Skóra, która żyje! Poznaj oryginalne fasady reagujące na otoczenie
Fasada przestaje już być martwą powłoką, zaczyna reagować na zewnętrzny świat. Jest coraz bardziej transparentna, czasami mobilna, a niekiedy żywa. Nadchodzi epoka, w której spełniają się odwieczne marzenia architektów o niewidzialnych budynkach lub domach stopionych z naturą.
Spis treści
- Obsesja transparentności
- Elewacja, która jest powłoką
- Elewacja, która jest znakiem
- Elewacja - elektrownia
- Fasady mobilne
- Beton transparentny
- Szkło inteligentne
- Zielona rewolucja
- Elewacje, których nie ma
Innowacje w architekturze – dziedzinie z wyjątkowo długą tradycją i olbrzymim bagażem kulturowym – przeważnie odbywają się w wyniku powolnej ewolucji, a nie skokowych, rewolucyjnych zmian. Nawet minione dwa dziesięciolecia, choć świadczące o zwycięskim pochodzie technologii, skupiały się głównie na rozwijaniu starych wynalazków. Przyjrzyjmy się przykładom innowacyjnych rozwiązań fasadowych przez pryzmat ziszczenia pewnych architektonicznych marzeń i wizji towarzyszących tej dziedzinie od jej początków.
Obsesja transparentności
Wraz z pojawieniem się okna rozwój architektury dążył do możliwie coraz większego „otwierania” ścian, by do wnętrz budowli wpuszczać jeszcze więcej światła słonecznego. Każda epoka dokonywała na tym polu kolejnego przesunięcia granic możliwości. W gotyku odkrycie sklepień krzyżowych opartych w narożu na filarach było jednym ze zwiastunów konstrukcji szkieletowej. Fasady nie musiały w całości przenosić obciążenia, robiły to filary i przypory, czasem jako mocno wyrzucane na zewnątrz szkarpy – stąd gotyckie katedry mogły mieć olbrzymie okna z witrażami. W połowie XIX wieku obsesja okien zyskała na chwilę swoje szczytowe osiągnięcie w postaci Pałacu Kryształowego, zaprojektowanego przez architekta i ogrodnika Josepha Paxtona z okazji wystawy światowej w Londynie.
Realizacja największej wówczas szklanej budowli na świecie, która stanęła w Hyde Parku, możliwa była dzięki dwóm technologiom: nowatorskiemu szkieletowi z żelaza i żeliwa oraz postępowi w produkcji szkła płaskiego. Ta ostatnia pozwoliła wytwarzać duże tafle o regularnych kształtach. I tak Pałac Kryształowy stał się zwiastunem ściany osłonowej.
O szklanych wieżach w międzywojniu zaczął śnić Mies van der Rohe. W 1919 roku naszkicował pierwszy szklany drapacz chmur – projekt wieżowca dla dworca Friedrichstrasse w Berlinie. W Ameryce powstawały wówczas już nowoczesne wieżowce o śmiałej konstrukcji szkieletowej, jednak ubierane były w ciężkie, zwykle neohistoryczne fasady. Van der Rohe pierwszy pokazał piękno szkieletowej konstrukcji za woalem eterycznego szkła.
Kolejna jego koncepcyjna wieża z 1921 roku miała nie tylko szklane ściany, ale i miękką formę, co wymagałoby wyginania olbrzymich tafli szkła. Gdy po II wojnie światowej Mies zaczął w końcu budować upragnione szklane wieże w Ameryce, jak choćby słynny Seagram Building w Nowym Jorku, ówczesna technologia wciąż nie pozwalała mu osiągnąć tego stopnia transparentności, jaki zakładał w swoich młodzieńczych szkicach z lat 20.
Dopiero XXI wiek pozwala ziścić wizje architektów dotyczące przezroczystości. Najwyższe osiągnięcie w tej dziedzinie zaprezentowano w szeroko komentowanej nowej siedzibie Apple w Cupertino. Zanim powstał kampus firmy, dała się ona poznać nie tylko jako innowator w zakresie komputerów czy smartfonów, lecz również jako mecenas dobrej architektury. Flagowe sklepy sieci projektowane są w formie spektakularnych cacek.
Najsłynniejszy z nich znajduje się przy Piątej Alei w Nowym Jorku. Zajął plac przed budynkiem General Motors w sąsiedztwie południowo-wschodniego narożnika Central Parku. Podziemny sklep na powierzchni zdradza tylko szklany sześcian wejściowy o wymiarach krawędzi ok. 10 m, z zawieszonym w środku firmowym logiem – nadgryzionym jabłkiem. Ukończony w 2006 roku obiekt projektu amerykańskiej pracowni Bohlin Cywinski Jackson był technologicznym majstersztykiem. Nie miał żadnej stalowej konstrukcji, która niweczyłaby efekt pełnej przezierności, zamiast tego w samonośnym kubiku użyto jedynie szklanych belek i słupów oraz minimalnych stalowych łączników. Zejście do podziemi prowadziło poprzez spiralne schody zbudowane całkowicie ze szkła, obiegające hydrauliczną windę ujętą w przezroczysty cylinder. Wydawało się, że w dziedzinie szkła nie można osiągnąć więcej. Ale zgodnie z filozofią Steve’a Jobsa, założyciela Apple, marka miała zawsze symbolizować to, co w technologii najlepsze i możliwe do uzyskania w danym czasie.
