Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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G-box pour la mesure in situ des performances énergétiques de façades transparentes et translucides
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Moderne Architektur ist durch umfangreichen Einsatz von Glas gekennzeichnet sei es als transparente Bauhülle oder grosszügiger Verglasungen (Fenster, Oberlichter). Dabei ist und bleibt Glas trotz potentieller solarer Gewinne ein Schwachpunkt in Bezug auf Wärmeverluste während der Wintermonate, immer grösser als opake Bauteile, und sind im Sommer verantwortlich für beträchtliche Wärmegewinne und ein potenzielles Risiko zu Überhitzung der Gebäude.
Das g-Box Projekt besteht in der Entwicklung einer Messeinrichtung zur vor-ort Prüfung der Gesamtenergieeffizienz transparenter oder transluzenter Gebäudehüllenelemente. Dank der finanziellen Unterstützung des BFE, konnten zwei Anlagen mit jeweils zwei kalorimetrischen Messvorrichtungen entwickelt und hergestellt werden. Diese ermöglichen die gleichzeitige Messung von zwei verschiedenen Gläsern und erlauben damit eine experimentelle Bewertung der Effizienz von mit Sonnenschutz und Benutzerverhalten gekoppelten Verglasungssystemen. Eine Anlage wurde an die SUPSI geliefert und installiert, während die andere an der hepia in Genf betrieben wird.
Es wurde ein Protokoll zur Kalibrierung der Temperatursensoren entwickelt, um die Messung der thermischen Dynamik der Kalorimeter zu verfeinern. Es wurden auch Nachtmessungen ausgeführt, um mittels der Energiebilanz den Wärmeverlust-Koeffizienten der Verglasung zu bestimmen.
Im Rahmen des Projektes wurden Messungen an fünf Verglasungen mit unterschiedlichen Sonnenschutzvorrichtungen vorgenommen. Durch diese Messungen konnte ein gründliches Verständnis der physikalischen und insbesondere thermischen Phänomene gewonnen werden. Dabei wurden zwei besondere Schwierigkeiten betreffend Auswertung der Messungen und Unsicherheiten hervorgehoben:
Die erste betrifft die Genauigkeit der Temperaturmessungen. Einerseits handelt es sich um die Referenz-Temperatur des Datenloggers, die so stabil wie möglich sein muss. Dieser Punkt kann relativ einfach verbessert werden. Eine andere Schwierigkeit betrifft die Nebenwirkungen, die durch das ungleichmässige Temperaturfeld in Kontakt mit dem Glas verursacht wird. Während die nächtliche Energiebilanz eine Erwägung der Wärmeverluste ermöglicht, so fehlt noch die Messung der sekundären solaren Gewinne aus dem in Kontakt mit dem Glas befindlichem Kalorimeterrahmens. Weitere Erfahrungen und Messungen sind notwendig, um diese Effekte besser zu identifizieren, zu quantifizieren und letztendlich zu korrigieren.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
LEEA–HEPIA–HESSO
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
Pahud,Daniel
Gallinelli,Peter
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Schlussbericht
(Englisch)
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Contemporary architectural style is characterised by an extensive use of glass in construction. It may be a complete transparent building envelope (single skin, double skin), or large transparentopenings (bay windows, glass sky).
From the thermal point of view glass is still a week element. In Winter the transmission heat losses are always larger than that of an opaque wall. In Summer the passive solar gains are often causing overheating.
g-box is the development of a monitoring device designed to measure in situ the thermal performances of construction elements that are transparent or translucent.
In the framework of this SFOE (Swiss Federal Office of Energy) project, two devices having each two calorimetric boxes were built in the hepia workshops. They allow for the simultaneous measure of two glazing, enabling thus the assessment of the effect of a solar protection or any intervention aiming at reducing solar gains. One of the device has been delivered and installed at SUPSI and the other one has been used in Geneva for two years.
A calibration procedure for the temperature sensors has been elaborated to improve the accuracy of the thermal power measure before a monitoring campaign. On the other hand the night measurements allow for the calibration of the heat transfer coefficient of the glazing by doing a heat balance of a box.
Measurements on five types of envelopes and with different types of solar protections were realised. The measurements allow us to gain a deep knowledge of the physical processes involved, and particularly the thermal ones. Two major difficulties were highlighted through the analysis of the measurements and their uncertainties. The first one is related to the temperature measurement accuracy. An important factor is the reference temperature of the thermocouple contacts on the datalogger, which has to be as uniform as possible. This can be easily improved with a simple intervention. The other difficulty is related to the part of the box in contact with the glazing. If the night heat balance makes it possible to calibrate the box heat losses through the glazing, the secondary heat gains resulting from the heating of the glass in contact with the box border are not taken into account. Specific experiments have still to be done to identify, quantify and correct these unwanted effects.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
LEEA–HEPIA–HESSO
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
Pahud,Daniel
Gallinelli,Peter
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Schlussbericht
(Französisch)
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La mode architecturale contemporaine se caractérise par une grande utilisation du verre dans la construction : soit en tant qu’enveloppe entièrement transparente (simple peau, double peau), soit dans des ouvertures transparentes d’importantes dimensions (baies vitrées, verrières).
