Experimenteel onderzoek naar waterinfiltratie in geventileerde gevels: impact van toleranties en spouwbreedte

(1)

spouwbreedte

geventileerde gevels: impact van toleranties en Experimenteel onderzoek naar waterinfiltratie in

Academiejaar 2018-2019

Master of Science in de industriële wetenschappen: bouwkunde Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van

Begeleider: ir. Klaas Calle

Promotor: prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche

Studentennummers: 01405422, 01408967

Michael Geamanu, Imane Elfilali

(2)

(3)

spouwbreedte

geventileerde gevels: impact van toleranties en Experimenteel onderzoek naar waterinfiltratie in

Academiejaar 2018-2019

Master of Science in de industriële wetenschappen: bouwkunde Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van

Begeleider: ir. Klaas Calle

Promotor: prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche

Michael Geamanu, Imane Elfilali

(4)

i

Woord vooraf

Met deze thesis loopt ons traject naar het behalen van een master in de industriële wetenschappen:

bouwkunde tot een einde. Deze masterproef kon echter nooit gerealiseerd worden op eigen houtje.

Zowel tijdens de voorbereiding, de opbouw, de experimenten, het uiteenzetten van de resultaten als het uitschrijven van de masterproef konden we rekenen op de hulp van meerdere personen. Deze maakten het voor ons mogelijk om stapsgewijs tot dit eindresultaat te komen. Daarom willen we van deze gelegenheid gebruik maken om speciale hulpkrachten te bedanken voor alle steun.

Allereerst willen we graag onze promotor prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche bedanken voor de efficiënte begeleiding. Hij slaagde erin om ons richting te geven wanneer nodig. Ook onze begeleidster ir. Stéphanie Van Linden willen we van harte bedanken voor de goede opvolging, beschikbaarheid en ondersteuning bij het uitvoeren van dit onderzoek. Beiden hebben ons bijgestaan met raad en daad tijdens het volledige proces. Ook ing. Marc Wylaers dient vermeld te worden.

Dankzij hem konden wij zowel MDP als thesis samendoen en de masterproef nog uitvoeren tijdens academiejaar 2018-2019.

Ook een woordje van dank voor Bobby O’Neill van de Etex Group. Hij nam de tijd om ons te adviseren over de praktische uitvoering van geventileerde gevels, over de interessante onderzoeksdomeinen en bezorgde ons de nodige vezelcementplaten. Ons woord van dank gaat ook uit naar fablab UGent voor de constructie van de goten. Thomas en Koen, twee werknemers van het labo te Gent, worden via deze weg ook zeker bedankt voor de technische hulp tijdens de realisatie van de testopstellingen.

Tenslotte willen we nog familie en vrienden bedanken voor de hulp en steun tijdens dit proces. In het bijzonder willen we hier nog Bert Vanlancker en Tim De Smet bedanken die beiden tijd hebben genomen om ons te helpen in het labo. Ook onze ouders, Marleen De Rijcke en Nadia Azzuz, verdienen een extra dankwoord voor het volledig nalezen van deze thesis, net als Karleen De Rijcke voor het nalezen van de Engelstalige samenvatting.

"De auteurs geven de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de bepalingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef."

"The authors give permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In all cases of other use, the copyright terms have to be respected, in particular with regard to the obligation to state explicitly the source when quoting results from this master dissertation."

16 augustus 2019

(5)

ii

Experimenteel onderzoek naar waterinfiltratie in geventileerde gevels: impact van toleranties en spouwbreedte

Michael Geamanu, Imane Elfilali

Promotor: prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche Begeleider: ir. Klaas Calle

Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: bouwkunde Faculteit ingenieurswetenschappen en architectuur Academiejaar 2018-2019

Abstract

Tot op de dag van vandaag worden geventileerde gevels steeds vaker toegepast bij nieuwbouw en renovatie. De vele voordelen die dit systeem biedt, worden besproken in het literatuuronderzoek van deze thesis. Een geventileerde gevel is geen waterdicht systeem, dus kan waterinfiltratie niet uitgesloten worden. Deze factor kan schade met zich meebrengen door waterdruppels die op het isolatieoppervlak terecht komen die kunnen zorgen voor inwendige condensatie en schimmels, wat de energieprestaties van een gebouw doet afnemen.

Bij geventileerde gevels zal het van belang zijn om ongewenste waterinfiltratie te beperken tot een minimum. Daarom zal in deze thesis onderzoek gedaan worden naar het waterbeheer van geventileerde gevels. Hiervoor zijn verschillende parameters op te sommen die invloed zullen hebben op deze waterinfiltratie. Belangrijke variabelen die hierop invloed hebben zijn de gekozen voegen spouwbreedte van de gevel. Uit onderstaand experimenteel onderzoek zal blijken dat water infiltreert via run-off op de achterkant van het gevelpaneel, afspatten/stuiteren op de voegen en door rechtstreekse infiltratie doorheen de voegen. De bekomen gegevens werden kwantitatief uiteengezet en onderling vergeleken. Hieruit blijkt dat grotere voegen zorgen dat water verder komt in de spouw.

Terwijl kleinere spouwbreedtes zorgen dat meer water tegen de isolatieschil terecht komt. Op één testopstelling na, blijkt de waterinfiltratie constant, ongeacht de spouwbreedte. Merk hierbij op dat er geen differentiële drukken over de gevel gecreëerd werden. Wanneer dergelijke gevels worden opgebouwd, kunnen steeds constructiefouten optreden. In de praktijk wordt te weinig belang besteed aan het feit dat dit ook een grote invloed kan hebben op de waterinfiltratie. Daarom zal doorheen deze thesis ook onderzocht worden wat gebeurt wanneer een gevelpaneel niet in zijn vlak geplaatst is.

Hierbij is te zien dat pas wanneer het gevelpaneel verder uit het vlak geplaatst wordt dan zijn dikte, meer water het binnenspouwblad zal bereiken onder invloed van toenemende afspatting op de voegen.

Sleutelwoorden: geventileerde gevel, waterinfiltratie, voegbreedte, spouwbreedte,

constructiefouten

(6)

iii

Experimental analysis of water infiltration in ventilated façades: impact of tolerances and

cavity width

Michael Geamanu, Imane Elfilali

Supervisors: prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche & ir. Klaas Calle

Abstract | Nowadays rear-ventilated façades are more frequently adopted for new construction and renovation. The advantages offered by the system are discussed in the following thesis. Rear-ventilated façades are not watertight systems, so it is impossible to rule out water infiltration. The infiltration of water can cause damage. For example, water droplets that end up on the insulation surface can cause internal condensation and fungus, reducing the energy efficiency of a building. Hence, with rear-ventilated façades it will be important to minimize undesirable water infiltration. In our study we tested the water management of rear-ventilated systems. Various parameters can influence water infiltration. Important are the joint width and cavity depth.

The experimental research described below, demonstrates that water infiltrates through the façade by means of runoff on the back of the panels, splashing and bouncing off on the joints and by direct infiltration through the joints.

The obtained data were quantitatively analysed and compared with each other. The results show that larger joints cause water to penetrate further into the cavity. While smaller cavity depths cause more water to end up against the insulation. Furthermore, apart from one test set-up, the water infiltration appears to be constant, regardless of the cavity depth. No pressure difference was created over the façade. When such façades are constructed, construction faults can always occur. In practice, insufficient importance is given to the fact that this can have a major impact on water infiltration. Therefore, our study also examined the consequences of a façade panel not being placed in its plane. It appears that only when the distance of the panel from the surface exceeds the panel’s thickness more water will reach the inner leaf of the cavity as a result of more splashes on the joints.

