Faţade cortinăFaţade duble (double skine)Faţade solareFaţade climatice

Masterand: Cătărău Andrei Dimitrie

Sistemul de inchidere este independent de structura

Elementele de fatada sunt sustinute de o structură auxiliară metalică ataşată de structura de rezistenţă a clădirii

Definiție:Sistemul de închidere tip perete cortină este alcătuit din panouri vitrate sau opace care se montează pe un sistem structural propriu din aluminiu sau oţel, situându-se în afara planşeului și delimitând clădirea.

Clasificări:Din punctul de vedere al configuraţiei sistemului structural propriu:

cu elemente dispuse într-o compoziţie în care se distinge o dominantă verticală;

cu elemente dispuse într-o compoziţie în care se distinge o dominantă orizontală;

cu elemente dispuse într-o compoziţie (alcătuire) rectangulară (sunt posibile şi alcătuiri particulare cu panouri trapezoidale sau în formă de paralelogram).

Din punctul de vedere al imaginii unui perete cortină, văzută din exterior:

configuraţii în care, din exterior, se văd numai profilele ornament de pe montanţi (perete cortină semistructural); configuraţii în care, din exterior, se văd numai profilele ornament de pe riglele distanţier (perete cortină semistructural); configuraţii în care, din exterior, se văd şi montanţii şi riglele (perete cortină clasic); configuraţii în care, din exterior, nu se văd nici montanţii şi nici riglele, rostul dintre panouri fiind închis cu un silicon rezistent la radiaţia ultravioletă, sau sigilat prin intermediul unei garnituri speciale, foaia exterioară a geamului termoizolant fiind obligatoriu securizată (perete cortină structural).

Funcţie de modul de asigurare a microclimatului interior

clădiri cu grad de performanţă maxim (nu au vitraje mobile şi sunt prevăzute cu climatizare centralizată); clădiri cu grad de performanţă mediu (pot avea vitraje mobile şi climatizare parţială); clădiri cu grad de performanţă normal (unele clădiri din peisajul industrial, cu vitraje mobile şi climatizare parţială sau fără climatizare).

Alcătuirea generală a faţadelor cortină

sistemul structural propriu constituit din montanţi (elemente verticale) şi rigle distanţier/traverse (elemente orizontale); panouri montate pe sistemul structural propriu şi care pot fi: panouri transparente din sticlă (fixe sau mobile), sau panouri opace; dispozitive de prindere, fixare, etanşare şi finisare (piese speciale, garnituri şi chituri); geamuri termoizolante.

Montanţii transferă încărcările aplicate sistemelor de pereţi cortină la sistemul structural al construcţiei.

Riglele – distanţier transferă la montanţi o parte din încărcările panourilor de închidere.

Dispozitivele speciale de rezemare (aparatele de reazem ale montanţilor) transmit la sistemul structural al construcţiei forţele aferente sistemelor de pereţi cortină (încărcările gravitaţionale, încărcările din vânt – presiuni/ sucţiuni, încărcările seismice şi eventual, alte încărcări, modele ale altor acţiuni).

Panourile care se montează pe sistemul structural au rol estetic, de iluminare şi de etanşare, sunt termoizolante, fixe şi mobile. Acestea pot fi:• panouri transparente din sticlă (fixe sau mobile) • panouri opace, cu diferite soluţii de geamuri mate, sau din materiale compozite, imitaţii de piatră, sau din aluminiu.

Exigenţele de performanţă specifice sistemelor de pereţi cortină

• exigenţe funcţionale :(a) conservarea calităţii şi capacităţii funcţionale a unui sistem de perete cortină, pe durata de existenţă a acestuia, stabilită în cadrul procesului de proiectare;(b) asigurarea unei comportări favorabile în exploatare, astfel încât să nu fie afectate, în nici un fel, persoanele care îşi desfăşoară activitatea în clădire şi să fie afectate, într-o măsură cât mai redusă, valorile materiale existente, sau sistemele tehnologice specifice (instalaţii, echipamente).

• exigenţe structurale :

(a) rezistenţa şi stabilitatea sistemelor de pereţi cortină în special la , acţiunea vântului(b) capacitatea de a nu se avaria, ca urmare a deformării, în regim static şi dinamic, a sistemului structural al construcţiei.

