Ekologiczne rozwiązania fasadowe

Zoom na ekologiczne rozwiązania fasadowe

Zauważyłam, że wielcy projektanci zwracają uwagę na istotę architektury zrównoważonej, aktywnej energetycznie oraz na ilość konsumowanej przez budynki energii. Również dbanie o uzyskanie komfortu w budynkach jak najmniejszym kosztem ekonomicznym i środowiskowym jest nierzadko popularyzowane przez wybranych architektów. Na przykład Austriak Dietmar Eberle w swojej przełomowej koncepcji be2226 opracował technologię umożliwiającą redukcję zapotrzebowania budynków na instalacje HVAC. Poprzez optymalizację bryły budynku, odpowiednią konfigurację proporcji, masy, izolacyjności, przeszkleń i ścian pełnych oraz zastosowanie odpowiedniego systemu reagującego na warunki klimatyczne panujące wewnątrz i na zewnątrz obiektu uzyskano stabilny mikroklimat panujący wewnątrz budynków bez użycia konwencjonalnej instalacji ogrzewania i chłodzenia. Dzięki temu projektowane budynki są w stanie zminimalizować ilość zapotrzebowania na energię w fazie użytkowania nawet o ponad 50% względem budynków referencyjnych.

Architektura to sztuka wyboru

Należy zauważyć, że wybrane rozwiązania fasadowe, wpływają zarówno na wygląd zewnętrzny, jak i parametry środowiskowe wewnątrz budynków. W zależności od wybranego systemu elewacje kształtują m.in. proporcje, wpływają na dostęp do światła dziennego oraz na kontakt użytkowników budynku ze światem zewnętrznym. O atrakcyjności fasad decydują dobór materiałów, proporcje oraz barwa i faktura. Doświadczenie pokazuje, że wariantowanie fasady na etapie koncepcyjnej fazy projektu jest jednym z najczęściej wykonywanych działań w kontekście poszukiwania docelowej estetyki budynku.

Architekci, często przywiązani do swojej formy i estetyki projektowanej elewacji, nie są chętni do zmiany jej wyrazu, w celu obniżenia strat cieplnych, szczególnie gdy analizy te są wykonywane na etapie projektu budowlanego lub wykonawczego, kiedy to dokumentacja została już praktycznie w całości wykonana, a wprowadzanie jakichkolwiek zmian jest trudne i czasochłonne. Warto zatem już na wczesnym etapie koncepcji korzystać z powszechnie dostępnych narzędzi, dzięki którym projektanci mogliby oszacować wpływ swoich decyzji projektowych na środowisko.

Symulacje i inspiracje z natury

Modelowanie budynku w technologii BIM, wykonywanie symulacji i analiz dotyczących efektywności energetycznej i komfortu użytkowania są skutecznymi narzędziami optymalizacyjnymi. Jednak równie istotne są: nasza intuicja, chęci, a także doświadczenie.

Świetnym źródłem inspiracji w zakresie posługiwania się energią są ekosystemy naturalne. W świecie przyrody istotną rolę odgrywa zachowanie równowagi zarówno energetycznej, jak i ilościowej. W tego typu środowiskach nie istnieje pojęcie „odpadu”. Wszelka materia jest efektywnie przerabiana na substancje niezbędne do życia.

Równie ciekawą inspiracją jest architektura wernakularna, zgodnie z którą do budowania wykorzystywane są dostępne na miejscu materiały budowlane, a sztuka budowania jest silnie osadzona w lokalnej tradycji.

Istnieją również ekologiczne rozwiązania fasadowe takie jak elewacje aktywne klimatycznie, które integrują innowacyjne systemy drzwiowe, okienne z inteligentnym systemem sterowania budynkiem. Dobrym przykładem zastosowania w budynku fasad inteligentnych jest szkoła średnia Grundackergasse wybudowana w Wiedniu.

W szkole średniej Grundackergrasse do monitorowania klimatu panującego w pomieszczeniach wykorzystywane są czujniki mierzące stężenie CO2 i temperaturę. W budynku automatyczne wychładzanie nocą przyczynia się do efektywności energetycznej. W nocy zautomatyzowane okna za pomocą napędów okiennych odprowadzają ciepło powstające w ciągu dnia na zewnątrz, dzięki czemu temperatura w pomieszczeniu jest docelowo obniżana w godzinach nocnych. Sterowanie odbywa się za pośrednictwem systemu techniki sterowania budynkiem (GLT), w którym uwzględniane są czynniki zależne od czasu, jak i temperatury. Wykorzystuje naturalne różnice ciśnień pomiędzy co najmniej dwoma otworami (np. oknami, drzwiami) budynku na zewnątrz w celu wymiany powietrza. Taki gradient ciśnienia istnieje już przy słabych wiatrach.