Keywords | rear-ventilated façades, water infiltration, joint width, cavity depth, construction faults

I. INTRODUCTION

This article consists of three parts. The first part outlines a theoretical framework, focusing on rear- ventilated façades, watertightness and previous research. In the second part the objective of the research will be explained by means of three research questions and the research will also be defined. Finally, in the last part, the results of the experiments will be discussed.

II. LITERATURE REVIEW A. Rear-ventilated façades

The rear-ventilated façades have arisen from the combination of multi-wythe enclosures and the rainscreen concept [1]. This façade is a construction system consisting of an external cladding, mechanically fastened to a framework (specific to the kit or not), which is fixed to the external wall of new or existing buildings [2]. They tend to incorporate water management features into their design and construction, unlike perfect barrier systems and traditional construction. In all cases, the exterior layer is separated from the interior layer by an air gap or cavity.

The rear-ventilated façade has several advantages over traditional walls. Some of those advantages are described below:

Reduced heating of the indoor climate during summer— The warming of the inner shell of the building will be limited on two levels. Firstly, the façade has a shading effect, so that the inner leaf of the wall is shaded at all times. This way, direct heating by solar heat is avoided. Secondly, the chimney effect will provide air circulation inside the cavity. Expelling the warm air in the cavity reduces the energy demand inside the house.

Less cooling during winter— Throughout the winter months there will be an inverse effect, namely less heat loss. Due to limited solar heat, the air in the cavity will not flow. This causes heat accumulation in the cavity, increasing the thermal resistance of the construction.

A certain degree of independence in the induced movements—The structural separation of the façade from load-bearing walls reduces the risk of damage caused by movement. External forces can be absorbed by deformations of the outer shell.

Sagging and expansion phenomena will also be absorbed by the flexible fastening between the facade and the load-bearing wall [3].

Reduction of thermal bridges around the protected volume—Rear-ventilated façades make it possible to enclose the entire protected volume with insulation.

(7)

iv Reduction of internal condensation problems

inside the wall construction— The lower temperature difference between the inside and outside of the inner wall reduces the risk of condensation. In addition, air circulation will lead the infiltrated vapour out of the cavity. [1]

Simpler disassembly and replacement of the facade— Compared to traditional façades, dismantling and replacing rear-ventilated façade panels will be less time-consuming and labour- intensive.

Easy to sort material for recycling and disposal— Screws, panels, framework, fixings...

etc. can all be treated separately.

Moisture problems through rain are reduced— article addresses this aspect of rear- ventilated façades.

Logically, the system also has some disadvantages, such as: higher construction cost, risk of detachment of the cladding panels, fast vertical fire spread once the insulation catches fire and high fragility of the cover.

B. Watertightness

Due to the open joint system, rear-ventilated facades are not impermeable and the risk of moisture damage due to rainfall is high. Also by damage to the structure, water infiltration can degrade the performance of the insulation and affect the health of the people inside the building. A given element can be considered watertight as long as one of the following three factors is not present: a water source on the surface, an infiltration path and driving forces. In case of rear-ventilated façades, rain will be present as the water source and infiltration paths are present in the form of the open joints. Hence, in order to prevent water infiltration, the presence of the driving forces will have to be prevented. The driving forces are (Figure 1) [4]:

Gravity— If a façade has openings that slope inwards, water can enter through these slopes. Due to the presence of surface tension, water will not flow through openings with a diameter or width of less than 0.5 mm [5]. Gravity is also the most important factor in the creation of run-off films.

Capillarity— The phenomenon whereby water is sucked into small openings without or against the action of external forces, is called capillarity. The smaller the opening, the higher the capillary action.

It can be said that the influence is minimal from joints of 0.8 mm [6].

Surface tension— When the adhesion between water and the facade is high, the droplet will spread over a larger surface and more absorption can take place. In case of small openings, the adhesion can form in front of a water bridge, through which water will flow over the opening.

Kinetic energy— Raindrops will move horizontally and vertically under the influence of

gravity and wind. During precipitation, this diagonal trajectory can easily push raindrops through openings. To have water infiltration by kinetic energy, joints must be larger than 4 mm [5].

Pressure difference— This can be caused by wind, mechanical ventilation or the chimney effect.

If the pressure outside the façade, due to the presence of wind, is greater than the pressure inside the façade, the water will be pushed through the openings. Stagnation of water can also cause pressure differences in the form of hydrostatic pressure.

Air current— If the airstream carries water, this will result in water infiltration. Air currents through openings are created by a drop in air pressure.

Water films, created by run-off, become a dangerous phenomenon under the influence of the airflow.

Figure 1: Driving forces for water infiltration [4]

The holistic state of the art approach to rain control can be described by three-D’s: Deflection, Drainage/Storage/Exclusion, and Drying [7]. While a rear-ventilated façade cannot create deflection, it does provide drainage and drying. To be able to function as a successful drained wall system, the following requirements will have to be taken into account: a drainage plane, a drainage space, flashing at the base to direct water out and weep holes to allow water out of the drainage gap [8].

Drying can be provided by means of drainage, evaporation, vapour transport and ventilation [7].

C. Previous research PhD María Arce Recatalá [1]

Little qualitative research can be found on water infiltration of rear-ventilated facades..

Maria Arce Recatalá tested the influence of some parameters on water infiltration for her PhD thesis.

(8)

v These parameters were: (1) the air-barrier system

and related degree of pressure equalization, (2) the influence of the water spray rate, and (3) how the orientation of the open joints changes water infiltration rates.

The results of this doctoral study that appear to be relevant for our study are:

(1) The applied pressure differences in front of the cladding did not have an impact on the water infiltration rates due to the formation of pressure equalisation.

(2) The splash and bounce effect was significantly relevant for the water infiltration onto the exterior surface of the insulation.

(3) The impact of waterinfiltration due to wind- driven rain is significantly bigger than infiltration by runoff water.

(4) The degree of permeability of the inner leaf has no influence on the water infiltration rate.

III. OBJECTIVE AND SCOPE OF THE RESEARCH A. Objective of the experimental research

In concrete terms, the aim of this study was to formulate answers to the following questions by conducting experimental research:

“What is the impact of the joint width on water infiltration in ventilated façades?”

“What is the impact of the cavity depth on water infiltration in ventilated façades?”

“How is water infiltration impacted if a façade panel is installed out of the surface?”

B. Scope of the research

Ignored parameters— Orientation of the joints was not included, because María Arce Recatalá has already done research on this subject. Also the pressure difference will not be generated for the same reason. After consulting with the Etex Group, wooden joints were chosen at the location of the vertical joints. That is why only horizontal joints will be tested.

Water spray rate— In accordance with the European standard,s a uniform static water spray rate of 2 L/min was used.

Joint width— The joint width variated between 5, 10 and 15 mm. As 10 mm is average, we opted for 5 mm because it is larger than the 4 mm required to allow water infiltration under the impact of the kinetic energy. For the sake of comparability, it was decided to use 15 mm as the largest joint width.

Cavity depth— The maximum and minimum cavity depths was chosen from a practical point of view: 19 cm and 4 cm respectively. The transitions between cavity depths were determined on the basis of observations made during the execution. From 19 cm onwards, the joints were reduced via 16, 14, 12, 10, 8, 7, 6 and 5 cm to the smallest cavity width of 4 cm.

Maximum permitted water content on the inner cavity leaf— In ASHRAE Standard 160, a guide value of 1% can be found, this in relation to the total rainfall.

Used testing standard— The set-up and execution of the tests are based on NBN EN 1027.