Exigenţele principale, privind comportarea sub încărcări normale pe planul pereţilor cortină- conservarea proprietăţilor de etanşeitate;- asigurarea transmiterii, în bune condiţii, a forţelor orizontale la sistemul structural al construcţiei;- evitarea avarierii pereţilor cortină, ca urmare a deformaţiilor impuse de deformarea sistemului structural al construcţiei, în special în cazul în care soluţia este concepută de aşa natură, încât să se realizeze continuitate pe mai multe panouri;-evitarea avarierii unor instalaţii sau echipamente care sunt în imediata apropiere a pereţilor cortină, sau sunt în contact cu aceştia.

Din punctul de vedere al transmiterii forţelor în planul sistemului de perete cortină, -- un panou de perete cortină transmite forţe exclusiv la partea inferioară, deplasările relative, faţă de sistemul structural al construcţiei în lungul celorlalte trei laturi, fiind libere;-- un panou de perete cortină este suspendat şi transmite forţe exclusiv la partea superioară, deplasările relative faţă de sistemul structural de rezistenţă în lungul celorlalte trei laturi fiind libere.

Moduri posibile de cedare–avariere pentru sistemele de pereţi cortină

Modurile de bază ale unei posibile avarieri, sau cedări, a sistemelor de pereţi cortină, pot să se refere la comportarea sub încărcări în planul acestora, respectiv sub încărcări normale pe planul acestora. În practică pot apărea şi cazuri în care cele două moduri de bază de cedare – avariere se combină, dar o examinare analitică trebuie să aibă în vedere, în mod distinct, cele două posibilităţi de bază.

Cazurile de avariere principale, determinate de încărcările aplicate în planul unui perete

cedare determinată de forţe (de regulă – forţe de inerţie), datorită lipsei de rezistenţă suficientă (a unui panou, sau a sistemului său de prindere), în raport cu forţele dezvoltate în planul panoului (astfel de situaţii pot fi generate, de regulă, de forţele de inerţie seismice în cazul cutremurelor puternice);cedare determinată de deformaţiile impuse, datorită depăşirii de către deformaţiile sistemului structural al construcţiei şi/sau ale unui panou, a limitelor pe care soluţia de rezemare (şi de admitere a unor deplasări relative între panou şi structura principală) le permite Acestea se pot referi la efectele deformării construcţiei în timpul oscilaţiilor de ansamblu ale acesteia, respectiv la influenţa acţiunii temperaturii (temperatură tehnologică, climatică).

Cazurile de avariere principale, determinate de încărcările aplicate normal pe planul unui perete

- cedare a unui panou, ca placă încovoiată;- cedare a sistemului de prindere.

Detaliu de fatada cortina Petronas Towers

Materiale utilizate:- granit;- ardezie;- ceramica;- piatra naturala;- aluminu;- otel;- sticla.

Forest Residential Tower, Tokyo

Rosturile sunt etanşeizate cu profile de cauciuc sintetic cu elasticitate permanentă (neopren).

Diferite sisteme de vitraje utilizează profile integrate de cauciuc sintetic, iar fatadele devin astfel fine şi vaporoase. Stuctural Sealant Glazing – metodă ce impune folosirea siliconului, care nu are numai rol de etansare, ci şi de a transmite încărcarea din vânt construcţiei de bază. Devine astfel un element structural important al faţadei.

Inchiderile din sticla:- forme complicate;- curbate;- izolante;- reflectorizante;- cu funcţii de autocuratire;- rezistente.

Otto Hahn propune o metodă de a suspenda suprafeţele vitrate, pentru a evita flambajul

Faţadele „double skin” sunt faţade ventilate cu apareiaj din sticlă.

Faţada „double skin” constituie un sistem capabil să valorifice într-o măsură considerabilă energia solară.

Clădirea este simultan şi transparentă şi eficientă energetic.

Fațada de tip Double Peau este alcătuită dintr-o fereastră ventilată, în care aerul circulă în canalul format de cele două vitraje. Prin ventilarea aerului se urmărește ameliorarea randamentului termic a ferestrelor și recuperarea maximă a energiei.

