Nowoczesne fasady budynków – ważny element zrównoważonego rozwoju i certyfikacji LEED, BREEAM, DGNB

Fasady budynków – wymagania użytkowe

Główne zadania stawiane fasadom budynków to: ochrona przed warunkami atmosferycznymi, tj. ochrona przed za niską lub za wysoką temperaturą, ochrona przed wiatrem, odporność na wilgoć; izolacja akustyczna; regulacja oświetlenia naturalnego; zapewnienie odpowiedniej estetyki (a nawet tożsamości budynku); bezpieczeństwo i ochrona; ewentualne napowietrzanie pomieszczeń; adaptacja do zmiennych warunków otoczenia. Zasadniczo w budynku zrównoważonym każde z tych podstawowych zadań można udoskonalić również pod kątem prośrodowiskowym i prozdrowotnym. Nowoczesne rozwiązania technologiczne umożliwiają przypisanie fasadom również innych rozmaitych funkcji, takich jak produkcja energii elektrycznej, cieplnej, pochłanianie zanieczyszczeń, kreowanie siedlisk dla owadów, nietoperzy, ptaków czy produkcja tlenu.

Certyfikacje wielokryterialne typu LEED, BREEAM czy DGNB, dzięki jednoczesnemu użyciu wielu parametrów do oceny poszczególnych rozwiązań (dla konkretnego przedsięwzięcia budowlanego), pomagają we wszechstronnej kwantyfikacji zadań projektowych i w podjęciu decyzji odnośnie do najbardziej optymalnych rozwiązań czy produktów. Za każdym wszechstronnym rozwiązaniem kryją się jednak pewnego rodzaju uproszczenia, podobnie jest w przypadku certyfikatów. W związku z tym, w odniesieniu wspomnianych systemów wielokryterialnej oceny do np. samych fasad budynków, możemy wyodrębnić trzy grupy. W pierwszej znajdą się zrównoważone rozwiązania, które mogą bezpośrednio wpisywać się w wymagania certyfikacji i przyczyniać do uzyskania konkretnych punktów. W drugiej natomiast są te, które wymagać będą dodatkowej uwagi, pracy i obliczeń, aby wykazać zbieżność z wybranymi kryteriami certyfikacji. Będą również inne – nowe, innowacyjne, kompleksowe, które choć nie są obecnie objęte wymaganiami certyfikacji, to z pewnością niosą za sobą korzyści dla środowiska i zdrowia użytkowników.

Przeczytaj również: Agnieszka Błońska o druku 3D w architekturze: Ekologia, innowacje i wyzwania dla architektów

W pierwszej grupie znajdziemy np. podniesienie wymagań parametrów prośrodowiskowych, nawet w stosunku do obowiązujących norm i przepisów. Przykładowo zmniejszenie w całym obiekcie wartości współczynnika U dla ścian i okien (poniżej normowego 0,2 i 0,9 W/[m²K]) z całą pewnością wykaże oszczędności podczas dynamicznego modelowania energetycznego przy użyciu takich popularnych narzędzi, jak eQuest, HAP, IES, Green Building Studio czy Design Builder. Normowo współczynnik Uw dla każdego okna można oczywiście wyliczać na podstawie tzw. wymiarów referencyjnych, jednak dla celów certyfikacji najczęściej używamy już tzw. obliczeń rzeczywistych.

Przeszklenia wczoraj i dziś

Same przeszklenia, będące istotną częścią nowoczesnych fasad budynków, mają przed sobą wiele innych zadań niż izolacja termiczna. Okładka manifestu S. Giediona (1929) wskazuje, jak kiedyś zdefiniowano te nadrzędne role: naturalne oświetlenie, widoki/otwarcie i naturalna wentylacja. Dzięki rozwojowi technologii budowlanej wszystkie te funkcje realizowane są w tej chwili przez typowe, powszechnie stosowane okna. Rozwarcie, uchył, mikrouchył, zewnętrze lub wewnętrzne żaluzje, napowietrzniki okienne doskonale spełniają te zadania.