IV. EXPERIMENTAL RESEARCH WATERTIGHTNESS

Each facade is built in a steel frame of 1070 x 2390 mm. The cladding panels were 8x300x300 mm where possible. The other facade panels were pre-cut to fit the frame. In order to be able to measure the collected water, 3 gutters were created.

Gutter A was located in front of the façade to catch all the water that ends up on the façade and 4.5 cm in front of the facade. Gutter B captured the water reaching the cavity, while gutter C moved with the inner cavity leaf and caught all the water ending up in the last 3 cm of the cavity.

Figure 2 shows a schematic representation of the test apparatus and experimental setup.

Figure 2: Schematic representation of the test apparatus and experimental setup

We built 5 set-ups. Set-up 1, 2 and 3 consisted of joint widths of 5, 10 and 15 mm respectively. In the 4^th set-up, a panel was placed 5 mm out of its surface while for the 5^th set-up this was 10 mm. A joint width of 10 mm has been used for these last two setups.

V. RESULTS

The results are displayed as a percentage of the total spray rate (2 l/min). The results for set-up 1, 2 and 3 can be found in Figure 3, Figure 4 and Figure 5.

(9)

vi Through these results, the influence of the cavity

width and joint width can be analysed. “U.C.”

stands for the “uncaptured water”.

Figure 3: Percentage flow rate in relation to the total spray flow rate of set-up 1

Figure 6 shows the results for construction faults in the sense of placing a panel out of the plane. As mentioned before, these are dislocations of 5 and 10 mm.

VI. CONCLUSION

A. What is the impact of the cavity depth on water infiltration in ventilated façades?

The constant values of the uncaptured water, the water in gutter A and the water that ends up behind the facade (gutter B+C) per set-up show that water infiltration is independent of the cavity width

(Figure 3 and Figure 5). However, set-up 2, with a joint width of 10 mm, will be an exception (Figure 4). Further tests are needed to explain this exception. These tests are not included in the scope of this study.

The amount of water reaching the back of the cavity however is affected by the cavity depth. The smaller the cavity, the more water reaches the inner cavity leaf as the path of the water droplets shortens. This water will originate from direct infiltration under the impulse of the kinetic energy or under the influence of splashing and bouncing on the joints.

With joints of 10 and 15 mm it will appear that from a cavity width of 6 cm there is a caving risk, based on ASHRAE Standard 160, that too much water will end up against the inner cavity leaf. At joints of 5 mm, the minimum cavity width of 4 cm will not pose a risk.

B. What is the impact of the joint width on water infiltration in ventilated façades?

Through joints, continuous water infiltration will occur through: (1) infiltration whereby the water will run off through the back of the façade panels;

(2) splashing and bouncing between the joints; (3) direct penetration by kinetic energy of the water droplets.

The infiltration will be constant at joints of 5 mm and 15. For 5 mm joints, less than 10% of the spray flow will infiltrate (Figure 3). At joints of 15 mm this will be ±32% (Figure 5). For joints of 10 mm this will be between 25 and 40% (Figure 4). The percentages will increase with the cavity depths. It can therefore be concluded that less water infiltrates at the small joints of 5 mm than at the larger joints of 10 and 15 mm.

From the results obtained with a cavity width of 4 cm, the water management can now be analysed just behind the façade. The water collected here in gutter B is the water that flows against the back of the facade and falls down within 5 mm behind it.

These results show that regardless of the joint width, more than half of the infiltrated water will run down just behind the facade. The larger the width of the joint, the more water from the infiltrated water that will run off just behind the facade.

C. How is water infiltration impacted if a façade panel is installed out of the surface?

An increase can be seen in the water infiltration as the panel is placed further away from the surface.

This increase is due to the increase in the size of the opening in the façade.

(10)

vii While the water that reaches gutter C is more or

less the same for set-up 2 and 4, it is noticeable that this is not the case for set-up 5. Significantly more water will end up in gutter C and this water will also end up further up in the cavity. This is due to more splashing and bouncing of the water on the joints because the panel is placed completely out of the surface. This shows that splashing and bouncing is very important for the water infiltration against the inner cavity wall.

REFERENCES

[1] M. A. Recatalá, Proposal for a new test methodology for assessing the performance of rear-ventilated façades against wind-driven rain (WDR) and driving rain wind pressures (DRWP)., Madrid: Universidad Politécnica de Madrid &

E.T.S. Arquitectura, 2017.

[2] European Comission, „Guideline for European Technical Approval of Kits for External Wall Claddings. Part I:

Ventilated ladding kits comprising cladding components and associated fixings. ETAG 034,” European Organization for Technical Approvals, Brussel, 2012.

[3] A. Sánchez-Ostiz, Fachadas: cerramientos de edificios, Spanje: Dossat, 2011.

[4] I. R. Killip en D. W. Cheetham, „The prevention of Rain Penetration through External Walls and Joints by Means of Pressure Equalization,” Building and Environment, Vol. 19, No. 2, pp. 81-84, 1984.

[5] O. Birkeland, „General report, Rain penetration,” in RILEM/CIB Symposium on Moisture Problems in Buildings, Helsinki, 1965.

[6] A. Mas, x. x, y. y, z. z, a. a en b. b, „Design and construction recommendations to improve impermeability in rainscreen walls built with natural stone coverings,” Construction and Building Materials, pp. 1753-1761, 2011.

[7] J. Straube, „Pressure Moderation and Rain Penetration Control,” University of Waterloo, Waterloo, 2001.

[8] J. Lstiburek, „Water-Managed Wall Systems,” The Journal of Light Construction, 2003.

Figure 6: Comparing the percentage flow rate in relation to the total spray flow rate of set-up 2, 4 and 5

(11)

viii

Inhoudsopgave

Inleiding ...1

Hoofdstuk 1: Literatuurstudie ...2

1 Geventileerde gevel ...2

1.1 Inleiding ... 2

1.2 Ontstaan ... 3

1.2.1 Spouwmuur ... 3

1.2.2 Regenscherm concept ... 4

1.2.3 Geventileerde gevel ... 4

1.3 Schoorsteeneffect ... 4

1.4 Samenstelling ... 5

1.4.1 De draagmuur ... 5

1.4.2 Thermische isolatie ... 6

1.4.3 Luchtspouw ... 6

1.4.4 Verankering van het regel-/raamwerk ... 6

1.4.5 Het regel-/raamwerk ... 7

1.4.6 Gevelelementen ... 7

1.4.7 Bevestiging gevelpanelen ... 9

1.5 Voordelen van de geventileerde gevel ... 11

1.5.1 Verminderen opwarming tijdens zomer ... 11

1.5.2 Verminderen afkoeling tijdens winter ... 12

1.5.3 Zekere onafhankelijkheid bij bewegingen ... 12

1.5.4 Reducering koudebruggen rondom het beschermd volume ... 12

1.5.5 Vermindering inwendige condensatieproblemen binnenin de muurconstructie... 12

1.5.6 Makkelijkere demontage en vervanging van de gevel ... 13

1.5.7 Makkelijker te sorteren bij demontage ... 13

1.5.8 Vochtproblemen door regen nemen af ... 13

1.6 Nadelen ... 13

1.6.1 Hogere constructiekost ... 13

1.6.2 Risico op loskomen gevelpanelen ... 13

(12)

