Kaksoisjulkisivun lämpöteknisen toiminnan hallinta

Abstract

Metalli-lasirakenteinen julkisivu on yksi kaksoisjulkisivujen malleista. Kaksoisjulkisivun verhouslasi päästää lävitseen suurimman osan siihen kohdistuvasta säteilystä, mutta samalla se on ilmavirtauksia läpäisemätön materiaali. Tämän takia lämpöenergiaa kerääntyy kaksoisjulkisivun vaipparakenteisiin auringonpaisteella. Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia kaksoisjulkisivun lämpöteknistä toimintaa tarkastelemalla materiaalien ominaisuuksien, välitilan tuuletuksen ja ympäristön vaikutusta julkisivurakenteen lämpötiloihin. Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Sweco Rakennetekniikka Oy ja työ tehtiin yhteistyössä Haka pks Oy:n kanssa.

Opinnäytetyön teoriakatselmus sisältää standardeja, aiheen verkkojulkaisuja, alan kirjallisuutta, tuotevalmistajien tarjoamaa aineistoa sekä yhden haastattelun. Opinnäytetyössä esiteltiin kaksoisjulkisivun yleisimmät toiminta- ja rakennemallit, yleisimmät rakennusmateriaalit, kuormien jakautuminen seinällä, yleisesti kaksoisjulkisivuun liittyviä suunnitteluohjeita sekä kaksoisjulkisivun lämpötekninen toiminta. Kaksoisjulkisivun osien lämpötilojen tutkimusta varten mitattiin ulkoilmassa olevan lämmitetyn huoneen seinän kaksoisjulkisivun lämpötiloja, kosteutta, ilmanpaineita ja säteilyä sekä analysoitiin saadut tulokset teorian pohjalta. Mittaukset toteutettiin viikon ajalta ja tarkempaa tarkastelua varten valittiin yksi aurinkoinen päivä ja pakkasyö.

Opinnäytetyön tuloksina saatiin, että kaksoisjulkisivun lämpötekniseen toimintaan vaikuttavat mm. seuraavat tekijät: välitilan materiaalien pinnoitteiden väri ja ominaisuudet, lasin ominaisuudet, välitilan tuuletus, tuuli, lämpösäteilyt, julkisivuun kohdistuvat varjostukset sekä seinän ilmansuunta. Analyysi osoitti, että kaksoisjulkisivun lämpöteknisessä suunnittelussa tulee ottaa huomioon materiaalien valinnan lisäksi myös vaippojen välisen välitilan suuruus ja tuuletustapa. Lisäksi tulee ottaa huomioon vaippojen materiaalipinnoitteiden ominaisuudet ja väri, julkisivun ulkopuoliset varjostukset sekä materiaalien liikevarat.

The metal glass double skin façade is one of the glass façade structure types. Glass transmits a significant part of the solar radiation that is directed to it, and at the same time it prevents wind from cooling down the wall parts that are behind the glass. Because the radiation gets absorbed, materials behind the glass get overheated when the sun shines. The objective of this thesis was to study the thermal performance of a double skin façade by examining the effect the qualities of materials, ventilation gap, and environment may have on the thermal behavior of the structure. The thesis was made in cooperation with Sweco Structures Ltd and Haka pks Oy.

The literature review of this thesis was gathered from standards, web publications and relevant literature, and by interview. In the thesis was presented the most usual structural models used in double skin façade, designs, building materials, partition of load on the wall, some designing instructions, and an overview of the thermodynamics. To clarify the temperatures of the double skin façade components, a double skin façade test wall element was measured. The measurements performed on the test wall element were temperature, humidity, pressure and radiation measurements. The results of the measurements were analyzed according to the state-of-the-art theory. The test wall element measurements were executed for one week, of which one sunny day was examined more in detail.

The results showed that temperatures of the façade components were affected by colors, glass properties, ventilation gap, wind, thermal radiation, shadows and the compass point of the wall. The main contribution of this thesis is to present the key elements affecting the thermal behavior of double skin façade. The main points in the double skin façade design process are to select the material properties, ventilation gap, glass features and color of coatings and in addition to select external shading. Because the temperatures of a double skin façade’s parts can rise very high, it is important to design and calculate the suspension travel, supports and fastenings of materials accurately.