Performance evaluation and design of a complex double skin facade. Design optimization for an equivalent single skin façade through a computational fluid dynamics modelling based approach

The aim of this dissertation is to evaluate the thermal and optical properties of a double skin facade proposed for a case study of an office tower located in Tehran, Iran. Conduction, radiation and convection heat transfers in enclosed cavities are well understood and described in guidance documents. However, limited literature is available for the assessment of heat flux within ventilated cavities. Due to the geometry complexity of the proposed cladding system, the ISO standards describing a simplified approach for DSF with parallel skins could not be adopted. Most of the scientific papers available consider the use of CFD simulations requiring a large number of assumptions and material data. With the method presented in this thesis, a SSF equivalent in performance to the DSF can be defined. This data can be input in the building energy model to replace the DSF, significantly reducing the number of thermal zones to be calculated and model complexity, thus minimising computing time and hardware required to complete the energy simulations. This thesis project has been developed during the author’s internship at the London office of the international engineering consultancy WSP.

Lo scopo di questa tesi è di valutare le proprietà termiche e ottiche di una facciata a doppia pelle proposta per il caso studio di un edificio a torre per uffici, situato a Tehran, in Iran. I trasferimenti di calore per conduzione, irraggiamento e convezione in cavità chiuse sono ben compresi e descritti nei documenti guida. Tuttavia, è disponibile una limitata letteratura per la valutazione del flusso di calore nelle cavità ventilate. A causa della complessità geometrica del sistema di rivestimento proposto, non è stato possibile adottare le normative vigenti, poiché descrivono un approccio semplificato nel quale le due “pelli” sono considerate parallele tra loro. La maggior parte dei documenti scientifici disponibili, considerano l'uso di simulazioni CFD che richiedono un gran numero di ipotesi e dati materiali. Con il metodo proposto, è stato possibile definire una facciata a singola pelle equivalente, evitando un numero estremamente elevato di zone termiche in concomitanza con la rappresentazione di facciate a doppia pelle nel modello di simulazione energetica della successive fase del processo di progettazione. Questo progetto di tesi è stato sviluppato durante il tirocino svolto dall’autore presso l’ufficio di Londra della societa’ internazionale di ingegneria WSP.