ix

1.6.3 Snelle verticale vuurverspreiding eens isolatie vuur vat ... 13

1.6.4 Breekbaarheid van de bekleding ... 14

2 Waterdichtheid ...15

2.1 Inleiding ... 15

2.2 Slagregen ... 15

2.2.1 Inleiding ... 15

2.2.2 Karakteriseren slagregen ... 16

2.2.3 Wind ... 16

2.3 Run-off ... 17

2.4 Omstandigheden waterinfiltratie ... 17

2.4.1 Waterbron ... 17

2.4.2 Infiltratiepad ... 17

2.4.3 Drijvende krachten ... 17

2.5 Waterinfiltratie tegengaan ... 20

2.5.1 Reduceren blootstelling (Deflection)... 20

2.5.2 Concepten voor waterdichting ... 20

2.5.3 Drogen bouwschil ... 23

2.6 Drukegalisatie ... 23

2.7 Waterinfiltratie bij voegen... 24

3 Voorgaand onderzoek Maria Arce Recatalá ...26

3.1 Methode ... 26

3.2 Experimenteel werk ... 26

3.3 Resultaten ... 27

3.3.1 Vergelijking waterinfiltratie bij drukverschillen en invloed sproeidebieten ... 27

3.3.2 Oriëntatie van de open voegen ... 28

3.3.3 Analyse waterimpact ... 28

3.3.4 Relevante besluiten ... 29

Hoofdstuk 2: Afbakening onderzoek ...30

1 Doelstelling ...30

2 Afbakening van het onderzoek ...30

(13)

x

2.1 Te negeren parameters... 30

2.2 Sproeidebiet ... 31

2.3 Voegbreedtes ... 31

2.4 Spouwbreedtes ... 32

2.5 Toegelaten watergehalte op de waterdichte laag ... 32

Hoofdstuk 3: Experimenteel onderzoek ...33

1 Onderzoeksmethodologie ...33

1.1 Ontwerp testopstellingen ... 33

1.2 Materialen en realisatie ... 34

1.2.1 Houten draagstructuur ... 34

1.2.2 Moeren en draadstangen ... 36

1.2.3 Isolatiescherm ... 36

1.2.4 Verticale regels met EPDM-voegband ... 37

1.2.5 Gevelpanelen ... 37

1.2.6 Gootjes ... 38

2 Uitvoering ...40

2.1 Norm ... 40

2.2 Testapparatuur ... 40

2.2.1 Het spuitsysteem ... 41

2.2.2 Het water ... 42

2.2.3 Het proefexemplaar ... 42

2.2.4 Meetapparatuur ... 43

2.3 Testprocedure ... 44

3 Rekenkundig voorbeeld ...46

3.1 Meetwaarden ... 46

3.1.1 Interpolatie van de beginwaarden ... 47

3.2 Bepalen van de gemiddelde debieten ... 48

3.3 Standaardafwijking ... 50

3.3.1 Algemene opmerking ... 51

4 Onderzoeksresultaten ...52

(14)

xi

4.1 Totale som gemiddelde debieten ... 52

4.1.1 Betrouwbaarheid... 52

4.1.2 Afspatting ... 53

4.2 Procentuele debieten bij variabele voegen spouwbreedte ... 56

4.2.1 Opstelling 1 – voeg 5 mm ... 56

4.2.4 Onderlinge vergelijking ... 67

4.3 Reële debieten bij variabele voegen spouwbreedte ... 71

4.3.1 Goot A ... 71

4.3.2 Goot B en C ... 72

4.3.3 Goot B ... 73

4.3.4 Goot C ... 74

4.4 Invloed gevelpaneel uit vlak bij variabele spouwbreedte en voegen van 1 cm ... 75

4.4.1 Opstelling 4 ... 75

4.4.2 Opstelling 5 ... 79

4.4.3 Onderlinge vergelijking ... 82

Hoofdstuk 4: Algemene conclusie ...86

1 De invloed van de voegbreedte ...86

2 Invloed van de spouwbreedte ...87

3 Invloed van een uit het vlak geplaatst gevelpaneel ...87

Bibliografie ...89

Bijlagen ...92

(15)

xii

Lijst met figuren

Figuur 1: Geventileerde gevel (l) (Soprema Group, 2019) ... 2

Figuur 2: Architecturale voordelen v.d. geventileerde gevel (r) (Johnson, 2015) ... 2

Figuur 3: Schematische voorstelling spouwmuur (Steeman, 2014) ... 3

Figuur 4: Schema schoorsteeneffect in woningen (Foster, 2016) ... 4

Figuur 5: Schematische detaillering geventileerde gevel (Alucobond, 2019) ... 5

Figuur 6: HPL gevelpanelen met zichtbare bevestiging van de gevelpanelen (Smet en zonen, 2019) ... 8

Figuur 7: Keramische gevelpanelen (NederlandseBouwDocumentatie, 2013) ... 8

Figuur 8: Minerale wolpanelen (Rockpanel, 2012) ... 9

Figuur 9: Voorbeeld directe bevestiging met gemonteerd deuvel mechanisme (l) (Recatalá M. A., 2017) ... 10

Figuur 10: Voorbeeld directe bevestiging met gemonteerd flens mechanisme (r) (Recatalá M. A., 2017) ... 10

Figuur 11: Voorbeeld directe bevestiging met mechanisch verankerd deuvel mechanisme (Recatalá M. A., 2017) ... 11

Figuur 12: Onzichtbaar bevestigde gevelpanelen uit vezelcement (Eternit, 2019) ... 11

Figuur 13: Schoorsteeneffect (Recatalá M. A., 2017) ... 12

Figuur 14: Brandbarrière bij geventileerde gevels ... 14

Figuur 15: Illustratie slagregen (Recatalá M. A., 2017) ... 16

Figuur 16: Drijvende krachten voor waterinfiltratie (Killip & Cheetham, 1984) ... 19

Figuur 17: Invloed oversteken en hellende daken op regeninslag (Straube, 2001) ... 20

Figuur 18: Schematische voorstelling waterdichtingsconcepten (Straube, 2001) ... 21

Figuur 19: Basiscomponenten van een PER (Straube, 2001) ... 24

Figuur 20: Reactie geventileerde gevel op regeninslag (Recatalá M. A., 2017) ... 25

Figuur 21: Debiet waterinfiltratie in de spouw in functie van het sproeidebiet, de luchtdichtheid en het drukverschil (Recatalá M. A., 2017) ... 27

Figuur 22: Schematisch overzicht waterbeheer geventileerde gevel tijdens testen van Recatalá (2017) ... 28

Figuur 23: Doorsnede (links), vooraanzicht (midden) en achteraanzicht (rechts) testopstelling 2 ... 33

Figuur 24: Houten kader (l) ... 35

Figuur 25: Horizontale latten (r)... 35

(16)

xiii

Figuur 26: Verzinkte hoekankers ... 35

Figuur 27: Plaatsing plexiglas ... 36

Figuur 28: EPDM voegbanden ... 37

Figuur 29: Boren gaten gevelpaneel (l) ... 38

Figuur 30: Positioneren boorgaten (r) ... 38

Figuur 31: Bevestigingsmethode gevelpanelen ... 38

Figuur 32: Vooraanzicht goot A en B (l) ... 39

Figuur 33: Zijaanzicht goot A en B (r) ... 39

Figuur 34: Testopstelling schematisch ... 40

Figuur 35: Schematische voorstelling zijaanzicht NBN_EN 1027:2000 (Belgisch instituut voor normalisatie, 2000) ... 41

Figuur 36: Schematische voorstelling bovenaanzicht NBN_EN 1027:2000 (Belgisch instituut voor normalisatie, 2000) ... 42