Już w 2011 roku szklany kubik przeszedł modernizację, a wszystko dzięki nowym technikom w produkcji szklanych tafli. Poprzedni sześcian tworzyły fasady złożone z 18 szyb. W 2011 roku, poprzez zastosowanie dużo większych tafli, udało się zmniejszyć liczbę elementów, a tym samym odchudzić szklaną konstrukcję. Obecnie poszczególne ściany składają się z trzech szyb, każda z nich o wymiarach 9,75 x 3,25 m. Stojąc na placu, wydaje się, że logo Apple wisi w powietrzu, a kubik zdradza swoje istnienie tylko w refleksach i odbiciach na szklanej powierzchni.
Apple nie poprzestało na tym i jeszcze śmielej stawia na budynki z coraz bardziej wyśrubowanymi technologicznie transparentnymi fasadami. Apple Park to pod tym względem szczytowe osiągnięcie setek lat postępu w produkcji szkła. Tonący w zieleni kampus nazywany bywa darem od Steve’a Jobsa, bo to jego ostatnie wielkie dzieło.
Do zaprojektowania siedziby Apple zaproszono pracownię sir Normana Fostera, który od początku swojej kariery przecierał w architekturze nowe ścieżki – warto wspomnieć szklane zwieńczenie Reichstagu czy ekologiczny wieżowiec 30 St Mary Axe w Londynie (znany jako Gherkin – korniszon, ze względu na swój kształt). Laureat Pritzkera sprostał zadaniu, bo ukończony w 2017 roku kampus Apple stał się technologicznym objawieniem. Transparentność jest w tym projekcie kluczowa, ponieważ odpowiada utopijnej wizji Jobsa, który chciał stworzyć idealne miejsce pracy dla 12 tys. osób. Wnętrza biurowe przenikają się z otoczeniem przemienionym w park ze sztucznymi wzgórzami, na których zasadzono w sumie 9 tys. dorodnych drzew. Przypominają one sady, jakie Jobs zapamiętał z dzieciństwa, kiedy Dolina Krzemowa była jeszcze mniej zurbanizowana. To właśnie niczym niezakłócony kontakt z naturą daje użytkownikom inspirację, wytchnienie i motywację do jeszcze bardziej kreatywnej pracy.
W centrum kampusu stanął główny budynek w formie pierścienia – idealne koło o obwodzie mili i średnicy 461 m, dojazd do niego ukryto w podziemnym tunelu, by nie zaburzać asfaltowymi drogami parkowego otoczenia. Całkowicie przeszklone fasady składają się z 800 tafli, każda o długości 13,7 m i szerokości odpowiadającej wysokości kondygnacji, a do tego zakrzywiona zgodnie z promieniem krzywizny pierścieniowatego budynku. Dzięki temu pomieszczenia zdają się nie mieć okien ani zewnętrznych ścian – użytkownicy mają wrażenie, że nic ich nie oddziela od parku. Podobnie jak szklany kubik przy Piątej Alei, szkło wyprodukowała niemiecka firma Seele Group. Specjalnie do wytworzenia tak gigantycznej jego ilości przedsiębiorstwo wybudowało największy na świecie autoklaw.
W gorącym klimacie Kalifornii pozostawienie takiej szklanej fasady bez zacienienia skazałoby użytkowników budynków na stosowanie przez większą część roku klimatyzacji. Tej ostatniej Jobs nie cierpiał. Chciał też uniknąć uchylnych okien otwieranych przez pracowników – tu odzywała się jego obsesja pełnej kontroli. Architekci rozwiązali to w inny sposób. Szklaną fasadę zacieniają łamacze światła w formie pasów szerokich parapetów, które umieszczono pomiędzy kondygnacjami. Te ciągnące się po obwodzie daszki mają aerodynamiczny kształt przypominający skrzydła. Pod każdym z nich znajduje się wlot świeżego powietrza, w rozprowadzeniu którego we wnętrzu pomagają specjalnie zaprojektowane betonowe stropy z dodatkową przestrzenią wentylacyjną. Zużyte gorące powietrze wyrzucane jest przez pionowe przewody ponad dach. System czujników uruchamia w danym okresie te wloty na fasadzie, które znajdują się po chłodniejszej, zacienionej stronie budynku. Mechaniczna wentylacja włączana jest sporadycznie, tylko w najbardziej gorące dni roku.
Chęć osiągnięcia jak największej transparentności wymagała użycia specjalnego szkła. Aby było bardziej przejrzyste, starano się w procesie produkcji zmniejszyć ilość żelaza, które zwykle powoduje, że szkło ma zielonkawy odcień. Wyginanie tafli też zazwyczaj obniża stopień przezroczystości. Specjaliści z Seele Group opracowali metodę gięcia dopiero podczas ostatniego laminowania, kiedy taflę podgrzewa się do 600ºC, co ma również ją zahartować.Największe tafle szkła zastosowano w kantynie. Jest ona wysoka na 4 kondygnacje, czyli aż po dach pierścieniowatego budynku. Jobs chciał, by wszyscy pracownicy jedli wspólnie, dzięki temu mogli częściej nieformalnie się spotykać i wymieniać opiniami.
Gigantyczna stołówka ma uchylne drzwi, które otwierają jej wnętrze na ogród z obu stron. Każde skrzydło składa się z pojedynczej tafli szkła, wysokiej na 28 m – są to obecnie największe wyprodukowane na świecie szyby. Razem z konstrukcją stalową skrzydła ważą po 200 t. Otwiera je mechanizm ukryty pod podłogą.To nie koniec innowacji w dziedzinie szkła, na jakie można się natknąć w Apple Park. W najwyższym miejscu kampusu na wzgórzu wznosi się Steve Jobs Theater – audytorium na 1000 miejsc, w którym prezentuje się w huczny sposób premiery nowych produktów.
