Διπλοκέλυφες κατασκευές και προσόψεις

Της Βασιλικής Καραχάλιου, Αρχιτέκτονα, karachaliou@teemail.gr

Οι διπλές προσόψεις είναι μια ευρωπαϊκή τάση στην Αρχιτεκτονική που δημιουργήθηκε λόγω της επιθυμίας για γυάλινες επιφάνειες σε κτίρια με αυξημένη διαφάνεια, την ανάγκη για βελτίωση του εσωτερικού περιβάλλοντος και της ηχομόνωσης σε αυτά και τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους. Πρόκειται για ένα σύστημα πρόσοψης, το οποίο αποτελείται από μια εξωτερική και μια εσωτερική επιφάνεια, μεταξύ των οποίων μεσολαβεί κενό ικανών διαστάσεων. Πιο απλά, ο κύριος όγκος του κτιρίου περιβάλλεται εξολοκλήρου ή τμηματικά από μια δεύτερη εξωτερική όψη σε απόσταση από το κτίριο.Αν και η λογική των διπλοκέλυφων κτιρίων δεν είναι καινούργια, παρατηρείται η κατασκευή όλο και περισσότερων τέτοιων μοντέλων, που χαρακτηρίζονται από μια πολυπλοκότητα, καθώς η χρήση και η λειτουργία επηρεάζει διαφορετικές παραμέτρους του κτιρίου οι οποίες συχνά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ο φυσικός φωτισμός – αερισμός, η εσωτερική ποιότητα αέρα, η ακουστική, η θερμική και οπτική άνεση, η χρήση ενέργειας κτλ είναι στοιχεία που χαρακτηρίζουν τα διπλοκέλυφα κτίρια.Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, περιγραφή πρώιμης διπλοκέλυφης κατασκευής έγινε για πρώτη φορά από τον Jean-Baptiste Jobard το 1849 για το βιομηχανικό μουσείο στις Βρυξέλλες. Ως κατασκευή χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1903, στο εργοστάσιο Steiff, στη Γερμανία. Την ίδια χρονιά ο Otto Wagner σχεδίασε διπλοκέλυφο φεγγίτη στην κύρια είσοδο του Post Office Savings Bank, στη Βιέννη.

Τεχνική περιγραφή και επιλογή υλικού

Για την υλοποίηση μιας διπλοκέλυφης κατασκευής, σημαντική είναι η επιλογή του υλικού για κάθε μια από τις δυο επιδερμίδες του κτιρίου. Επικρατέστερα υλικά είναι το γυαλί και το αλουμίνιο με διαφορετικούς συνδυασμούς μεταξύ τους, προσφέροντας δυνατότητες πολλαπλών εφαρμογών. Κάθε «επιδερμίδα» έχει διαφορετική κατασκευαστική αντιμετώπιση εξαιτίας του ρόλου που αναλαμβάνει. Το εσωτερικό κέλυφος αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα της δομής του κτιρίου. Το εξωτερικό αντίθετα, είναι μια δευτερεύουσα κατασκευή, ένα «ένδυμα» που αναλαμβάνει το ρόλο να προστατεύσει το κτίριο και να δημιουργήσει ευμενέστερες συνθήκες στο εσωτερικό του. Αξίζει να αναφέρουμε τη δυνατότητα τοποθέτησης ενός εξωτερικού κελύφους και σε υπάρχοντα κτίρια (υπό προϋποθέσεις), δίνοντας τη δυνατότητα βελτίωσης των συνθηκών διαβίωσης σε αυτά.

Το εσωτερικό κέλυφος συνήθως δε διαφέρει από τις υπάρχουσες συμβατικές κατασκευές. Πρόκειται για ένα τοίχωμα, με ανοίγματα ή σταθερό, συμπαγές ή διαφανές. Η πιο συνηθισμένη επιλογή είναι η χρήση υαλοπετάσματος. Το υαλοπέτασμα πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις μόνωσης και ασφάλειας, αλλά και του αρχιτεκτονικού και ενεργειακού σχεδιασμού του κτιρίου. Στην αγορά διατίθεται μεγάλη ποικιλία προϊόντων με διαφορετικές δυνατότητες κάλυψης ανοιγμάτων, στήριξης και εμφάνισης. Τα χρησιμοποιούμενα προφίλ αλουμινίου είναι απλά ή ενισχυμένα και συνδυάζονται με την επιλογή των υαλοπινάκων. Συνήθως τοποθετούνται θερμομονωτικοί διπλοί ή τριπλοί υαλοπίνακες, με κενό που γεμίζει με αέρα ή αργό. Στην περίπτωση που το υαλοπέτασμα διαθέτει ανοίγματα, αυτά διαμορφώνονται σύμφωνα με τη μελέτη και τις κατασκευαστικές δυνατότητες του προϊόντος. Υπάρχει η δυνατότητα επένδυσης τμήματος ή ολόκληρης της όψης με σύνθετα πάνελ αλουμινίου τύπου etalbond.