Par contre du point de vue thermique le verre reste un élément faible : en hiver les pertes par transmission sont toujours plus importantes que celles des parties opaques et, en été, les apports énergétiques occasionnent de la surchauffe.
g-box consiste dans le développement d’un équipement de mesure permettant de mesurer in-situ les performances énergétiques des éléments de construction transparents ou translucides.
Dans le contexte du financement consenti par l’OFEN, deux installations comportant chacune deux enceintes calorimétriques ont été fabriquées dans les ateliers de hepia. Elles permettent la mesure simultanée de deux vitrages et d’évaluer l’effet d’une protection solaire ou d’une autre intervention par comparaison. Une installation a été livrée et installée à la SUPSI alors que l’autre a été exploitée à Genève pendant deux saisons.
Une procédure de calibration des senseurs de température a été élaborée pour affiner la mesure de la puissance thermique avant une campagne de mesure. D’autre part les mesures enregistrées la nuit permettent de calibrer le coefficient des pertes thermiques du vitrage en établissant le bilan énergétique nocturne d’un box.
Des mesures sur cinq systèmes d’enveloppe et avec différents systèmes de protection solaire ont été effectuées. Ces mesures ont permis d’acquérir une compréhension approfondie des phénomènes physiques et particulièrement thermiques en jeu. Deux difficultés majeures ont été mises en évidence par l’analyse des mesures et des incertitudes. La première concerne la précision des mesures de température. Une piste sérieuse concerne la température de référence du datalogger, qui doit être la plus uniforme possible dans les contacts des thermocouples. Elle peut sans aucun doute être améliorée avec une intervention relativement simple. L’autre difficulté concerne les effets de bord engendrés par le box en contact avec le vitrage. Si le bilan énergétique de nuit permet de calibrer les pertes du box vers l’extérieur, il manque encore la prise en compte de gains solaires secondaires en provenance de la tranche du box en contact avec le vitrage. Des expérience spécifiques restent à faire pour identifier, quantifier et corriger ces effets indésirables.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
LEEA–HEPIA–HESSO
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
Pahud,Daniel
Gallinelli,Peter
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Italienisch)
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La moda architettonica contemporanea è caratterizzata da un crescente utilizzo del vetro nella costruzione: sia attraverso degli involucri completamente trasparenti (singola pelle, doppia pelle), sia attraverso delle aperture trasparenti di notevoli dimensioni (finestre, lucernari).
Il vetro resta tuttavia un elemento debole dal punto di vista termico: in inverno le perdite per trasmissione sono sempre più rilevanti rispetto a quelle attraverso le pareti opache e, in estate, gli apporti energetici solari concorrono ad aumentare il surriscaldamento.
Il g-box consiste nello sviluppare un apparecchio di misura in grado di misurare in-situ le performance energetiche degli elementi da costruzione trasparenti o translucidi.
Nel contesto del finanziamento consentito dall’UFE, sono stati costruiti nei laboratori dell’HEPIA due apparecchi, ciascuno composto da due calorimetri. Questi permettono la misura in simultanea di due vetri, e di valutare l’effetto di una protezione solare o di paragonarlo con un altro intervento. Un apparecchio è stato consegnato ed installato alla SUPSI, mentre l’altro è stato utilizzato a Ginevra durante due stagioni.
È stata elaborata una procedura di calibrazione dei sensori per affinare le misure della potenza termica prima della campagna di misura. Dall’altro lato le misure registrate di notte, attraverso il bilancio energetico notturno di un box, permettono di calibrare il coefficiente di perdite termiche del vetro.
Sono state effettuate delle misure su cinque tipi di facciate e con diversi tipi di protezioni solari. Queste misure hanno permesso di acquisire una approfondita comprensione dei fenomeni fisici ed in particolar modo termici in gioco. Due maggiori difficoltà sono state messe in evidenza attraverso l’analisi delle misure e delle incertezze. La prima riguarda la precisione delle misure di temperatura. Una importante pista riguarda la temperatura di riferimento del data-logger, che deve essere la più uniforme possibile dove ci sono i contatti delle termocoppie. Questa può essere senza alcun dubbio migliorata con un intervento relativamente semplice. L’altra difficoltà riguarda gli effetti di bordo generati tra il box ed il contatto con il vetro. Se il bilancio energetico notturno permette di calibrare le perdite dal box verso l’esterno, manca ancora di considerare i guadagni solari secondari provenienti dalla parte del box a contatto con il vetro. Rimangono da fare delle specifiche esperienze per identificare, quantificare e correggere questi effetti indesiderati.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Istituto di Sostenibilità Applicata all'Ambiente Costruito, SUPSI
LEEA–HEPIA–HESSO
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pahud,Daniel
Pahud,Daniel
Gallinelli,Peter
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