Pereţii dinamici, “a double paroi”, fatada dubla, utilizează o tehnologie specială, în care un spaţiu tampon atenuiaza pierderile de căldură şi efectul vântului, favorizează protecţia solară. Cladirea este simultan şi transparentă şi eficientă energetic. Soluţia constă în dublu vitraj la exterior şi unul simplu la interior. Intre cele două sunt integrate lamele orientabile şi acţionate automat pentru protectia solară. Clădirea poate sau nu sa aibe deschidere spre exterior.

Faţada double-skin se caracterizează prin existenţa unei faţade secundare în faţa celei existente. Aerul din cavitate poate fi în legătură cu:- aerul interior;- aerul exterior;- o combinaţie aprimelor două.Spaţiul dintre cele două faţade include sistemul de protecţie solară, care la rândul lui beneficiază de protecţie împotriva vântului şi prafului.

A. Faţada secundară închisăB. Faţadă cu sistem de evacuare a aerului C. Faţadă double-skin fără ferestre cu deschidereD. Faţadă double-skin cu ferestre ce se deschid

Modul de compartimentare a cavității:În practică se poate observa că soluțiile de compartimentare realizate pot fi

clasificate astfel: fereastră dublă ventilată;fațadă dublă ventilată:

a. compartimentare pe etaj: cu module juxtapuse și de tip coridor;b. de tip „shaft-box”: concepută pentru favorizarea ventilării naturale, adaptând

comportamentul fațadei astfel încât să se creeze un tiraj termic accentuat. Acest tip de fațadă și de compartimentare se poate aplica numai fațadelor duble ventilate natural;

c. de tip multi – etaj: cu module juxtapuse, de tip multi – etaj;d. de tipul multi-etaj cu lamele: se aseamănă cu fațada dubluă ventilată de tipul

multi-etaj, cavitatea sa ne fiind compartimentată nici în plan vertical și nici orizontal formând un singur volum. Pot exista planșee metalice la fiecare etaj al construcției ce permit accesul în scopuri întreținere și mentenanță.

A. Faţadă multi etajată, fără deschiderea ferestrelorB. Faţadă coridorC. Faţadă “box-type-window”

A. B. C

Direcție centrală de pre-încălzire a aerului Evacuare centrală prin sistemul de ventilare

Sursă individuală de pre-încălzire a aerului Cu rol de evacuare

Fatadele Double Peau pot varia de pe o latură a clădirii pe alta, sau chiar pot fi absente pe latura de nord a clădirii deoarece această parte nu este poziționată în bătaia razelor solare, astfel nefiind necesară prezența unei astfel de fațade din punct de vedere economic

Comportamentul termo-aeraulic al fațadelor Double Peau depinde de modurile de transfer de căldură (natural, mecanic, hibrid), radiație (solară și infraroșie) și conducție. Evoluția câmpurilor de presiune-viteză și de temperatură la interiorul canalului fațadei este determinată de aceste 3 moduri de transfer termic. Prin urmare, bilanțul termic este definit în funcție de componentele fațadei și de caracteristicile lor.

Bilanțul radiativ trebuie să țină seama de: radiația solară globală (difuză și directă), orientarea fațadei și unghiul de înclinare al protecției solare; emisiile infraroșii și a diferitelor componente ale fațadei; factorul de formă ale diferitelor componente ale fațadei și caracteristicile radiative ale diferitelor componente ale fațadei.

Bilanțul convectiv trebuie să țină seama de: câmpul de temperatură și de câmpul de viteze de la interiorul canalului fațadei. În ceea ce privește regimul de curgere al aerului la interiorul fațadei, acesta poate fi laminar sau turbulent.

Modul de ventilare al fațadelor dublu strat:Modul de ventilare se referă la originea și destinația aerului ce circulă în

cavitatea ventilată; aceasta este independent de tipul de ventilare aplicată. Orice fațadă ventilată este caracterizată la un moment dat printr-un singur mod de ventilare. Diferitele moduri de ventilare prezentate în continuare se referă numai la ventilarea fațadelor și nu la nivelul clădirii. Se va considera, pentru un modul de fațadă pentru care evacuarea aerului se realizează prin intermediul sistemului de ventilare mecanică al clădirii, că aerul extras (la nivel de modul) este dirijat spre interior, chiar dacă în final va fi evacuat în exteriorul clădirii, și nu recirculat.

