgo (IV sec. DC)! Introduction to glass science and technology, J. E. Shelby, The Royal Society of Chemistry, 1997!

28 pellicole e lastre trasparenti PVB polivinilbutirrale (Butacite, SentryGlas )! PC policarbonato (Lexan )! UV-B UV-A blu

29 trasmittanza traslucenza (stato della superficie)! Glass structures, J. Wurm, Birkhäuser Verlag, 2007!

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