Figuur 37: Schematische voorstelling compartimentering van de goten... 43

Figuur 38: Opvanggoten en weegschalen ... 44

Figuur 39: Vooraanzicht testopstelling (l) ... 45

Figuur 40: Proefopstelling met afdichting (r) ... 45

Figuur 41: Meetwaarden test 2.6.1 ... 46

Figuur 42: Meetwaarden test 2.6.2 ... 46

Figuur 43: Beginwaarden test 2.6.2 ... 47

Figuur 44: Grafiek meting 2.6.1 ... 49

Figuur 45: Grafiek meting 2.6.2 ... 49

Figuur 46: Totale som gemiddelde debieten ... 52

Figuur 47: Plastiek folie om waterdichtheid van de randen te garanderen ... 54

Figuur 48: Waterovergang tussen tegels bij opstelling 1 ... 54

Figuur 51: Procentuele verdeling opgevangen water opstelling 1 ... 57

Figuur 52: Procentuele verdeling totaal sproeidebiet opstelling 1 ... 57

Figuur 53: Waterbeheer gevelpanelen bij opstelling 1 (l) ... 59

Figuur 54: Bevochtiging plexiglas bij opstelling 1 (r) ... 59

(17)

xiv

Figuur 55: Situering goot bij spouwbreedtes ≤ 7 cm... 59

Figuur 58: Gestagneerd water op de voegen ... 62

Figuur 59: Waterstroom achteraan de gevel opstelling 2 ... 63

Figuur 62: Afspatting naar goot C (l) ... 66

Figuur 63: Waarneming opstelling 3 bij grote spouwbreedte (r) ... 66

Figuur 64: Waarneming opstelling 3 bij kleine spouwbreedte ... 66

Figuur 65: Gemiddelde debieten goot A ... 71

Figuur 66: Waterbeheer buitenkant van de gevel bij voegen van 10 mm (opstelling 2) (l) ... 72

Figuur 67: Waterbeheer buitenkant van de gevel bij voegen van 15 mm (opstelling 3) (r) ... 72

Figuur 68: Gemiddelde debieten goot B en C ... 73

Figuur 69: Gemiddeld debiet goot B ... 74

Figuur 70: Gemiddeld debiet goot C ... 75

Figuur 71: Procentuele debieten totaal sproeidebiet opstelling 4 ... 76

Figuur 72: Gevelpaneel uit vlak (l) ... 76

Figuur 73: Opstelling 4 (r) ... 76

Figuur 74: Waterbeheer opstelling 4 bij spouwbreedtes van 8 en 12 cm ... 77

Figuur 75: Procentuele debieten totaal sproeidebiet opstelling 5 ... 79

Figuur 76: Waterbeheer opstelling 5 ... 81

Figuur 77: Vergelijking procentuele debieten opstelling 2,4 en 5 ... 82

Figuur 78: Gemiddelde debieten goot C bij dislocatie gevelpaneel ... 84

Figuur 79: Gemiddelde debieten goot B bij dislocatie gevelpaneel ... 85

(18)

xv

Lijst met tabellen

Tabel 1: Overzicht type opstellingen ... 34

Tabel 2: Meetwaarden test 2.6.2... 48

Tabel 3: Gemiddelde debieten test 2.6.1 en 2.6.2 in ml/s... 50

Tabel 4: Gemiddelde debieten opstelling 2.6 in ml/s ... 50

Tabel 5: Gemiddelde debieten met foutenmarges test 2.6 in ml/s ... 51

Tabel 6: Gemiddeld debiet goot C voor test 2.16 in ml/s ... 51

Tabel 7: Procent totaal opgevangen water t.o.v. de procentuele waarde van de open voegen ... 53

Tabel 8: Samenvattende tabel procentuele hoeveelheid van het totaal sproeidebiet ... 68

(19)

1

Inleiding

In deze thesis zal onderzoek gedaan worden naar wat de invloed is van de voegbreedte en spouwbreedte op de waterinfiltratie van een geventileerde gevel. Er zal ook onderzocht worden wat de gevolgen zullen zijn op de waterinfiltratie wanneer een gevelpaneel uit het vlak wordt geplaatst, wat door foutieve plaatsing in de praktijk kan optreden. Deze parameters vormen allemaal een belangrijke factor om een goede werking van een geventileerde gevel te kunnen garanderen. Toch moet een limiet kunnen gezet worden op toleranties en op de voegen spouwbreedtes om nadelige gevolgen door waterinfiltratie op de geventileerde gevel te kunnen vermijden. Daarom is het essentieel om onderzoek uit te voeren naar hoe het water zich zal gedragen onder deze verschillende omstandigheden.

In het eerstvolgende hoofdstuk zal het vooronderzoek dat nodig is om dit onderwerp te kunnen analyseren, uitvoerig besproken worden aan de hand van een concrete literatuurstudie. Hierin zullen onder andere de functies en voor- en nadelen van een geventileerde gevel aan bod komen en zal de focus gelegd worden op waterdichtheid en welke zaken hierop invloed hebben. Vervolgens volgt een beknopte samenvatting van de conclusies die werden getrokken uit het doctoraatsonderzoek van Maria Arce Recatalá. Deze thesis zal hierop verder bouwen.

Hierna zal in het tweede hoofdstuk de doelstelling van deze masterproef besproken worden. In deze doelstelling zullen 3 onderzoeksvragen geformuleerd worden. In ditzelfde hoofdstuk zal het uiteindelijke onderzoek dat gevoerd zal worden, afgebakend worden.

Vervolgens volgt het derde hoofdstuk waarin zal uitgelegd worden hoe de testopstellingen werden gerealiseerd en welke testprocedures werden gevolgd. Hierna volgt een uitgebreide bespreking van de bekomen onderzoeksresultaten. Via deze besprekingen zullen de bekomen waarden geanalyseerd, verklaard en vergeleken worden.

Tot slot zullen algemene conclusies worden bekomen die een samenvatting zullen geven van de mogelijke besluiten die kunnen getrokken worden uit Hoofdstuk 3. Dit hoofdstuk zal een antwoord proberen bieden op alle onderzoeksvragen die in deze thesis worden gesteld.

(20)

2

Hoofdstuk 1: Literatuurstudie

1 Geventileerde gevel 1.1 Inleiding

Het concept van geventileerde gevels is gegroeid uit een combinatie van spouwmuren en muren met regenschermen. De geventileerde gevel (Figuur 1) is samengesteld uit een binnen- en buitenspouwblad en is volledig geventileerd door de aanwezigheid van open voegen in de gevel en de spouw. Door deze samenstelling ontstaat drukegalisatie in de spouw (zie Hoofdstuk 1, paragraaf 2.6). Om de open voegen te realiseren, bestaat de geventileerde gevel, in tegenstelling tot traditionele muursamenstellingen, uit afzonderlijke elementen. Aan de hand van een open schrijnwerksysteem worden deze elementen met elkaar verbonden. De gevelelementen worden bevestigd aan een regelwerk dat op zijn beurt mechanisch verankerd wordt aan de draagstructuur van de constructie. Het regelwerk bestaat uit hout of metaal.

Tegen het binnenspouwblad wordt een isolatieschil voorzien. De gevelelementen worden gescheiden van de binnenste bouwschil en deze kunnen als losstaand van elkaar beschouwd worden. De geventileerde gevel is terug te vinden in tal van vormen, maten en kleuren. De panelen kunnen bestaan uit materialen zoals vezelcement, hout, PVC, leien,… De variëteit in architecturale mogelijkheden brengt esthetische voordelen met zich mee en maakt van de geventileerde gevel een hedendaags constructie-element (Figuur 2). Behalve esthetische pluspunten zijn technische pluspunten ook sterk aanwezig.