Se pot distinge 5 moduri de ventilare principale: Perdea de aer exterior: aerul introdus în cavitate provine de la exterior și este evacuat spre exterior; prin ventilarea cavității se creează o perdea de aer care anvelopează fațada exterioară;Perdea de aer interior: aerul provine din interiorul încăperii și este aspirat la interior sau prin sistemul de ventilare general (aerul anvelopează fațada interioară);Introducere de aer: ventilarea fațadei se realizează cu aer exterior; aerul este apoi dirijat spre interiorul încăperii sau spre sistemul de ventilare. Ventilarea fațadei permite deci aportul de aer proaspăt în clădire;Evacuare de aer: aerul provine din interiorul localului și este evacuat spre exterior; ventilarea fațadei permite evacuarea aerului din clădire;Spațiu tampon: se realizează când cele două fațade sunt etanșe; cavitatea conduce la crearea unui spațiu tampon între interior și exterior, nefiind posibilă ventilarea acesteia.

Post Office Tower, 163 [m], Bonn, Germania

Axa Tower, 271 [m], La Defense, Franța

Minerva Tower, 216 [m], Londra, Marea Britanie

Clădirea este alcătuită dintr-o serie de părți deschise interconectate prin intermediul unui atrium de sticlă.La această clădire s-a adoptat sistemul de fațadă Double Skin hibrid (posibilitatea ventilării mecanice și naturale) cu distanța între straturi de 0.8 [m].Fațada Double Skin reduce consumul de energie datorat unei încălziri a spațiilor și a funcționării aerului condiționat cu până la 60 %, având un plus pentru ocupanții clădirii, și anume în permanență aer proaspăt de la gurile de aerisire amplasate pe fațadă.

Faţadă de sticlă la sediul Comunităţii Europene din Bruxelles

Detaliu de faţadă cu nervuri verticale exterioare. Montanţii de sticlă au si un rol structural, iar efectul este de profunzime

Sisteme de protrcţie solară acţionate automat, suţinute de tiranţi de aluminiu

Elemente de ventilare: lamele de aluminiu comandate electronic

Lamele de aluminiu mobile, susţinute de tuburi

Faţada “double skin” Occidental Chemical Center (Hooker Building), Niagara Falls, NY, USA, 1980: A- secţiune transversală; B- imagine spaţiu intermediar; C- imagine faţadă la nivelul solului

Faţadă de sticlă susţinută de tiranti şi cabluri

Anvelope climaticeInchideri cu volume mari care protejează de acţiunea factorilor externi curţi private sau publice; intrarea In spaţii publice; săli de expoziţie, sport, stadioane, grădini botanice; clădiri intregi sau chiar cartiere.

1. Fațada dublă ventilată (denumită frecvent fatadă activă sau faţadă climatică) reprezintă în fapt o fațadă simplă, tradițională dublată la interior sau la exterior cu o a doua fațadă vitrată. Între cele două fațade se formează o cavitate ventilată, cu o lățime de la câțiva centimetri la câțiva metri în cazul unor coridoare circulabile largi.2. Fațada dublă preia principiul de perete cortină al clădirii fiind alcătuit dintr-o fațadă exterioară vitrată și un perete interior de tip cortină, care împreună cu fațada exterioară îndeplinește funcția de perete.3. Fațadele dublu ventilate sunt clasificate după numeroase criterii, cele mai importante fiind: tipul de ventilare a cavității situate între cele două fațade vitrate, modul de compartimentare a fațadei și modul de ventilare a cavității (perdea de aer exterior/interior, intoducere/evacuare de aer, spațiu tampon).

Comentarii:

Pereţii cu izolaţie transparentă sunt alcătuiţi dintr-un perete cu masivitate termică, care captează radiaţia termică cu lungime mare de undă, la exterior fiind prevăzut un material izolator, ce are proprietatea de a lăsa să treacă o parte importantă din radiaţia solară.

In acest caz etanşeitatea este importantă, reducându-se convecţia şi astfel, pierderile de căldură.

Restituirea căldurii spre interior se face cu un decalaj de cca. 6 ore, iar bilanţul termic se inversează: pierderile spre exterior devin aporturi spre interior.

Poate fi combinată cu soluţia de faţadă vitrată „double skin” .