Przykładowo zgodnie z wymaganiami certyfikacji LEED zapewnienie (na podstawie symulacji i analiz) dostępu światła dziennego do ponad 75% (lub 90%) powierzchni użytkowej umożliwia uzyskanie punktów w zakresie EQ daylight. Odpowiednia dostępność światła naturalnego w połączeniu z prawidłową kontrolą światła sztucznego daje również okazję na zdobycie punktów w kategorii EQ Interior Lighting. Punktowane są również widoki zapewniające kontakt użytkownika z naturalnym środowiskiem zewnętrznym (EQ Quality Views), a w kategorii SS Open Space – również swobodny dostęp użytkownika do zieleni zewnętrznej. Certyfikacja niemiecka DGNB rozszerza tę punktację również o dostęp do zewnętrznych tarasów, atriów, zielonych dachów itp.

Nowoczesne okna i szklane fasady to jednak nie tylko naturalne światło, wentylacja i kontakt wizualny.

Nowoczesne przeszklenia fasad budynków a zrównoważony rozwój i certyfikacje

Wśród nowoczesnych rozwiązań, które są zbieżne z wytycznymi certyfikacji, znajdziemy m.in.:

• szkło z powłoką niskoemisyjną (typu low-e) – przyczyniającą się do zmniejszenia zysków ciepła;
• szkło elektrochromatyczne (typu smart glass) umożliwiające kontrolowane zmniejszenie przezierności;
• powłoki wysokorefleksyjne, zwiększające odbicie promieni słonecznych i zmniejszające efekt wyspy ciepła;
• specjalne uszczelki gwarantujące wysokie parametry akustyczne elementów zespolonych przy niskich emisjach VOC oraz zwiększenie trwałości szyb zespolonych;
• żaluzje wewnątrz pakietów zespolonych;
• przeźroczyste panele fotowoltaiczne typu PowerWall czy Quantum glass (jak również panele solarne);
• wypełnienie kryptonem pakietów zespolonych znacząco zmniejszające współczynnik Ug;
• realne zwiększenie światła okna przez zastosowanie ultrawąskich profili okiennych (typu Schuco 35 mm czy Cortizo 25 mm);
• użycie szkła niskożelazowego (wysokoprzeziernego), np. na elewacji północnej;
• wielokomorowe profile okienne z zastosowaniem przekładek i uszczelnieniem środkowym (o bardzo wysokich parametrach termicznych i akustycznych);
• drukowane elastyczne i wydajne panele PV perowskitowe (produkcji polskiej fimy Saule dr Olgi Malinkiewicz).

Przeczytaj również: Szklane fasady – połączenie tradycji z nowoczesnością

Wszystkie powyższe rozwiązania zaliczają się do prośrodowiskowych, choć ze względu na ich innowacyjność czasami trudno jest kwantyfikować ich przydatność w skali całego budynku. Mimo to konsultanci nie ustają w wysiłkach, aby wykorzystać te informacje w różnego rodzaju modelach i raportować pozytywne efekty w samych certyfikatach. W powyższych przykładach znajdziemy takie kredyty certyfikacji, jak EA Optimize Energy Performance, EA Onsite Renewable Energy Production, EQ Daylight, EQ Quality Views, EQ Acoustic Performance, SS Heat Island Reduction.

Ile przeszklenia w fasadzie budynku?