Όσον αφορά στην εξωτερική επιφάνεια – κέλυφος του κτιρίου, έχουμε κι εδώ πολλές επιλογές διαμόρφωσής της ανάλογα με τον τρόπο στήριξης, που εξαρτάται κυρίως από το υλικό και την απόσταση από το κτίριο. Η δευτερεύουσα αυτή κατασκευή μπορεί να είναι ως προς τη δομή της δοκιδωτή, αναρτώμενη ή πλαισιωτή, ενώ μπορεί να είναι στατικά εξαρτώμενη από το κτίριο ή αυτοφερόμενη, σαν ένα είδος μόνιμης «σκαλωσιάς» στη πρόσοψη του κτιρίου. Ως προς την αρχιτεκτονική διαμόρφωση της εξωτερικής επιφάνειας, έχουμε συνήθως δυο επιλογές οι οποίες διαφέρουν ανάλογα με την περιοχή και το κλίμα. Στις βόρειες χώρες, παρατηρείται η εφαρμογή ενός δεύτερου υαλοπετάσματος σε απόσταση, σταθερού ή με κατάλληλα ανοίγματα, όμοιο σε λογική με το εσωτερικό. Ενώ σε χώρες με πιο εύκρατο κλίμα, το δεύτερο κέλυφος είναι μια πιο ελαφριά κατασκευή, ένα «φίλτρο» προστασίας του κτιρίου. Σε αυτή την περίπτωση το εξωτερικό κέλυφος είναι το ίδιο το σύστημα σκίασης, που διαμορφώνεται ως ένα σύστημα μεταλλικού πλαισίου που φέρει στοιχεία όπως: επιφάνειες γυαλιού, διάτρητα μεταλλικά φύλλα, οριζόντιες ή κατακόρυφες περσίδες αλουμινίου, ακόμα και φωτοβολταϊκά.

Σημαντικό ρόλο παίζει το διάκενο μεταξύ των δυο κελυφών. Ανάλογα με τη διάστασή του, μπορεί να είναι βατό ή μη. Όταν το διάκενο παίρνει τη μορφή διαδρόμου, δίνεται η δυνατότητα κυκλοφορίας και προσπέλασης όχι μόνο του αέρα, αλλά και μηχανολογικών εγκαταστάσεων, ακόμα και ανθρώπων ή φορτίων, ενώ διευκολύνεται η συντήρηση και ο καθαρισμός του κτιρίου. Όταν το εξωτερικό κέλυφος είναι τύπου υαλοπετάσματος, στο διάκενο τοποθετείται το σύστημα σκίασης, το οποίο προστατεύεται από τις εξωτερικές συνθήκες. Συνήθως πρόκειται για σύστημα μηχανικά ελεγχόμενο, με περιστρεφόμενες περσίδες από αλουμίνιο. Με την περιστροφική κίνηση των περσίδων ελέγχεται η σκίαση στον εσωτερικό χώρο. Καθοριστικό ρόλο παίζουν το σχήμα, το μέγεθος, το χρώμα των περσίδων, η κλίση, η μεταξύ τους απόσταση, αλλά και η απόσταση από το κυρίως κτίριο.

Κατηγοριοποίηση

Η κατηγοριοποίηση των συστημάτων διπλών προσόψεων γίνεται βάσει του τύπου κατασκευής και του τρόπου λειτουργίας του ενδιάμεσου κενού. Διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις:

• Αεροστεγής εσωτερική επιδερμίδα. Το εσωτερικό κέλυφος είναι σταθερό χωρίς ανοίγματα. Σε αυτή την περίπτωση, το κενό είναι μηχανικά αεριζόμενο, με ελεγχόμενη είσοδο αέρα.
• Ανοιγόμενη εσωτερική κι εξωτερική επιφάνεια. Και στα δυο κελύφη διαμορφώνονται ανοίγματα, χωρίς να υπάρχει αντιστοιχία απαραίτητα. Το κενό μπορεί να είναι ενιαίο ή να χωρίζεται σε επιμέρους τμήματα, τα οποία συνήθως είναι ανά όροφο.
• Ανοιγόμενη εσωτερική επιφάνεια. Το εσωτερικό κέλυφος διαθέτει ανοίγματα με ειδικό τρόπο διάταξης. Το κενό είναι μηχανικά αεριζόμενο, με ελεγχόμενη την είσοδο του αέρα.
• Αεροστεγές κενό, το οποίο μπορεί να είναι ενιαίο ή σε ζώνες ανά όροφο.