Ekologiczne fasady o zmiennych właściwościach izolacyjnych, które reagują na zmieniające się warunki atmosferyczne, to z pewnością innowacyjne rozwiązanie. Mogą być wykorzystywane we wszelkiego rodzaju budynkach, od centrów handlowych i szpitali, po wolnostojące parkingi.

Dodawanie do płaszczyzny ściany różnego rodzaju systemów, które odczytują parametry środowiska, jest interesującą ideą, chociaż z punktu widzenia praktyczności może lepszym rozwiązaniem byłoby zintegrowanie tego typu elementów np. ze szkleniem. Powłoki typu smart, które zmieniają wybraną cechę, np. kolor, stopień przezroczystości, kształt lub przewodzenie, są obecnie prezentowane przede wszystkim w rozwiązaniach wysokobudżetowych lub realizacjach prototypowych.

Ciekawym rozwiązaniem jest też kształtowanie elewacji w taki sposób, aby samą formą mogła reagować na otoczenie. Przykładem jest budynek biurowy w Groningen, proj. UNStudio. Poddano w nim parametrycznej optymalizacji aerodynamiczny układ budynku, warunki nasłonecznienia wnętrza, a także profil pionowy fasady. Aluminiowe półki na wysokości stropu stanowią płaszczyznę odbicia promieniowania słonecznego zimą, zwiększając w tym sezonie komfort cieplny, a latem stanowią element zacieniający, chroniąc przed nadmiernym przegrzewaniem się obiektu.

Budynek pasywny = bunkier? Trudny temat przeszkleń

Często kiedy wyobrażamy sobie budownictwo pasywne, naszym oczom ukazuje się budynek przypominający swym wyglądem bardziej bunkier aniżeli lekki, szklany dom. Faktem jest, że ustalenie odpowiednich proporcji szklenia do ścian pełnych odgrywa istotną rolę w kształtowaniu fasad energooszczędnych. Zalecenia dotyczące elewacji wschodnich i zachodnich najczęściej określają optymalny udział okien na poziomie 30% (według standardu MBJ 2030). Bardziej restrykcyjne – 20%. Elewacje północne powinny mieć możliwie małe przeszklenia. Według badań bez zastosowania pasywnych lub aktywnych metod chłodzenia pomieszczeń latem możliwe jest osiągnięcie komfortu termicznego wnętrz przy udziale okien w elewacji południowej przeszklonej do 50%, przy założeniu, że przy przeszkleniach powyżej 30% istnieje zewnętrzny system zacieniający.

Naturalne, zielone fasady

Niezwykle atrakcyjnie prezentują się natomiast elewacje porośnięte roślinnością które doskonale wpisują się w trend projektowania zrównoważonego, w szczególności pnącza, które są przy okazji mało wymagającą rośliną.

Pnącza mają wiele zalet:

• nadają się świetnie do okrywania murów budynków, ponieważ szybko i wysoko rosną, tworząc piękne, zielone fasady;
• są bardzo elastyczne i dopasowują się do różnorodnych kształtów obiektów;
• produkują tlen, wiążą i neutralizują toksyny oraz skutecznie zatrzymują szkodliwe pyły;
• wytwarzają masę zieloną porównywalną do masy liści dużych drzew, zatem mają bardzo dużą zdolność kumulacji zanieczyszczeń;
• tworzą korzystny mikroklimat w budynku – latem chronią przed przegrzaniem, a zimą przed wychłodzeniem;
• systemy korzeniowe pnączy magazynują nadmiar wody gromadzonej w okolicach fundamentów, zatem zapobiegają ich zawilgoceniu;
• kwitnące pnącza gwarantują również obecność wielobarwnych motyli i miododajnych pszczół.

Korzyści wykorzystywania zieleni na elewacjach można wymieniać długo, jednak warto mieć na uwadze, że mają one też pewne wady, nierzadko decydujące o ostatecznym werdykcie dotyczącym zastosowania tego ekologicznego rozwiązania fasadowego. Szybki i bujny wzrost pnączy może przysporzyć trochę problemów. Rośliny te mogą zarastać rynny, rozsadzać fasady, w których występują pęknięcia i szczeliny, czy też zerwać instalacje ze względu na swój ciężar. Na szczęście można temu zapobiec, przycinając zbyt szybko rozrastające się pędy.

