Thermal performance investigation of double skin facade typologies applied in Greece

Διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς τυπολογιών εφαρμοσμένων διπλοκέλυφων υαλοπετασμάτων στον Ελλαδικό χώρο

Thermal performance investigation of double skin facade typologies applied in Greece

Vatavalis, Pavlos

Βαταβάλης, Παύλος

PhD Thesis

2015

Double skin façade is a technical solution that can be either used on new buildings or for upgrading existing ones. Designers (mainly architects) are usually choosing such a solution to improve the thermal or acoustic performance of the building envelope. Even though the first building which applied such solution is over 100 years, such technology is chosen in several projects every year the last two decades. Most of the envelopes that are developed are adaptive aiming to adjust on environmental conditions as well as the preferences of the user of the building. A significant amount of studies has taken place in central and northern Europe in both theoretical (usage of software or test cells) as well as applied level by measuring the performance of existing projects. There have been several projects in southern Europe which have been also developed by applying double skin façades. Studies which have taken place were in general examining theoretical such applications. Taking into account that in such a climate the requirements on annual basis are focused on the significantly warmer conditions, due to the increased solar irradiance, it is interesting to concentrate the research on the applied projects for both research as well as construction sector. On the present research after describing the operation of double skin façades, the equipment that was used is presented for doing the measurements in three projects within Athens, Greece, under different modes and seasons. Both winter and summer seasons were examined giving particular focus on the second one. It was investigated how the performance of those buildings could be improved, by specifying the conditions under which such optimization could be reached. The study was focused on the performance of the building cell (glazed layers and cavity of the double skin façade) without examining the performance of the entire buildings. Throughout the research it has been concluded that in general double skin façades can be applied and operate efficiently in such climatic condition. It is very important to influence within the different periods of the year the shading coefficient of the elevations by monitoring both solar gains and daylight and reaching thermal comfort by requiring the least possible amounts of energy. Last but not least, technical solutions as well as innovative products which could be combined with double skin façade technologies are presented optimising their thermal performance.

Τα διπλοκέλυφα υαλοπετάσματα αποτελούν μια τεχνική λύση για την οικοδόμηση νέων ή την αναβάθμιση υφιστάμενων κτιρίων. Οι μελετητές αρχιτέκτονες τα επιλέγουν είτε για να βελτιώσουν τη θερμική, είτε την ηχομειωτική συμπεριφορά του εξωτερικού φλοιού. Αν και το πρώτο καταγεγραμμένο κτίριο που έφερε τη λύση αυτή ξεπέρασε τα 100 χρόνια από την εγκατάστασή του, τις τελευταίες δύο δεκαετίες η τεχνική λύση εφαρμόζεται με γεωμετρικούς ρυθμούς. Μάλιστα η πλειονότητα των λύσεων είναι σχεδιασμένη έτσι ώστε να μπορεί η όψη να προσαρμόζεται στις εκάστοτε εξωτερικές συνθήκες και απαιτήσεις των χρηστών των κτιρίων. Στην κεντρική και βόρεια Ευρώπη τα χρόνια αυτά έχουν υλοποιηθεί μια σειρά από ενδιαφέρουσες μελέτες τόσο σε επίπεδο θεωρητικό (με χρήση λογισμικών προσομοίωσης ή θαλάμων δοκιμών) όσο και σε επίπεδο πρακτικό με πραγματικές μετρήσεις σε μεγάλο εύρος υλοποιημένων έργων. Όπως είναι αναμενόμενο σημαντικός αριθμός διπλοκέλυφων γυάλινων προσόψεων κτιρίων έχει υλοποιηθεί και στις χώρες της Μεσογείου. Οι μελέτες που έχουν υλοποιηθεί για την εξέταση της συμπεριφοράς τους σε γενικές γραμμές έχουν περιοριστεί σε θεωρητικό επίπεδο. Δεδομένου όμως του γεγονότος ότι στον Ευρωπαϊκό νότο οι απαιτήσεις στην ετήσια λειτουργία των κτιρίων επικεντρώνονται στη σημαντικά θερμότερη θερινή περίοδο με τον εντονότερο ηλιασμό, η απόκτηση σχετικής εμπειρίας κρίνεται εξίσου σημαντική τόσο σε ερευνητικό όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο για τον κατασκευαστικό κλάδο. Στα πλαίσια της παρακάτω εργασίας αφού περιγράφεται η λειτουργία των διπλοκέλυφων υαλοπετασμάτων, παρουσιάζεται ο μετρητικός εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση μετρήσεων σε τρεις διαφορετικές εφαρμογές στην περιοχή των Αθηνών, αποσκοπώντας στη διερεύνηση της λειτουργίας των όψεων στις συγκεκριμένες συνθήκες. Δοκιμές πραγματοποιήθηκαν τόσο τη χειμερινή όσο και τη θερινή περίοδο δίνοντας βαρύτητα στη δεύτερη. Παράλληλα εξετάστηκε αν γίνεται να βελτιωθεί η συμπεριφορά τους, προσδιορίζοντας απαιτούμενες επεμβάσεις για τη βελτιστοποίηση τους. Η μελέτη επικεντρώθηκε στη συμπεριφορά της όψης (εσωτερικού φλοιού, διάκενου και εξωτερικού φλοιού) χωρίς να εξεταστεί η θερμική συμπεριφορά του συνόλου του κτιρίου. Από τη μελέτη διαπιστώνεται ότι οι διπλοκέλυφες όψεις μπορούν να αποτελούν λύση ικανή να λειτουργήσει αποδοτικά στις υπό εξέταση καιρικές συνθήκες, αρκεί να είναι σε θέση να προσαρμόζονται στις εκάστοτε συνθήκες. Καθοριστικό ρόλο παίζει η μεταβολή του συντελεστή σκίασης της όψης καθότι έτσι ρυθμίζονται τόσο το επίπεδο του φυσικού φωτισμού όσο και τα ηλιακά κέρδη, συμβάλλοντας στη διαμόρφωση επιπέδων άνεσης με τη λιγότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας. Τέλος, παρουσιάζονται τεχνικές λύσεις όσο και καινοτόμα προϊόντα τα οποία θα μπορούσαν να συνδυαστούν σε διπλοκέλυφα υαλοπετάσματα βελτιστοποιώντας τη συμπεριφορά τους.

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Επιστήμη Πολιτικού Μηχανικού

Υπερθέρμανση

Ηλιακή ακτινοβολία

Σκίαση

Double skin facades

Επιστήμη Πολιτικού Μηχανικού

Διπλοκέλυφη γυάλινη όψη

Civil Engineering

Shading

Real scale measurements

Solar irradiation

Διπλοκέλυφο υαλοπέτασμα

Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογία

Double glazed facades

Engineering and Technology

Μετρήσεις επί τόπου

Overheating

Ελληνική γλώσσα

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ)

Aristotle University Of Thessaloniki (AUTH)

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). Σχολή Πολυτεχνική. Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών. Εργαστήριο Οικοδομικής και Φυσικής των Κτιρίων

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης και Ηλεκτρονικού Περιεχομένου (ΕΚΤ)

Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών

Συλλογή ΕΑΔΔ