Choć w dalszym ciągu widzimy sporo stosunkowo nowych obiektów wykonanych wyłącznie ze szkła strukturalnego lub półstrukturalnego (często w odsłonie podwójnej fasady), to jednak moda na „szklane domy” jest już chyba tymczasowo za nami. Poza oknami fasady to jednak powłoka zewnętrzna budynku, a więc również ściana pełna. Oprócz ceny szkła oraz względów użytkowych (przeszklenie pomieszczenia na wysokości poniżej 1 m w zasadzie go nie doświetla) istotną rolę zaczęła odgrywać też realna energoefektywność. Nie tylko proporcje ilości ścian do okien (z parametrami wyjściowymi 0,2 vs 0,9) znacząco wpływają na energoefektywność związaną z koniecznością ogrzania/klimatyzowania powietrza. Poprawienie tych restrykcyjnych parametrów również jest znacznie łatwiejsze i tańsze w wypadku litej ściany.

Zróżnicowanie parametrów przegród w zależności od zmiennych warunków

W projekcie Urzędu Marszałkowskiego w Krakowie, oprócz zróżnicowanego pod względem akustycznym i termicznym przeszklenia, widzimy zmniejszoną powierzchnię szkła dostosowaną do potrzeb wnętrza oraz inteligentny system fasadowy zintegrowany z systemem BMS. Tego typu rozwiązania umożliwiają kontrolę (w aktywny, dynamiczny sposób) m.in.: nasłonecznienia, działania podwójnej wentylowanej fasady czy likwidowania niekorzystnego zjawiska określanego jako „olśnienie słoneczne”.

Inne funkcje elewacji

Nowoczesne fasady budynków często wykorzystują rytm pomiędzy podziałem okiennym a litą ścianą do celów estetycznych, jak w realizacjach krakowskich AFI V.Offices oraz High5ive. Jasne i kolorowe, lśniące panele przyczyniają się do redukcji efektu wyspy ciepła (choć pionowe powierzchnie nie są punktowane przez same certyfikaty). Ukształtowanie samego panelu w pobliżu okna umożliwia też formowanie ekspozycji na światło słoneczne (często wynikające z punktowanej w certyfikacjach analizy światła dziennego), poprawę warunków akustycznych (nawet tła) czy ukrycie wentylacji, napowietrzników, ruchomych żaluzji zewnętrznych itd.

Zieleń na elewacjach

Wśród ciekawych certyfikowanych projektów znajdują się te wyróżniające się wertykalną zielenią, która pozytywnie wpływa również na bezpośrednie otoczenie budynku, i to nie tylko pod względem estetycznym. Przykładem może tu być budynek biurowy CMS w Stuttgarcie. Obiekt nie poddał się próbie czasu i od dekady wyróżnia się w miejskim otoczeniu. Punktowane przez certyfikację DGNB wyjścia na tarasy, kontakt z zielenią oraz widoki zapewnione są tutaj w bezpośredni sposób dla większości użytkowników.

Pozostałe zrównoważone aspekty

Punkty w certyfikacji otrzymuje się również za użycie odpowiednich materiałów pod kątem analizy LCA – premiowane są te o niskim śladzie węglowym generowanym podczas produkcji oraz dostaw surowców i samego produktu. Liczba przyznawanych punktów zależy też od wysokiej zawartości materiałów z recyclingu, obniżonej zawartości związków organicznych i formaldehydu (szczególnie po wewnętrznej stronie izolacji termicznej). Punktowane są materiały lokalne, łatwo odnawialne, pochodzące ze zrównoważonych upraw typu FSC itp. Żadne pojedyncze zastosowanie produktu nie zapewnia jednak uzyskania punktów, gdyż w certyfikacjach oceniany jest cały budynek.

Przeczytaj również: Nowoczesne elewacje ‒ integralny element współczesnej architektury

Uwagę przykuwają również fasady kinetyczne, które stosuje się głównie ze względów estetycznych. Wśród nich ikona architektury – Instytut Świata Arabskiego Jeana Nouvela z 1987 roku, ale też nowsze rozwiązania, jak Pawilon One Ocean w Korei Południowej (jako reprezentant ruchomej architektury biomimetycznej/bionicznej) czy Kampus SDU w Kolding w Danii, umożliwiający sterowanie komputerowe okiennicami, tak aby dostosować się do nasłonecznienia, warunków pogodowych i indywidualnych ustawień użytkowników. Najciekawsze z tego typu komputerowo sterowanych rozwiązań budynkowych są zaprzężone do samouczących się sieci neuronowych. Nazywane są często inteligentnymi fasadami i stanowią wizytówkę tzw. inteligentnych budynków.