Właściwa sala umieszczona jest pod ziemią, na powierzchni znajduje się jedynie szklane lobby. To cylinder o średnicy 41 m, zbudowany z 44 tafli giętego szkła strukturalnego, wysokiego na 6,6 m. Podtrzymuje on największy na świecie dach z włókna węglowego o wadze 73 t. Zadaszenie zdaje się lewitować, gdyż oparte jest tylko na strukturalnym szkle, którego każda tafla składa się z 4 warstw. Brak podpór wymagał rozwiązania kwestii dostarczenia wody do zraszaczy umieszczonych w spodzie stropu czy prądu do LED-owych lamp. Wszystkie przewody, jak i rury tryskaczowe umieszczono w silikonowych spoinach pomiędzy taflami szkła, tak by nic nie zakłócało transparentności lobby.
Ta nowa typologia budynku – eteryczny dach oparty na szkle strukturalnym – zaczęła być powtarzana we flagowych sklepach sieci, m.in. otwartym w 2017 roku Apple Michigan Avenue w sercu Chicago (choć tam dach wspiera dodatkowo kilka wysmukłych, stalowych kolumn).
Innowacyjne obiekty projektu Foster + Partners dla Apple Park zdają się, po prawie 100 latach od pierwszych szkiców, w pełni realizować miesowski sen o transparentnych budynkach.
Elewacja, która jest powłoką
W architekturze nie od zawsze istniał sztywny podział na ściany i dach, z tego schematu wyłamywały się konstrukcje typu namiotowego, zbudowane z rozpiętej powłoki. Z czasem stały się one inspiracją dla postępowych architektów. Buckminster Fuller rozwijał powłokową architekturę w oparciu o swoje rewolucyjne konstrukcje czy to kopułę geodezyjną, czy system tensegrity – rodzaj przestrzennej kratownicy, gdzie elementy ściskane w postaci sztywnych prętów połączone są z rozciąganymi, wykonanymi z materiałów wiotkich (np. stalowych lin). Takie konstrukcje pozwalały tworzyć lekkie zadaszenia o dowolnej formie.
W Polsce system tensegrity wykorzystano na dużą skalę w katowickiej hali Spodek. Mistrzem w tworzeniu lekkich powłok był zmarły w 2015 roku laureat Nagrody Pritzkera, niemiecki architekt Frei Otto. Jego ikoniczny projekt Stadionu Olimpijskiego z 1972 roku to namiotowy, przezroczysty dach mający symbolizować Alpy. Po raz pierwszy na taką skalą zastosowano zadaszenie z tworzywa akrylowego, opartego na stalowej siatce lin podtrzymywanych przez słupy. Lekkie konstrukcje rozciągliwe zdają się dzisiaj wracać do łask. Wielkie namiotowe powłoki mają formować przyszłą siedzibę Google w Mountain View w Dolinie Krzemowej. Za projekt odpowiada słynne duńskie biuro BIG, a wspomaga je Heatherwick Studio.
W pierwszych szkicach kompleks przypominał zestaw szklanych gór – poszczególne budynki przykryto przeźroczystymi namiotami, pod którymi widoczne były stosy pięter biurowych. Takie podejście odpowiadało na główne oczekiwania inwestora odnośnie maksymalnej elastyczności – pod wielkimi dachami można było dowolnie konfigurować przestrzenie biurowe czy zupełnie zmieniać przeznaczenie wnętrz. Google chciało też otworzyć się na Mountain View i wprowadzić w swój kampus funkcje dostępne dla mieszkańców miasta: kawiarnie, sklepy, ogólnodostępne ścieżki rowerowe i place.
Póki co projekt zostanie zrealizowany w okrojonej formie z powodu trudności z wykupem wystarczającej powierzchni gruntów. W 2017 roku złożono dokumentację dotyczącą jednego budynku – Google Charleston East. Jest na planie kwadratu o wymiarach ok. 175 m. Zadaszenie (i zarazem elewacja obiektu) są wysokie na 33 m i oparte na siatce „wygiętych” kwadratów w formie hiperboloid parabolicznych, pomiędzy którymi znajdą się szklane świetliki o kształcie rogali. Olbrzymia powłoka dostarczy światła dziennego do gargantuicznego wnętrza, ale i energii elektrycznej, bo jej nieprzezierne fragmenty pokryją połacie ogniw fotowoltaicznych.
Elewacja, która jest znakiem
Fasady niosą znaczenie, a czasem są po prostu znakiem. Tę dwoistość dobitnie przedstawili Robert Venturi, Denise Scott Brown i Steven Izenour w swojej słynnej książce „Uczyć się od Las”, która szybko stała się biblią rodzącego się w latach 70. postmodernizmu. Autorzy, badając komercyjną, chaotyczną zabudowę Las Vegas, wyodrębnili dwie kategorie budynków: kaczki, czyli rzeźbiarskie obiekty, w których formie odbija się funkcja, oraz dekorowane budy, w których ornament narzucony na fasadę zdradza przeznaczenie obiektu. To właśnie ostatni został wyklęty przez modernistycznych architektów i przez lata był na cenzurowanym. Zaczął wracać do łask pod płaszczem przekazu reklamowego. Dziś fasady mówią, ale głównie przez wyświetlane na nich reklamy.