Projektowanie fasad ekologicznych w praktyce architektonicznej

Optymalizacja energetyczna budynków została już ujęta w niejednym opracowaniu dotyczącym technologii budownictwa pasywnego oraz zeroenergetycznego. Pozyskiwanie energii ze źródeł odnawialnych oraz ograniczenie w możliwie maksymalnym stopniu strat energii z budynków są obecnie imperatywem działań na etapie projektowania architektonicznego i wykonawstw.

Myślę, że wyzwaniem na nadchodzące lata jest opracowanie pomysłu, który w jednakowym stopniu pozwoliłby na redukcję zapotrzebowania na tzw. szarą energię, zużywaną przy produkcji materiałów, budowie oraz rozbiórce. Wiele obecnych publikacji podejmuje tematykę energii związanej z użytkowaniem budynku, tzw. architektury energoaktywnej lub energoresponsywnej.

W tym kontekście omawiane są zagadnienia dotyczące m.in. technologii ukierunkowanych na budownictwo energooszczędne, związane z aktywnym pozyskiwaniem energii przez obudowę budynku. Analizowane są różnego typu innowacyjne materiały, systemy zarządzania, systemy grzewcze, różnorodne typy systemów pozyskiwania energii odnawialnej, czy też systemy regulujące dostęp promieniowania słonecznego do wnętrz. Natomiast wiedza na temat energii wbudowanej, czyli tzw. wbudowanego śladu węglowego, jest jeszcze mało upowszechniona, a coraz bardziej znacząca w kontekście budownictwa zrównoważonego.

Gospodarka obiegu zamkniętego

W świecie branży budowlanej pojawiło się też całkiem niedawno pojęcie architektury cyrkularnej, która wbrew pozorom nie oznacza projektowania okrągłych budynków. Architektura cyrkularna odpowiada zasadom gospodarki obiegu zamkniętego, który jest równie młodym modelem gospodarczym. Zgodnie z tą koncepcją, należy w taki sposób projektować budynki, aby wyeliminować ilość zużytych zasobów nieodnawialnych naszej planety, a także zminimalizować ilość generowanych odpadów. Idea zamkniętego systemu, gdzie wszelka materia jest efektywnie wykorzystywana, to bez wątpliwości efekt obserwacji funkcjonowania niezwykle wydajnych ekosystemów przyrodniczych.  W budynkach cyrkularnych nie tylko stosowane są materiały wtórne, lecz również całe obiekty kształtowane są w sposób umożliwiający odzysk ich elementów w przyszłości.

Wśród materiałów wtórnych popularne są: cegła rozbiórkowa, wyroby ceramiczne, wielka płyta, gruz budowlany czy też różnego typu metale. Przykładowo w budynku wystawowym Earthship zaprojektowanym przez Superuse Studios w Holandii masywne ściany konstrukcyjne wykonano z 1000 zużytych opon samochodowych wypełnionych ubitą ziemią i cementem. Dzięki swojej ponadprzeciętnej grubości mury te zapewniają niezwykle dobrą izolację termiczną. Ściany wypełniające natomiast wykonano z 6000 puszek aluminiowych i 7000 butelek szklanych zatopionych w cemencie.

Jak już wspomniałam, równie ważnym aspektem co wykorzystywanie materiałów pochodzących z odzysku jest projektowanie zgodnie z koncepcją odwracalności konstrukcji. W duchu tej idei powstał m.in. budynek restauracji w miejscowości Koege, zaprojektowany przez duńską pracownię ADEPT. Technologia budynku polega na wykorzystywaniu wyłącznie połączeń mechanicznych, bez użycia zapraw klejących czy spoin. Żadna z głównych powierzchni ścian nie jest pokryta farbą ani fugą, a duże powierzchnie dachowe są wykonane z poliwęglanu łączonego na zatrzask.

Jak widać, istnieje wiele kierunków i możliwości dotyczących projektowania fasad przyjaznych środowisku lub przynajmniej takich, które nie są całkowicie oderwane od kontekstu, tak jak przywołane we wstępie szklane wieżowce na środku pustyni. Na architektach spoczywa duża odpowiedzialność za to, jak będzie kształtowana architektura w przyszłości i czy będzie się przyczyniać do łagodzenia zmian klimatu, czy też jedynie się do nich adaptować. Uważam, że ustalenie priorytetów projektowych oraz świadomy wybór materiałów budowlanych i wykończeniowych, a także zrozumienie kontekstu miejsca, w którym budynek ma powstać, są działaniami, które mogą nas przybliżyć do idei zrównoważonego rozwoju w architekturze.

‍