Przykładem zastosowania tego typu samouczących się rozwiązań jest centrum zarządzania energią Campusu Harvard University w Cambride, gdzie przeważająca część obiektów uzyskała już certyfikację LEED.

Rozwiązania hybrydowe

W większości przypadków nowoczesne materiały i technologia prowadzą nas w kierunku rozwiązań hybrydowych, które będą charakteryzowały większość rozwiązań w przyszłości. Łączą one zalety i eliminują wady kilku znanych rozwiązań, często obiecujących, lecz zaniechanych, np. z powodu wcześniejszych ograniczeń.

Na przykład zastosowanie tradycyjnej ściany pasywnej typu Trombe-Michel, wykorzystującej beton o dużej pojemności cieplnej, wiązało się z brakiem dostępu do światła. Obecnie można w tym przypadku wybrać beton transparentny. Przy uzbrojeniu tego rozwiązania w sterowanie przepływem powietrza da się uzyskać znaczne oszczędności i zapewnić wartościowe rozproszone doświetlenie wnętrza, dzięki czemu system ten staje się ciekawą i wydajną alternatywą. W projekcie zgłoszonym w konkursie na budynek Muzeum Westerplatte beton transparentny został użyty dla połączenia zalet ściany typu Trombe-Michel z wyświetlaną projekcją tylną.

Coraz częściej pojawiają się też rozwiązania tzw. architektury biomimetycznej, czyli naśladującej naturę w odniesieniu zarówno do kształtów czy struktury, jak i samych materiałów (co w naturalny sposób dotyczy przede wszystkim fasad). Popularne staje się też użycie przetworzonych materiałów z trzciny czy grzybni (np. do produkcji cegły bądź wełny mineralnej typu Knauf Ecose).

Innowacyjne fasady budynków

Przykładem innowacyjnych systemów fasadowych są rozwiązania skupiające się na oczyszczaniu powietrza w najbliższym otoczeniu budynku, pochłanianiu tlenków azotu NOx oraz CO2, a nawet produkcji tlenu. Rewolucyjne działanie SolarLeaf firmy Arup polega na pokryciu fasady fotobioreaktorami wypełnionymi mikroalgami, które absorbują CO2, ciepło oraz biomasę. Może ona być również wykorzystana jako dodatkowe źródło energii. Tego typu innowacje są punktowane w certyfikacjach typu LEED, BREEAM, DGNB (np. w kategorii IN Innovation).

Warto też przytoczyć rozwiązania, które zasługują na uwagę i z pewnością można je zaliczyć do innowacyjnych, choć nie zawsze przyczyniają się do uzyskania punktacji w ograniczonych przecież, ściśle określonych wymaganiach certyfikacji. Należą do nich m.in. pasywne zacienienie (przesłony, uchylne żaluzje, łamacze światła, okiennice) z możliwością regulacji elektrycznej/inteligentnej; zaawansowane modelowanie maksymalizujące zacienienie własne, pochodzące z perforowanych paneli aluminiowych (Masdar Institute, Abu Dhabi UAE); wykorzystanie materiałów zmiennofazowych PCM Fascade by Royal Danish Academy (np. przy użyciu parafiny); oszczędność materiałów, wykorzystywanie np. heksagonalnej czy fraktalnej „geometrii natury”; pokrycie fasady farbami reagującymi na ciepło (typu heat sensitive paint); wykorzystanie technologii luminatywnej na całych elewacjach.

Źródło: Fasady budynków a certyfikacje LEED, BREEAM, DGNB – jak elewacje wpływają na ocenę ekologicznego budynku?