Czasami, jak przy nowojorskim Times Square czy londyńskim Piccadilly Circus, całe ściany budynków zamienione są w gigantyczne reklamy. Obecnie najczęściej stoi za tym nowa technologia wyświetlaczy LED, która zastąpiła neony czy statyczne billboardy. Nawet w dziedzinie znaku na fasadzie zdarzają się intrygujące innowacje. Jedną z ciekawszych ostatnimi laty jest rozbudowa Kunstmuseum w Bazylei. Ukończony w 2016 roku budynek projektu szwajcarskiej pracowni Christ & Gantenbein stanął naprzeciw starej siedziby muzeum, po drugiej stronie ulicy. Jego w większości bezokienne fasady pokrywa szara cegła o wydłużonych proporcjach i zaledwie 4 cm wysokości.
Gmach zajmuje eksponowany narożnik przy ruchliwym skrzyżowaniu w centrum miasta. Architekci chcieli, by fasady muzeum wchodziły w interakcję z otoczeniem i prezentowały aktualne wydarzenia i wystawy odbywające się w środku. Odrzucono jednak krzykliwe ekrany LED, które nie pasowałyby do dystyngowanego sąsiedztwa. Zamiast tego, we współpracy z firmą iart, opracowano nowatorski koncept. Tajemnica kryje się w wysokim na 3 m fryzie, który obiega u góry elewację budynku. Wygląda jak klasyczne zwieńczenie statecznego gmachu, ale skrywa zaawansowaną technologię.
Fryz czasami przedstawia tytuły wystaw, czasami abstrakcyjne wzory, które tworzą nie piksele na ekranie, a cienie rzucane przez cegły. Tajemnica tkwi w tektonice fryzu – każdy rząd cegieł ma tam dość znaczne wgłębienie od spodu, co zwiększa światłocień w tym fragmencie fasady. W spoinach ukryto białe diody LED, które nie są widoczne z poziomu ulicy. To one, zapalane w sekwencjach, podświetlają wnęki pod cegłami. W efekcie można dowolnie oświetlać pasy cegieł we fryzie. Efekt jest jednak niezwykle delikatny.
Niezorientowany przechodzień może ulec wrażeniu, że przy każdej zmianie wystawy grupa murarzy zmienia stopień wysunięcia cegieł na fasadzie, formując tym samym napisy lub wzory. Poetycka gra światła i cienia wydaje się bowiem wynikać z architektury obiektu, a stojąca za nią technologia jest sprytnie ukryta. Długi na 115 m fryz jest w całości okablowany. LED-y ułożone są w 40 równoległych pasach. W sumie fryz tworzy rodzaj ceglanego ekranu o rozdzielczości 1306 x 40 pikseli. Może nie stanowi to imponującej matrycy, ale wystarczającą, by tworzyć napis, proste grafiki czy sekwencje animacji. Fryz świeci się zależnie od pogody i pory dnia.
Na dachu zamontowano szereg czujników badających natężenie światła dziennego, dzięki temu każda sekcja oświetlenia LED jest automatycznie dostrajana do panujących warunków. Wieczorem fryz zdaje się mocniej emanować światłem, jakby ceglana fasada była perforowana, a czasami po ustawieniu programu z animacją daje efekt ruchu. W kategorii fasad z reklamą ta zastosowana we fryzie bazylejskiego muzeum zdaje się wygrywać z innymi konstrukcjami tego typu swoją subtelnością i precyzją w pełni adekwatną do charakteru Szwajcarii.
Wielkim znakiem w przestrzeni jest również fasada Centrum Spotkania Kultur w Lublinie, będąca zarazem jednym z największych ekranów LED w Polsce. Obiekt stanowi przebudowę i rozbudowę nieukończonego kompleksu teatru i opery, którego początki sięgają 1974 roku. Straszący w centrum miasta szkieletor otrzymał nawet od mieszkańców przydomek „Teatru w Budowie”. Lubelski architekt Bolesław Stelmach, zwycięzca konkursu na CSK, postanowił starą strukturę opakować w nową powłokę, we wnętrzu eksponując jednak pierwotne żelbetowe konstrukcje i ceglane ściany.
Frontowa fasada, rozciągająca się na kilku poziomach (w tym bryły sznurowni położonej w głębi), jest wielowarstwowa. Od zewnątrz widoczne są pasy mlecznego szkła umocowane na stalowym ruszcie, za którym znajduje się właściwa ściana budynku. Fasady wybiegają ponad poziom dachu szklanymi attykami, rozciągając w przestrzeni architekturę, tworząc wrażenie nieskończoności. Jak opisuje sam architekt: „Teatr w Budowie” to nigdy niedokończony, zawsze in statu nascendi – w trakcie stawania się, stały podmiot w nieustannym procesie. Tę zmienność, jak i zatarcie granic pomiędzy architekturą oraz otoczeniem, wzmaga multimedialność elewacji frontowej.
Za mleczną fasadą rozmieszczono na rozciągniętych stalowych linkach system gęsto ułożonych punktów świetlnych LED, których rozstaw wynosi 80 x 80 mm. W sumie kurtyna LED ma ponad 1200 m2. Jest ona zaprogramowana na różne efekty świetlne, od delikatnego iluminowania fasady, aż po wyświetlanie konkretnych wzorów, napisów, animacji. Dzięki temu obiekt wchodzi w interakcję z otoczeniem, komunikuje również najważniejsze wydarzenia kulturalne, jakie mają miejsce w CSK. Przy tym gigantyczny ekran LED nie jest energochłonny i wykazuje długą żywotność (ok. 50 tys. godz.). Coraz popularniejsze multimedialne fasady znacząco przeobrażają architekturę – być może do „dekorowanej budy” Venturiego, Scotta Browna i Izenoura należałoby dodać podkategorię: „wielkiego ekranu”.