Figuur 1: Geventileerde gevel (l) (Soprema Group, 2019)

Figuur 2: Architecturale voordelen v.d. geventileerde gevel (r) (Johnson, 2015)

(21)

3

1.2 Ontstaan

1.2.1 Spouwmuur

De spouwmuur is ontstaan ter vervanging van de massieve muur in streken met veel slagregen. Voor de term slagregen wordt verwezen naar paragraaf 2.2 van dit hoofdstuk. Door het ontdubbelen van de massieve muur komt water in de spouw terecht en wordt regendoorslag uitgesloten. Het binnenspouwblad heeft een dragende functie, terwijl het buitenspouwblad een regenwerende functie vervult. Initieel functioneerde de luchtspouw als thermische isolatie. Uiteindelijk werd isolatie geïntroduceerd om het thermisch comfort te verhogen en schimmelproblemen te beperken. Water dat doorheen het buitenspouwblad dringt zal via zwaartekracht naar de trapsgewijs geplaatste waterkering sijpelen. Via open stootvoegen wordt het water van daaruit naar buiten gedraineerd. Vaak zullen ook openingen bovenaan in de gevel worden voorzien om luchtcirculatie in de spouw mogelijk te maken.

De aanwezigheid van luchtcirculatie maakt het mogelijk dat vocht kan verdampen. (Steeman, 2014) Figuur 3 geeft de schematische voorstelling van een spouwmuur weer. Van buiten naar binnen:

1) Gevel uit metselwerk 2) Luchtspouw

3) Thermische isolatie 4) Waterkering voor drainage 5) Stootvoeg voor drainage 6) Dragende muur

7) Binnenbepleistering

Figuur 3: Schematische voorstelling spouwmuur (Steeman, 2014)

(22)

4 1.2.2 Regenscherm concept

De constructiemoeilijkheden die het buitenspouwblad met zich meebrengt en het waterpad dat ontstaat door mortel of vuil vallend in de spouw, heeft de ontwikkeling van regenschermen in de hand gewerkt (Avellanda, 2013). Een eerste verdedigingslinie tegen regen zal voorzien worden in de vorm van een regenscherm. Aan de muur van een constructie zal een extra laag bevestigd worden aan de buitenkant die regen grotendeels tegenhoudt. Bij moderne regenschermen wordt een onderscheid gemaakt tussen de regenschermen die volledig op drainage berusten door de voegen zorgvuldig af te sluiten en regenschermen die gebruik maken van drukegalisatie. Bij drukegalisatie worden de voegen genoeg afgesloten om water tegen te houden maar lucht door te laten. (Recatalá M. A., 2017)

1.2.3 Geventileerde gevel

Zoals reeds in de inleiding vermeld, is de geventileerde gevel uiteindelijk ontstaan uit een combinatie van het regenscherm concept en de spouwmuur (Recatalá M. A., 2017). Het buitenspouwblad van de spouwmuur wordt hier vervangen door een regenscherm met open voegen. Ten opzichte van de spouwmuur laat dit systeem een veel betere ventilatie en drukegalisatie van de spouw toe. Deze ventilatie is enerzijds essentieel om damp die in de spouw terecht komt naar buiten te begeleiden met behulp van het schoorsteeneffect (zie volgende paragraaf). Damp kan in de spouw terecht komen wanneer een vochtige façade opwarmt of door dampdiffusie vanuit de binnen omgeving. Anderzijds is de ventilatie belangrijk om het regenwater dat toch in de spouw terecht komt sneller te verdampen.

1.3 Schoorsteeneffect

Het schoorsteeneffect is een natuurlijk fenomeen dat ontstaat in gebouwen (Figuur 4). Het schoorsteeneffect in huizen is het sterkst wanneer de binnenomgeving opgewarmd wordt en het temperatuurverschil met de buitenomgeving groot is. Lucht binnenin de woning wordt opgewarmd en wordt ijler waardoor deze zal opstijgen. De warme lucht die zich verzamelt bovenaan de woning probeert te ontsnappen. Op deze manier ontstaat onderdruk beneden. Deze onderdruk zal op zijn beurt de koude lucht van buiten naar binnen zuigen.

Figuur 4: Schema schoorsteeneffect in woningen (Foster, 2016)

(23)

5 Het is belangrijk om dit fenomeen eerst te bespreken aangezien bij geventileerde gevels ook sprake is van het schoorsteeneffect (Figuur 13). Een geventileerde gevel kan een verschil in temperatuur ondervinden tussen de buitenomgeving en de spouw. Onder invloed van de zonnestraling kan de gevel opwarmen, waardoor de lucht in de spouw ook zal opwarmen. Hierdoor wordt deze lucht ijler. Warmere lucht stijgt op en zal de spouw bovenaan verlaten. Dit creëert een onderdruk in de gevel, waardoor koude lucht onderaan de spouw zal worden aangetrokken. Dit fenomeen zal uiteindelijk zorgen voor het ontstaan van luchtcirculatie binnenin de spouw.

1.4 Samenstelling

In onderstaande paragraaf wordt ieder onderdeel van de geventileerde gevel besproken. De volgorde waarin de elementen besproken worden zal van de binnenomgeving naar de buitenomgeving gebeuren.

Vooraleer dieper in te gaan op de samenstelling van een geventileerde gevel, zal aan de hand van Figuur 5 de benoeming der onderdelen verduidelijkt worden.

Onderstaande elementen zijn terug te vinden in een geventileerde gevel:

1) Luchtcirculatie gecreëerd door het schoorsteeneffect

2) Verankering van het regel-/raamwerk 3) Het regel-/raamwerk of substructuur 4) Gevelelement

5) Bevestiging gevelpaneel 6) Draagmuur

7) Thermische isolatie 1.4.1 De draagmuur

De draagmuur is meestal de binnenmuur van de constructie. Deze kan bestaan uit metselwerk, betonmuur, houtskelet of metaalskelet (European Comission, 2012). De stabiliteit van de geventileerde gevel wordt voorzien door de draagmuur. Zo moet de muur in staat zijn om de structuur te dragen (statische stabiliteit) en ook tegen dynamisch inwerkende krachten zal de draagmuur weerstand moeten bieden. Verder draagt deze muur nog de binnenafwerking, voorziet ze de luchtdichtheid van de binnenruimtes en biedt ze de nodige weerstand tegen akoestiek en dampdiffusie (European Comission, 2012). Afhankelijk van het constructieontwerp zal deze muur bijdragen tot de draagstructuur van de volledige constructie of enkel zelfdragend zijn. De louter zelfdragende muren zijn constant in ontwikkeling aangezien steeds lichtere oplossingen gezocht worden. Meestal gaat het hierbij om hout- of metaalskeletten die mechanisch bevestigd worden aan de dragende structuur.

Figuur 5: Schematische detaillering geventileerde gevel (Alucobond, 2019)

(24)

6 1.4.2 Thermische isolatie

Om een ideale werking te bekomen moet de isolatie een volledige thermische schil vormen rondom het beschermd volume. Zo worden koudebruggen vermeden waardoor het comfort verhoogd wordt en de kans op schadeverschijnselen verlaagd wordt. Een volledige thermische schil verhoogt de energie- efficiëntie aangezien de totale thermische weerstand van het gebouw verhoogt. Essentieel bij het uitvoeren van de thermische isolatie is de juiste materiaalkeuze en dikte. Volgende materialen kunnen bij geventileerde gevels aan de draagmuur bevestigd worden (European Comission, 2012):

• Geëxpandeerd Polystyreen (EPS)

• Geëxtrudeerd Polystyreen (XPS)

• Polyurethaan (PUR)

• Fenolformaldehydeschuim (FF of PF)

• Minerale wol

De gekozen thermische isolatie hangt af van het klimaat, de vereisten volgens standaardisering en de nodige thermische weerstand. De isolatiematerialen zijn in verscheidene vormen beschikbaar zoals halfstijve en stijve platen, rollen of rechtstreeks op de draagmuur gespoten. Isolatie in de spouw mag niet hygroscopisch zijn aangezien de waterdamp niet mag aangetrokken worden, moet rot- en waterbestendig zijn en goede eigenschappen hebben bij brand. Om deze eigenschappen te bekomen worden aan de materialen soms extra folies of bewerkingen toegevoegd. (Recatalá M. A., 2017) 1.4.3 Luchtspouw

Bij geventileerde gevels bevindt de luchtspouw zich tussen de thermische isolatie en de gevelelementen.