Μια άλλου είδους κατάταξη μπορεί να γίνει ανάλογα με τον τρόπο αερισμού (φυσικό ή μηχανικό), τη προέλευση και την κατεύθυνση του αέρα, τη διάσταση του κενού (στενό: 10-20 εκ., φαρδύ: 0,5-1,0 μ), τη τμηματοποίηση. Για λόγους απλοποίησης θα κάνουμε το διαχωρισμό σε:

• κλειστά συστήματα και
• συστήματα εξαναγκασμένου αερισμού.

Τα κλειστά συστήματα συναντώνται συνήθως σε χώρες με ψυχρό κλίμα. Λειτουργούν βάσει της αρχής των παραθύρων με διπλό τζάμι. Η εσωτερική επιφάνεια αποτελείται από σταθερό υαλοστάσιο και στο εξωτερικό περίβλημα δημιουργούνται μικρά ανοίγματα για την αντιστάθμιση της ασκούμενης πίεσης. Ο αερισμός στο κενό εξαρτάται από το μέγεθος του κενού σε συνδυασμό με τα ανοίγματα.

Στα συστήματα εξαναγκασμένου αερισμού λειτουργεί κλιματιστική εγκατάσταση καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Η θερμοκρασία του αέρα στο κενό ρυθμίζεται πριν διοχετευτεί στο εσωτερικό του κτιρίου, βελτιώνοντας τα απαιτούμενα φορτία ψύξης – θέρμανσης. Ο αέρας στο εσωτερικό αναδιανέμεται με έλεγχο της απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Βασικό πλεονέκτημα των διπλών προσόψεων είναι η ηχομόνωση. Επιτυγχάνεται μείωση μετάδοσης του εξωτερικού θορύβου στο εσωτερικό αλλά και μεταξύ των δωματίων, γεγονός που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για κτίρια γραφείων τα οποία βρίσκονται στα κέντρα των πόλεων.

Ωστόσο, ουσιαστικό πλεονέκτημα είναι η θερμομόνωση. Κατά τους χειμερινούς μήνες, γίνεται εισαγωγή του εξωτερικού αέρα από το χαμηλό τμήμα της πρόσοψης, με ειδικό άνοιγμα. Ο εισερχόμενος κρύος αέρας προ-ζεσταίνεται στο κενό και εισέρχεται στο κτίριο στην κατάλληλη θερμοκρασία. Το καλοκαίρι, ο αέρας εξάγεται από ειδικά ανοίγματα στο ανώτερο τμήμα της πρόσοψης. Έτσι, επιτυγχάνεται καλύτερη θερμοκρασία αέρα και αποφεύγεται η υπερθέρμανση. Εξίσου σημαντικός είναι και ο νυχτερινός αερισμός, κυρίως σε θερμοκρασίες άνω των 26°C. Το κενό λειτουργεί, ως «θερμική ασπίδα», ως ένα είδος αεραγωγού, οι διαστάσεις του οποίου παίζουν καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία του κτιρίου.

Μια σωστά σχεδιασμένη διπλοκέλυφη κατασκευή μπορεί να είναι ενεργειακά αποδοτική, συμβάλλοντας στη προστασία του περιβάλλοντος κι ενισχύοντας τα παθητικά ηλιακά συστήματα. Έχει τη δυνατότητα να μειώνει τη ένταση του αέρα, αφού η εξωτερική επιδερμίδα λειτουργεί ως διακόπτης για τους βόρειους ανέμους κατά τους χειμερινούς μήνες. Επιτρέπει το φυσικό αερισμό του κτιρίου, ακόμα κι αν υπάρχει μηχανική υποστήριξη. Συμβάλλει στη θερμική άνεση στο εσωτερικό του κτιρίου και τη βελτίωση του εργασιακού περιβάλλοντος. Σημαντικό μειονέκτημα των διπλοκέλυφων κτιρίων, αποτελεί το υψηλό κόστος κατασκευής, σε συνδυασμό με το κόστος συντήρησης και λειτουργίας. Η ωφέλιμη επιφάνεια του κτιρίου είναι μικρότερη από μια περίπτωση συμβατικής πρόσοψης, αν υπολογίσουμε την επιφάνεια που καταλαμβάνει η δεύτερη πρόσοψη μαζί με το ενδιάμεσο κενό. Αυτό σημαίνει μείωση του εκμεταλλεύσιμου χώρου. Η πυρασφάλεια ενός τέτοιου κτιρίου πολλές φορές χρειάζεται επιπλέον διερεύνηση, καθώς παρατηρούνται προβλήματα μετάδοσης καπνού σε περίπτωση φωτιάς.