Elewacja - elektrownia
Jedną z największych innowacji ostatnich lat w dziedzinie fasad jest ich aktywizacja. Podczas gdy technologia LED jest tylko projekcją zużywającą prąd, technologia BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaic) stanowi aktywne pozyskiwanie energii ze słońca. Oznacza stosowanie modułów ogniw fotowoltaicznych zintegrowanych z poszczególnymi częściami budynku. Coraz popularniejsze jest pokrywanie dachów, ale i fasad wielkimi połaciami ogniw fotowoltaicznych.
Przykładem obiektu, w którym na dużą skalę zastosowano BIPV jest siedziba Parku Naukowo-Technologicznego Euro-Centrum w Katowicach, która powstała w 2014 roku (projekt Sławomir Kostur, Grupa Projekt). To budynek pasywny o minimalnym zapotrzebowaniu na energię do ogrzania wnętrz (do 15 kWh/m2/rok). Dzięki swoim parametrom otrzymał w 2013 roku nagrodę Green Building, przyznawaną przez Komisję Europejską dla najbardziej energooszczędnych obiektów w Europie.
Cały obiekt jest wyjątkowo mocno nasycony technologiami umożliwiającymi efektywne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (OZE), w tym w sondy geotermalne, pompy ciepła czy kolektory słoneczne. BIPV zastosowano na dachu i elewacjach – to 3 układy paneli fotowoltaicznych: panele dachowe – 231 modułów zamontowanych w układzie klasycznym pod kątem 30°, oraz panele na elewacjach – 108 modułów pionowych i 80 nachylonych w pasach międzyokiennych. Te ostatnie wyglądają jak łamacze światła, zacieniają wstęgowe pasy okien. Z kolei moduły pionowe ogniw umieszczono na bezokiennych fragmentach ścian szczytowych dwóch skrzydeł budynku. W sumie moc instalacji fotowoltaicznej to 107 kWp, co wystarcza na pokrycie rocznego zapotrzebowania na energię systemów technologicznych gmachu, a więc ogrzewania, chłodzenia i wentylacji.
Fasady mobilne
Żyjemy w czasach, w których witruwiańska triada – użyteczność, trwałość, piękno – powoli odchodzi do lamusa. Dominujące stają się obiekty tymczasowe i krótkotrwałe. Do tego trzeba doliczyć coraz większą ich zmienność pod względem architektonicznym i narodziny architektury kinetycznej. Najpopularniejsze na tym polu są ruchome fasady, które reagują na zmieniające się pory dnia, temperaturę i nasłonecznienie. Od wieków ich mobilność wyznaczały elementy takie jak markizy, okiennice i żaluzje. Dzisiejsze technologie umożliwiają jednak pójście o krok dalej i wykreowanie całkowicie zmieniających się elewacji.
Jednym z pierwszych nowoczesnych budynków, w którym zastosowano fasady reagujące na zewnętrzne środowisko, był gmach Instytut Świata Arabskiego w Paryżu (z fr. Institut du Monde Arabe) z 1987 roku. Architekt Jean Nouvel zastosował w południowej fasadzie obiektu przemyślany system zacieniający. Za szkłem ustawiono kwadratowe pola stalowych soczewek, które przy dużym nasłonecznieniu zamykają się jak migawka aparatu. Mechanika fasad przypomina wnętrze zegarka, a oglądana z daleka wygląda jak misterny arabski ornament, korespondujący z przeznaczeniem instytutu.
Od tego czasu mobilne fasady stały się coraz bardziej popularne. Jedne z największych na świecie zastosowano w bliźniaczych wieżach Al Bahar Towers w Abu Zabi, oddanych do użytku w 2014 roku. Budowa szklanych wieżowców w pustynnym klimacie stolicy Zjednoczonych Emiratów Arabskich wydaje się szalonym pomysłem i zwykle kończy się na montażu energochłonnych systemów klimatyzacyjnych. Jednak projektanci z pracowni Aedas Architects postanowili na szklane powłoki nałożyć inteligentny system zacieniający, który chroni budynki przed nadmiernym nasłonecznieniem i nagrzaniem. Inspiracją dla architektów była maszrabijja, czyli drewniana ozdobna krata, która zwykle zacieniała balkony lub wykusze w arabskich domach. Skomplikowane wzory dekoracyjne znane ze świata islamskiego przełożono na współczesną strukturę trójkątnych paneli układających się w motyw kwiatów.
Elementy zacieniające są zamontowane na niezależnej ramie dwa metry przed szklaną fasadą. Ich otwieranie i zamykanie przypomina rozchylanie się płatków kwiatu. Każdy trójkątny panel, pokryty włóknem szklanym, reaguje na ruch słońca poprzez system czujników zintegrowanych z siłownikami. W nocy budynek rozchyla swoje ruchome fasady, po wschodzie słońca – tam, gdzie padają promienie – jego elewacje się zamykają. Za ruchem słońca podążają zamykające się panele zacieniające, tworząc na fasadzie budynków prawdziwy 24-godzinny spektakl. Ekrany redukują o ponad 50% nagrzewanie budynku, co znacząco zmniejszyło zużycie energii elektrycznej na chłodzenie. Ich zastosowanie pozwoliło z kolei architektom wykorzystać szkło o większej przejrzystości, dzięki czemu użytkownicy budynków mogą się cieszyć lepszą widocznością, gdy znajdują się po zacienionej stronie.