Voor de werking van geventileerde gevels is de luchtspouw elementair. Eén van zijn hoofddoelen is het voorkomen van directe zon en/of regen op de binnenste muur. De luchtspouw laat ook dampdiffusie toe van binnen naar buiten. Daarenboven zal de luchtcirculatie in de spouw zorgen voor snellere verdamping van al het vocht dat zich in de spouw genesteld heeft. Op warme dagen zal koudere lucht in de spouw gezogen worden wat voor afkoeling zorgt, terwijl op koudere dagen de spouw warmer zal zijn dan de buitenzijde wat voor een vermindering van de afkoeling zorgt (Sánchez-Ostiz, 2011).

Bij het ontwerp van de geventileerde gevel moet steeds rekening gehouden worden met genoeg open voegen om de ventilatie van de gevel te kunnen garanderen. De spouwbreedte dient gekozen te worden rekening houdend met het klimaat, de oriëntatie, het type en de kleur van de gevelelementen.

1.4.4 Verankering van het regel-/raamwerk

Indien een raamwerk gebuikt wordt voor de bevestiging van de gevelpanelen zal deze voorzien moeten worden van een bevestigingssysteem tegen de draagmuur. In de meeste gevallen zijn dit hoekijzers die mechanisch bevestigd worden in de draagmuur. De hoekijzers moeten alle belastingen definitief overbrengen naar de draagmuur. Op basis van de berekende mechanische weerstand die de hoekijzers moeten bieden en op basis van de opbouw van de gevelelementen zullen de hoekijzers gepositioneerd worden op de draagmuur. De ankers zijn onder te verdelen in ankers die enkel horizontale krachten

(25)

7 tegenhouden en ankers die draagkrachtig zijn. Een combinatie van beide ankers zal steeds gebruikt worden om een optimale werking te garanderen. (Recatalá, Morales, & van den Bossche, 2017) Het dient gezegd dat deze ankers een grote bezorgdheid vormen op vlak van thermische isolatie. De ankers penetreren de isolatieschil en door hun hoge thermische geleidbaarheid zullen koudebruggen ontstaan.

1.4.5 Het regel-/raamwerk

Het raamwerk is een structuur samengesteld uit horizontale en/of verticale regels bestaande uit hout of metaal. Het bevindt zich tussen het binnenspouwblad en de gevelelementen (European Comission, 2012). Het raamwerk zorgt ervoor dat de façade losstaat van de draagmuur en maakt de aanwezigheid van een luchtspouw mogelijk. De gevelelementen worden met het nodige bevestigingssysteem aan het raamwerk bevestigd. Het raamwerk zal uiteindelijk de belasting van en inwerkend op de gevelelementen overdragen naar de draagmuur. Indien metaal gebruikt wordt moet het materiaal steeds bestand zijn tegen corrosie. (Recatalá M. A., 2017)

De uitvoering van het regel- of raamwerk is zeer uiteenlopend. Ze is afhankelijk van het gewicht van de gevelelementen, de vorm van het gebouw, architecturale keuzes, voegen, materie van het gevelelement e.d. In sommige situaties, wanneer de draagmuur sterk genoeg is, worden de gevelelementen rechtstreeks aan de muur bevestigd met verankeringen die het regelwerk achterwege laten. Toch zal het raamwerk efficiënter blijken door de snellere uitvoering en de geïndustrialiseerde productie van het materiaal.

In het merendeel van de casussen zal de substructuur bestaan uit verticale regels of profielen waaraan de gevelelementen direct bevestigd worden. De afmetingen en hart-op-hart afstand tussen de regels hangt af van de draagkracht van het systeem, het gewicht, de positionering en de afmetingen van de gevelelementen. Andere mogelijkheden zijn horizontale regels of profielen en een raamwerk van zowel horizontale als verticale profielen.

1.4.6 Gevelelementen

De buitenste laag van de geventileerde gevel zal het beeld van de constructie vormen en heeft dus esthetische belangen. Op de hedendaagse markt is een zeer breed gamma aan gevelelementen terug te vinden. De gevelelementen zijn terug te vinden in alle vormen (vlakke gevelplaten, golvende gevelplaten, gevelpanelen met blokprofiel, met een trapeziumprofiel, met puntprofiel, met ribben…).

Het ruime aanbod aan materialen maakt het mogelijk om zeer uiteenlopende resultaten te bekomen.

(Buldit, 2019)

Hieronder een overzicht van de populairste materialen :

• Vezelcement gevelpanelen: Een mengsel van zand, cement, organische vezels en minerale additieven dat onder hoge druk in platen geperst wordt. (Figuur 12)

• Volkern of High Pressure Laminate (HPL) planelen: Gelamineerde houtvezelplaten die geperst worden onder hoge druk. Het persen onder hoge drug en hoge temperaturen bezorgt deze gevelplaten een harde kern en hoge dichtheid. (Figuur 6)

(26)

8

• Composiet gevelpanelen: Een mix van hout en PVC combineert de eigenschappen van beide materialen.

• Keramische gevelpanelen: Panelen uit klei, vormvast en duurzaam door het bakproces. Deze platen hebben dezelfde materiaaleigenschappen als bakstenen. (Figuur 7)

• Metalen gevelpanelen: Bestaan uit staal of aluminium, zijn licht van gewicht en hebben veel afwerkingsmogelijkheden. De aluminium panelen worden voorzien van een coating om tegen de weersomstandigheden bestand te zijn.

• PVC panelen: Hardschuim PVC voorzien van een toplaag die in verschillende kleuren en structuren kan afgewerkt worden.

• Minerale wolplanelen: Een flexibele en duurzame plaat uit minerale vezels en thermohardende harsen onder hoge druk samengeperst. (Figuur 8)

• Overige mogelijkheden: houtpanelen, betonpanelen, etc.

Figuur 6: HPL gevelpanelen met zichtbare bevestiging van de gevelpanelen (Smet en zonen, 2019)

Figuur 7: Keramische gevelpanelen (NederlandseBouwDocumentatie, 2013)

(27)

9

Figuur 8: Minerale wolpanelen (Rockpanel, 2012)

Behalve hun esthetische doelen moeten de gevelelementen ook aan technische eisen voldoen. Ze sluiten de luchtspouw af en beschermen de thermische isolatie tegen weersinvloeden. De open voegen tussen de panelen zijn noodzakelijk om de spouw te ventileren en drukmoderatie mogelijk te maken. Voor de bevestiging van de gevelpanelen aan het raamwerk bestaan verscheidene bevestigingssystemen.

