La conducibilità termica del vetro è poco sensibile alla composizione.

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1 Proprietà termiche W m -1 K Glass science, 2nd edition, R.H. Doremus, J. Wiley and Sons, 1994 La conducibilità termica del vetro è poco sensibile alla composizione. 1

2 vetrate per edilizia h i = 8 W/(m 2 C) parete verticale comune d 1 d 2 R s s h e = 25 W/(m 2 C) trasmittanza termica (W/m 2 C): UNI EN 673 spessore = 6; R s = 0.13 m 2 C/W spessore = 9; R s = 0.15 m 2 C/W spessore = 12; R s = 0.17 m 2 C/W spessore = 15; R s = 0.19 m 2 C/W! 1 =! 2 = 1 W/(m C) # U = 1 + d 1 +R s + d & % ( $ h i " 1 " 2 h e ' )1 Esempio : d 1 = d 2 = 4 mm, s = 12 mm, T 0i = 20 C, T 0e =0 C temperatura di parete interna: T i = T 0i " U h i #T i "e U = 2.9 W/m 2 C T i = 12.8 C fattore solare (energia solare trasmessa): UNI EN 410 g = " # fattore di scambio termico secondario fattore di trasmissione solare diretta (da 300 nm a 2500 nm) Nelle applicazioni del vetro in edilizia è importante calcolare il comportamento termico delle vetrate. Il caso più semplice è quello di una vetrata semplice con camera d aria. In genere sono utilizzati valori di scambio convettivo interno ed esterno convenzionali. 2

3 Radiazione solare 3% 42% 55% La radiazione solare che raggiunge la terra è composta di raggi IR, UV e visibili. La sensazione luminosa è dovuta alla sola azione della radiazione visibile. 3

4 Importanza della temperatura di parete Diagramma di Mollier (psicometrico o dell aria umida) condensa Legge di Stefan-Boltzmann (potere emissivo totale) E n = "# T 4 comfort caldo-freddo emissività (0 1) costante di S-B (5.67 x 10-8 W/m 2 /K 4 ) 4

5 parete verticale avanzata UNI EN 410, UNI EN lastre rivestite con ossidi, nitruri, carburi o metalli (spessore < 1 µm) i d 1 d 2 R s $ d U = R i + i ' & # + # R s + R e ) % " i ( *1 h rad = 4! (1/" 2 + 1/" 3-1) -1 T 3 R e = 1/h e h conv = Nu! gas /s =! gas /s s e # R s = ( h conv + h rad ) "1! = cost. di Stefan-Boltzman = 5.67 x # R i = " & 1 % ( $ 0.837' )1 " = T = temperatura media Nu = 1 in ambiente naturale Esempio: d 1 = d 2 = 4 mm, s = 12 mm gas = argon, " 2 = 0.17! gas U = 1.6 W/m 2 C In una parete verticale avanzata la camera contiene un gas nobile meno conduttivo dell aria, mentre le lastre sono opportunamente rivestite con un sottile strato di ossido o metallo o miscela dei due. Scopo fondamentale del rivestimento è in genere ridurre l emissività. Nel calcolo della trasmittanza si considerano quindi i fattori legati all emissività delle pareti e alla conducibilità del gas. 5

6 Tipologie di vetrate isolante basso-emissiva con proprietà assorbenti e disperdenti a controllo solare i i e e Au, Ag gas Ag, SnO2 desiccante " < 0.05 vetro contenente Fe 2+ (assorbimento nell IR) - temprato - ZnO, SnO 2 (in elevato spessore = #/4) U < 1 W/m 2 C Le vetrate isolanti presentano almeno una lastra rivestita basso-emissiva. L emissività viene spesso ridotta mediante un rivestimento a base di Ag e SnO 2. Le vetrate a controllo solare presentano sono costituite da una lastra rivestita (esterna) e una assorbente. Le lastre assorbenti contengono ioni Fe 2+ che determinano un elevato assorbimento degli IR. Tali lastre è opportuno siano temprate per resistere alle dilatazioni termiche conseguenti all aumento di temperatura. Anche le vetrate isolanti possono presentare una lastra assorbente verso l interno. 6

7 Esempi U = 2.9 W/m 2 K U = 1.2 W/m 2 K 7

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9 Tecnologie per il rivestimento - spray pyrolisis - sol-gel - CVD - PVD - sputtering -on-line & off-line Diverse tecnologie sono a disposizione per il rivestimento delle lastre in vetro. Le più utilizzate sono la tecnica PVD e lo sputtering. Queste sono in genere utilizzate in coda al processo float anche se oggi possono rappresentare tecnologie off-line a se stanti. 9

10 Struttura del rivestimento ossido (Sn, Zn, Ti, Si, ecc.) - vari colori metallo (Ag) protettivo (SiO 2 ) vetro 500 nm Un rivestimento basso emissivo (ma anche uno a controllo solare) è in genere un multistrato abbastanza complesso racchiuso da uno strato superficiale protettivo di silice. 10

11 Spettro elettromagnetico intensità UV visibile IR radiazione solare 300 nm 380 nm 780 nm 1500 nm 2000 nm lunghezza d onda 11

12 Vetrata isolante bassa emissività intensità UV visibile IR effetto del rivestimento dall esterno verso l interno Rivestimenti a base di SnO2:F o SnO2/Ag 300 nm 380 nm 780 nm 1500 nm 2000 nm lunghezza d onda intensità UV visibile IR effetto del rivestimento dall interno verso l esterno radiazione del corpo nero T = 24 C 300 nm 380 nm 780 nm 1500 nm 5 µm 50 µm lunghezza d onda In una lastra a bassa emissività il rivestimento permette la trasmissione di tutta la radiazione solare dall esterno verso l interno (è assorbito solo l UV) mentre limita l emissione verso l esterno delle radiazioni IR emesse dai corpi a temperatura ambiente. Tale funzione può essere svolta anche da lastr contenenti Fe

13 Controllo solare vetrata comfort intensità UV visibile IR effetto del rivestimento dall esterno verso l interno 300 nm 380 nm 780 nm 1500 nm 2000 nm lunghezza d onda In una lastra di vetro a controllo solare il rivestimento permette il solo passaggio della radiazione visibile verso l interno. La radiazione IR verso l esterno è assorbita dall altra lastra contenente Fe