W Polsce największym popularyzatorem i innowatorem na polu architektury kinetycznej jest Robert Konieczny, założyciel śląskiej pracowni KWK Promes. Ruchome elementy występują w wielu jego projektach, w tym w wyjątkowo docenionym Centrum Dialogu „Przełomy” w Szczecinie, które zdobyło główną nagrodę World Building of the Year 2016 na World Architecture Festival w Berlinie oraz w konkursie European Prize for Urban Public Space 2016.
Obiekt to hybryda placu i kwartału. Jego dach stanowi wypiętrzona posadzka – w narożniku od strony skrzyżowania ma dwie fasady z ruchomymi elementami. Stanowią je pionowe, obracające się wokół własnej osi „żyletki”. Pojedyncze skrzydło oparte jest na lekkiej stalowej konstrukcji i z obu stron obudowane płytami włókno-cementowymi o wymiarach 1,2 m szerokości i 2,4 m wysokości. 27 „żyletek” ruchomych elewacji wprawiają w ruch 4 silniki elektryczne. Po godzinach zamknięcia muzeum budynek wygląda na nieprzezierny monolit. Gdy jest otwarty, ruchome lamele obracają się wokół własnej osi i tworzą podcień zapraszający zwiedzających do wnętrza.
Robert Konieczny zastosował również ruchome fasady w głośnym projekcie Domu Bezpiecznego z 2008 roku. Tam użyto kilku rodzajów mobilnych elementów: przesuwne ściany, wielkie okiennice, most zwodzony oraz wielkogabarytową rolowaną bramę. Najciekawsze są przesuwne elementy o wymiarach 2,2 m wysokości i długości od 15 do 22 m, które są wprawiane w ruch przez elektryczne silniki. Zamykają one wschodnią i zachodnią fasadę na wysokości parteru. Po otwarciu zmieniają urbanistykę działki, tworząc w strefie wjazdowej zamknięty plac przedwejściowy – rodzaj buforu, który znika, gdy ściany na powrót chowają się w budynku. Ruchome fasady mają tworzyć nie tylko poczucie bezpieczeństwa, które było niezwykle ważne dla inwestora, lecz także dawać dodatkową korzyść w postaci energooszczędności. Dom reaguje na pory dnia jak roślina. W ciągu dnia fasady się otwierają, a wieczorami zamykają, jak kwiat składający płatki na noc. Dzięki temu budynek traci mniej ciepła nocą, a podczas dnia efektywnie pozyskuje energię słoneczną do nagrzania wnętrz.
Przeczytaj również:
Fasady kinetyczne. TOP 7 najciekawszych realizacji
Beton transparentny
Beton architektoniczny to już stały element wokabularza nowoczesnej architektury. Być może wkrótce dołączy do niego nowy – beton, który przepuszcza światło. Taką innowację w 2001 roku stworzył Áron Losonczi, młody węgierski architekt, szerzej znany dzięki swojemu wynalazkowi transparentnego betonu, któremu nadał nazwę Litracon (z ang. Light Transmitting Concrete).
Innowacyjny materiał opracował wspólnie z naukowcami z Politechniki w Budapeszcie. Za transparentność betonu odpowiadają umieszczone w nim włókna optyczne (udział objętościowy światłowodów wynosi 4%). Ich ułożenie prostopadle do powierzchni betonowego elementu skutkuje przepuszczalnością światła przez cały blok. Wykorzystane włókna mają niewielkie wymiary, dzięki czemu znakomicie wtapiają się w strukturę materiału, także pomiędzy elementami kruszywa. Powstaje w ten sposób nowy kompozyt: jednorodny w swojej strukturze, wytrzymały, a zarazem półprzeźroczysty.
W 2004 roku Losonczi założył firmę Litracon, która produkuje opatentowaną technologię – znalazła się ona na liście najważniejszych wynalazków 2004 roku magazynu „Time”.Pierwszą większą realizacją w technologii Litracon była Brama Europy w Komárom – wysoka na 4 m struktura wzniesiona w 2004 roku z okazji przystąpienia Węgier do Unii Europejskiej. Ten wolno stojący portal z podświetlanym od spodu betonem transparentnym został nagrodzony w 2005 roku prestiżową Red Dot Design Award.
Z Litraconu można produkować bloki o różnych wymiarach i grubościach. Dostępne są elementy w kolorach szarym, czarnym lub białym. Ze względu na równoległe ułożenie włókien, zmiany w natężeniu światła przekazywane są z jaśniejszej strony muru na ciemniejszą. Cienkie płyty są na tyle lekkie, że mogą być stosowane na ruchomych elementach. Użyto ich w drzwiach wejściowych prowadzących do Centrum Obsługi Turystycznej Cella Septichora w węgierskim Pécs w 2007 roku.
Projektanci z Bachmann & Bachmann Architects zastosowali technologię Litracon do stworzenia transparentnej przesuwnej kamiennej ściany, która w ciągu dnia wpuszcza światło do środka, wieczorem z kolei emanuje wewnętrznym blaskiem. Drzwi ważą 2 t, składają się z 48 bloków o grubości 10 cm, całość ujęto w stalową ramę, dzięki której można przesuwać skrzydło.
Firma Litracon stworzyła nową odmianę transparentnego betonu o nazwie Litracon pXL, niezawierającego światłowodów, lecz polimer PMMA. Jego użycie obniża cenę materiału i wpływa na jego właściwości. Polimer wzmacnia panele, pozwala też na dokładniejsze układanie elementów optycznych niczym pikseli na ekranie LCD. Dzięki temu można tworzyć na powierzchni betonu wzory czy napisy.