Υλοποιημένα παραδείγματα

Στην Ελλάδα έχει υλοποιηθεί περιορισμένος αριθμός διπλοκέλυφων κατασκευών σε σχέση με άλλες ευρωπαϊκές χώρες. Αυτό οφείλεται στην έλλειψη τεχνογνωσίας, στους περιορισμούς του νομοθετικού πλαισίου, το κόστος, αλλά και τις υψηλές θερμοκρασίες που παρατηρούνται κατά τη θερινή περίοδο.

Σε αυτή την κατηγορία ανήκει το κτίριο γραφείων της τεχνικής εταιρείας R.C.TECH στην Αθήνα. Έχει χαρακτηριστική μορφή λόγω των βιοκλιματικών στοιχείων που έχουν χρησιμοποιηθεί. Στη δυτική όψη και σε απόσταση από το κυρίως κτίριο, έχει κατασκευαστεί σύστημα ελεγχόμενης ηλιοπροστασίας από περιστρεφόμενες περσίδες αλουμινίου.

Ένα άλλο ενδιαφέρον στοιχείο στο κτίριο είναι το τοίχωμα – ανεμοθραύστης. Πρόκειται για επένδυση της βόρειας όψης με φλοιό αλουμινίου. Το χειμώνα ο κτιριακός όγκος προστατεύεται από το άνεμο, ενώ το καλοκαίρι η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται μειώνοντας τη θερμική εκπομπή. Τα ενεργειακά οφέλη του βιοκλιματικού αυτού κτιρίου κρίνονται σημαντικά για τους χρήστες του.

Το κτίριο γραφείων της εταιρείας Toi & Moi στη Ν. Φιλαδέλφεια, που μελετήθηκε από την ΑΕΤΕΡ Χάρρυ Μπουγαδέλης, αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα διπλοκέλυφου κτιρίου. Το εσωτερικό υαλοπέτασμα έχει μεγάλο κάνναβο και η στήριξη γίνεται με ενισχυμένο προφίλ αλουμινίου. Το εξωτερικό πέτασμα αποτελείται από περιστρεφόμενο σύστημα γυάλινων περσίδων. Το διάκενο έχει πλάτος περίπου 1μ και ο αερισμός είναι φυσικός.

Κατά τη χειμερινή περίοδο οι περσίδες παραμένουν κλειστές, οπότε συλλέγεται θερμότητα στο διάκενο. Κατά τη θερινή περίοδο οι περσίδες κινούνται, παρέχοντας την απαραίτητη σκίαση και ηλιασμό στο εσωτερικό. Έτσι η ενεργειακή κατανάλωση του κτιρίου περιορίζεται σημαντικά. Επιπλέον, το διπλό κέλυφος λειτουργεί ηχομονωτικά. Ο θόρυβος μειώνεται κατά 20db σε σχέση με το απλό υαλοπέτασμα.

Το κτίριο GSW Headquareters, που βρίσκεται στο Βερολίνο, μελετήθηκε από τους αρχιτέκτονες Sauerbruch & Hutton και ολοκληρώθηκε το 1999. Πρόκειται για ουρανοξύστη 22 ορόφων και 11μ πλάτους, με εγκάρσιο αερισμό και διπλή όψη θερμικού αγωγού. Η ανατολική όψη αποτελείται από παράθυρα με τριπλούς υαλοπίνακες με περσίδες στο εσωτερικό. Η δυτική όψη αποτελείται από δυο επιφάνειες με κενό μεταξύ τους πλάτους 0,90μ. Εσωτερικά έχει παράθυρα με διπλούς υαλοπίνακες. Στο ενδιάμεσο κενό τοποθετήθηκαν φαρδιές κατακόρυφες περσίδες από ανοδειωμένο αλουμίνιο, οι οποίες μετακινούνται αυτόματα ή από τους ίδιους τους χρήστες. Οι περσίδες δίνουν έναν ιδιαίτερο χαρακτήρα στο κτίριο, με τα έντονα χρώματά τους (κόκκινο, ροζ, πορτοκαλί), ενώ μεταβάλλονται καθ’ όλη τη διάρκεια της μέρας, δίνοντας την οπτική εντύπωση ενός μωσαϊκού.

Το χειμώνα, ο αέρας μεταξύ των δυο όψεων θερμαίνεται και διοχετεύεται στο εσωτερικό με φυσική ροή. Το καλοκαίρι, ο θερμός αέρας από το εσωτερικό του κτιρίου διοχετεύεται στο κενό και απελευθερώνεται στο άνω τμήμα του κτιρίου. Η απαγωγή του αέρα διευκολύνεται μέσω κατασκευής μορφής ιστίου στην απόληξη του κτιρίου. Ο φρέσκος αέρας εισέρχεται μέσω των περσίδων της ανατολικής όψης. Το κενό μειώνει κατά 40% τη χρήση μηχανικών μέσων για ψύξη και θέρμανση. Σε σχέση με άλλους ουρανοξύστες επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας ως και 50%.