Voor een goede ventilatie van de spouw te bekomen moeten de voegen spouwbreedte zorgvuldig gekozen worden. Kleinere spouw- en grotere voegbreedtes zullen een betere en snellere ventilatie met zich meebrengen. Vervormingen en verplaatsingen van de gevelelementen door vocht, temperatuur, methode der verankering… moeten zeker in rekening gebracht worden bij het bepalen van de voegbreedte. Om deze vervormingen te kunnen opvangen zal ook het vermijden van stijve bevestiging van belang zijn. (Recatalá M. A., 2017)

1.4.7 Bevestiging gevelpanelen

Een grote variëteit aan bevestigingssystemen maakt het mogelijk om gevelpanelen direct aan de draagmuur te bevestigen of aan de substructuur. Het hoofddoel van de bevestigingssystemen is het in plaats houden van de panelen. Daarom moeten de bevestigingen zodanig ontworpen worden dat krimpen en uitzetten van de panelen door invloed van temperatuur en vochtigheid mogelijk is terwijl de spanningen in de bevestigingspunten zich moeten kunnen settelen. Het gewicht van de gevelpanelen, de windbelastingen e.d. moeten overgebracht worden naar het raamwerk of de draagmuur. Tenslotte moet de aandacht gevestigd worden op het vermijden van een druiprand aan het binnenspouwblad.

Over het algemeen wordt het bevestigingssysteem gekozen aan de hand van het materiaal en uitzicht.

Zie hieronder hoe de brede waaier aan bevestigingssystemen volgens Recatalá (2017) onderverdeeld kan worden:

• Directe bevestiging aan de draagmuur: Om deze situatie mogelijk te maken moet de draagmuur draagkrachtig genoeg zijn. Het gaat hierbij automatisch om puntbevestigingen typisch gebruikt bij stenen gevels. (Figuur 9, Figuur 10 en Figuur 11)

a. Bevestiging met het gevelelement

• Deuvel mechanisme: Hierbij worden gaten van minimum 8 mm voorzien in de gevels. Deze methode zal altijd verborgen zijn.

(28)

10

• Flens mechanisme: Hierbij zal de flens zichtbaar zijn tenzij een gleuf voorzien wordt in de panelen.

b. Bevestiging aan de draagmuur

• Gemonteerd anker: In de draagmuur worden gaten gemaakt waarin de ankers zullen bevestigd worden m.b.v. mortel bij metselwerk en epoxyhars bij betonnen muren.

• Mechanisch bevestigd anker: Deze bestaan uit verscheidene, meestal L-vormige, metalen onderdelen. De mechanische bevestiging heeft het voordeel sneller te zijn aangezien deze meteen draagkrachtig is na bevestiging.

• Bevestiging aan het regel-/raamwerk: In plaats van direct bevestigd te worden aan de draagmuur zullen de bevestigingssystemen hier eerst vastgemaakt worden aan verticale of horizontale profielen van het raamwerk.

a. Bevestigingsmanier

• Mechanisch: De panelen kunnen hangend, dragend of rechtstreeks aan het raamwerk bevestigd worden. Het nadeel van deze methode is de kans op interne spanningen die tot vroegtijdig falen kunnen leiden.

• Kleefstof: Door de betere verdeling van de spanningen is deze methode sterker gebleken wanneer het aankomt op falen door cyclische belasting en moeheid. Echter is de uitvoering zeer specifiek en niet altijd even evident.

• Combinatie: Door kleefstof en mechanische bevestiging te combineren worden de voordelen van beide methoden gecombineerd.

b. Zichtbaar/Onzichtbaar (Figuur 6 geeft een voorbeeld van zichtbare bevestiging, terwijl Figuur 12 een voorbeeld geeft van onzichtbaar bevestigde gevelpalen)

c. Ondersteuning gevelpanelen

• Lineair: Hierbij wordt het volledige gewicht van de panelen verdeeld over een horizontale ondersteuning.

• Puntbevestigingen: De verankering van deze systemen worden zowel aan horizontale als verticale profielen bevestigd en voorzien een ondersteuning op vier punten.

Figuur 9: Voorbeeld directe bevestiging met gemonteerd deuvel mechanisme (l) (Recatalá M. A., 2017) Figuur 10: Voorbeeld directe bevestiging met gemonteerd flens mechanisme (r) (Recatalá M. A., 2017)

(29)

11

Figuur 11: Voorbeeld directe bevestiging met mechanisch verankerd deuvel mechanisme (Recatalá M. A., 2017)

Figuur 12: Onzichtbaar bevestigde gevelpanelen uit vezelcement (Eternit, 2019)

1.5 Voordelen van de geventileerde gevel

Het is reeds duidelijk gebleken dat de geventileerde gevel over meerdere technische voordelen beschikt ten opzichte van de traditionele muren. Traditionele muren bestaan in verscheidene vormen, nl. muren zonder ventilatie, muren met openingen onderaan (voornamelijk voor drainage) en muren met openingen onderaan en bovenaan. De voorziene openingen bij deze muren creëren de mogelijkheid tot luchtcirculatie in de achterliggende spouw.

1.5.1 Verminderen opwarming tijdens zomer

Tijdens de zomer zal de opwarming van de binnenste gebouwschil beperkt worden op twee niveaus.

Ten eerste heeft de gevel een zonwerende werking, waardoor de binnenkant zich steeds in schaduw bevindt. Zo wordt een warmteschild gecreëerd door rechtstreekse opwarming door zonnewarmte te vermijden. Ten tweede zal het schoorsteeneffect (Figuur 13 en paragraaf 1.3, Hoofdstuk 1) zorgen voor luchtcirculatie binnenin de spouw. Het verdrijven van de warme lucht in de spouw en de aanwezigheid van thermische isolatie zorgen voor een lagere energievraag binnenin de woning. (Recatalá M. A., 2017)

(30)

12

Figuur 13: Schoorsteeneffect (Recatalá M. A., 2017)

1.5.2 Verminderen afkoeling tijdens winter

Doorheen de wintermaanden zal een omgekeerd effect plaatsvinden, namelijk minder warmteverlies.

Door beperkte zonnewarmte zal de lucht niet stromen in de spouw. Dit zorgt voor warmteaccumulatie in de spouw en de gevel. Deze warmteaccumulatie rondom de omsloten ruimte zal als extra factor functioneren om de thermische weerstand van de constructie te verhogen.

1.5.3 Zekere onafhankelijkheid bij bewegingen

Door de structurele scheiding van de gevel met dragende muren wordt het risico op schade, ontstaan door bewegingen, verlaagd. Inwerkende krachten van buitenaf kunnen opgevangen worden door vervormingen van de buitenste schil. Ook verzakkingen, uitzettingsverschijnselen en dergelijke zullen door de flexibele bevestiging tussen de gevel en dragende muur opgevangen worden (Sánchez-Ostiz, 2011).

1.5.4 Reducering koudebruggen rondom het beschermd volume

Constructies met geventileerde gevels maken het mogelijk om het volledige beschermd volume te omsluiten met isolatie. Zo ontstaan in het gebouw minder koudebruggen, wat condensatieproblemen tegengaat. Echter moet de verankering van de gevel aan de draagstructuur steeds zorgvuldig worden uitgevoerd om koudebruggen te voorkomen.

1.5.5 Vermindering inwendige condensatieproblemen binnenin de muurconstructie

Damp zal zich steeds doorheen de verschillende lagen van muren begeven. Vaak zal deze damp condenseren op koude oppervlakken en dit kan schadeverschijnselen met zich meebrengen. Door de constante luchtstroom die plaats vindt in de spouw zal vocht dat hier terecht komt direct terug naar buiten geleid worden. Ook het kleinere temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenzijde van de binnenste muur vermindert het ontstaan van condensatie. (Recatalá M. A., 2017)