W tej technologii stworzono kubiczny pawilon ogrodowy w Zurychu, który otrzymał Wallpaper Design Award 2015. Niewielki budynek ma podłogę, ściany i dach wykonany w całości z płyt Litracon pXL. Dzięki temu ciężka betonowa bryła jest zarazem eteryczna i delikatna – w dzień przepuszcza promienie słońca, w nocy sztuczne światło. Zastosowano tu panele o grubości 80 mm i rozmiarach do 360 x 230 cm, co odpowiada wymiarom poszczególnych przegród pawilonu.
Szkło inteligentne
Szklane fasady osłonowe to jeden z dominujących trendów we współczesnej architekturze, w niektórych obiektach jest on wręcz praktycznie podstawowym rozwiązaniem, jak np. w biurowcach. Jednak szkło bywa problematyczne, wiąże się z nim brak prywatności w transparentnych wnętrzach czy znaczące przegrzewanie budynków, co wymusza stosowanie klimatyzacji. Odpowiedzią na te problemy ma być szkło inteligentne, które może zmieniać swoją przezierność, chroniąc przed słońcem lub spojrzeniami innych ludzi.
Na rynku są obecnie najbardziej popularne dwa rozwiązania. Jednym z nich jest szklenie elektrochromatyczne, które „ciemnieje” przy większym nasłonecznieniu, by przepuszczać mniej promieni słonecznych. Szacuje się, że takie szklenie, ze względu na kontrolę dostępu światła i energii cieplnej, może zmniejszać zużycie energii elektrycznej na klimatyzację do 30%. Szkło elektrochromatyczne jest jednym z najbardziej zaawansowanych i złożonych spośród wszystkich technologii szkła. Wymaga ona użycia na powłoce tafli materiałów, które zmieniają swoje właściwości na skutek działania pola elektrycznego. To ich zdolność do pozyskiwania i oddawania jonów decyduje o przepuszczalności światła.
Szkło elektrochromatyczne składa się z zewnętrznych tafli szklenia (lub przeziernego tworzywa sztucznego), pomiędzy którymi umieszczone są: powłoka magazynująca jony (elektroda bierna), elektrolit (materiał zapewniający przepływ jonów) oraz materiał elektrochromatyczny (elektroda aktywna). Reakcja chemiczna zachodzi na skutek przyłożonego napięcia, następuje wówczas przepływ jonów. Ich odpływ z powłoki aktywnej do magazynującej powoduje ściemnienie tej pierwszej. Gdy odwróci się kierunek pola elektrycznego, jony wracają do powłoki aktywnej, dzięki czemu staje się ona ponownie przejrzysta.
Żadna moc nie jest potrzebna do utrzymania okien elektrochromatycznych w ich jasnym lub ciemnym stanie, przyłożenie napięcia jest wymagane jedynie podczas procesu przepływu jonów (zwykle stosuje się jony litu – z brakującymi elektronami).Szklenie elektrochromatyczne jest rozwijane od lat 80. XX wieku, pierwsi używali go Japończycy. Coraz doskonalsze technologie tego typu szkła powodują, że zaczyna być ono stosowane na większą skalę – zwykle w obiektach publicznych narażonych na zbyt dużą ilość promieni słonecznych.
Jednym z większych producentów szkła elektrochromatycznego jest Saint-Gobain, który ma w swojej ofercie Sage Glass. Produkuje się je w procesie nanotechnologii. Powłoki elektrochromatyczne z jonów litu są nakładane za pomocą rozpylania jonowego, a warstwa powłoki na szkle jest mniejsza niż 0,02 grubości ludzkiego włosa. Ten sposób produkcji jest stosunkowo tani i pozwala na wytworzenie tafli o różnym kształcie.
Sage Glass zastosowano na dużą skalę w rozbudowie The Frost School – uczelni muzycznej Uniwersytetu Miami, uważanej za jedną z 20 najlepszych szkół muzycznych na świecie. Projektanci z HOK do istniejącego historycznego obiektu dobudowali dwa nowe skrzydła. Ich elewacje to betonowe białe ramy z trójkątnymi polami szklenia elektrochromatycznego. Budynek ma certyfikat LEED Platinum, w sumie zużywa o 37% mniej energii niż podobne obiekty. Znaczący wpływ na energooszczędność szkoły ma zastosowane szklenie Sage Glass. Dynamicznie reagujące szkło przyciemnia się lub rozjaśnia w zależności od ilości promieni słonecznych, kontrolując dopływ światła i ciepła do wnętrza budynku. Zarazem przyciemniające szkło zapewnia stały widok z pomieszczeń na zewnątrz – nawet w fazie maksymalnego ściemnienia zapewnia wystarczającą transparentność.
Inną technologią inteligentnego szkła jest SPD lub technika PDLCD – są one zwykle stosowane do szklanych przegród, które chce się przesłonić, by zapewnić większą intymność. W tych systemach szkło matowieje i nie jest już przezierne. Tego typu technologie wykorzystuje się np. w salach konferencyjnych albo gabinetach stomatologicznych czy siłowniach.SPD – zwana technologią zawiesiny cząsteczek (z ang. Suspended Particle Devices) – polega na zastosowaniu specjalnej cienkiej folii, która została umieszczona pomiędzy taflami szkła. Zawieszone w niej cząsteczki mają tendencję do przypadkowego ułożenia, a przez to absorbują światło – tafla jest mleczna i nie w pełni transparentna. Szkło zmienia więc swój charakter w zależności od przyłożonego napięcia, które uruchamia ręczny włącznik (lub pilot), ewentualnie w sposób automatyczny po sygnale dostarczonym z czujnika.
Druga technika, zwana PDLCD, oznacza dyspersję ciekłych kryształów (z ang. Polimer Dispersed Liquid Crystal Devices). Od poprzedniej różni się rodzajem zastosowanej folii. Podczas zmiany stanu polimeru z cieczy w postaci substancji stałej, ciekłe kryształy wydzielają się z polimeru i w formie kropel pozostają zawieszone w jego masie. W skład pakietu szyby wchodzą jeszcze folie z naniesioną cienką warstwą przezroczystego materiału przewodzącego, spajające całość w procesie laminowania. W stanie wyłączenia napięcia ciekłe kryształy układają się w sposób chaotyczny – szkło staje się matowe. W stanie włączonym układają się w sposób uporządkowany, a szkło staje się transparentne.Technologia ciekłych kryształów jest stosowana z powodzeniem w ekranach telewizorów oraz monitorów – nic dziwnego, że w końcu pojawiła się również w szkleniu budynków.
Smart Film to rodzaj inteligentnego szkła z obrazem jakości HD w tylnej projekcji. Pozwala tworzyć na szklanej fasadzie powierzchnie reklamowe w jakości HD o dowolnej powierzchni. Ta technologia z powodzeniem jest wykorzystywana w obiektach komercyjnych. Jednak jej wysoka cena powoduje, że zwykle pojawia się na elewacjach butików dużych domów mody lub salonów luksusowych marek samochodów.
Zielona rewolucja
Pod koniec lat 80. Patrick Blanc, francuski botanik, opatentował „les murs végétaux” – zielone mury, dziś nazywane ogrodami wertykalnymi. Zapoczątkował tym samym zieloną rewolucję w architekturze. Wszystko zaczęło się od fascynacji roślinami tropikalnymi, porastającymi nieprzyjazne skalne klify i pnie drzew, które projektant obserwował podczas swoich wyjazdów studyjnych. Blanc postanowił odtworzyć taki pionowy ogród na ścianie mieszkania w Paryżu. Eksperymentował z różnego typu roślinami, aż wynalazł model wertykalnego ogrodu, który szybko podbił cały świat. Projektant od lat współpracuje z największymi architektami, a jego zielone ściany zdobią najsłynniejsze ikony architektury.
System Blanca jest niezwykle prosty. Do ściany dostawia się metalowy ruszt (czasem przymocowany do muru, czasem stojący samodzielnie), oddzielony od budynku warstwą PVC o grubości 10 mm – chroniącą ścianę przed wodą i korzeniami roślin. Na takim szkielecie rozwiesza się cienki filc poliamidowy, często mający dodatkowe kieszenie, w którym zasadza się całe rośliny, a czasem ich nasiona. Dzięki porowatej strukturze materiału bazowego rośliny mogą się z nim dobrze związać systemem korzeni. Wodę i składniki odżywcze dostarcza od góry system nawadniający w postaci plastikowych rurek z otworami. Spływa ona swobodnie grawitacyjnie, a jej przepływ kontroluje zegar irygacyjny.
Pionowy ogród wykorzystuje wodę efektywniej niż tradycyjny na gruncie, bo ma lepsze przesączanie, zatem więcej wody trafia bezpośrednio do roślin. Zakładanie wertykalnych ogrodów nie jest dużo droższe od tradycyjnych systemów fasadowych (średnio kosztują o 15% więcej), a przy tym stanowią dobrą izolację termiczną w zimie, zaś latem chronią mur przed przegrzaniem. Poprawiają również mikroklimat otoczenia. Kosztowne jest natomiast utrzymanie takich ogrodów. Wymagają one prac konserwacyjnych kilka razy w roku, a maty filcowe, zwłaszcza w ogrodach zainstalowanych na zewnątrz, muszą być okresowo wymieniane.
Najsłynniejsze realizacje Patricka Blanca obejmują wertykalne ogrody w Musée du Quai Branly w Paryżu, projektu Ateliers Jean Nouvel, czy Caixa Forum w Madrycie, dziele tandemu Herzog & de Meuron. Jedną z ostatnich i największych prac genialnego botanika jest kompleks mieszkalny One Central Park w Sydney (projekt Foster & Partners, Ateliers Jean Nouvel, PTW Architects). W jego skład wchodzi wieżowiec o wysokości 116 m.
Wizją architektów i Blanca było stworzenie pionowych ogrodów, które tworzyłyby na całej wysokości fasad żywy i wielokolorowy gobelin. Niektóre ogrody wertykalne rozciągają się w pionie na ponad 50 m i są największymi tego typu ogrodami na świecie. W budynku oprócz tego zastosowano również poziome donice, którym towarzyszą trejaże w formie stalowych lin, pozwalające pnączom pełzać po elewacji. W One Central Park zasadzono na fasadach 85 tys. roślin, w tym 35 tys. w ogrodach wertykalnych, przy użyciu 350 różnych gatunków.
Blanca wsparła australijska firma Junglefy, będąca głównym wykonawcą zielonych ścian, a obecnie zajmuąca się ich konserwacją. W 2014 roku obiekt zyskał, przyznawany przez międzynarodową organizację Council on Tall Buildings and Urban Habitat, tytuł najlepszego wieżowca świata.Jednym z najsłynniejszych zielonych budynków ostatnich lat jest zespół mieszkalny Bosco Verticale w Mediolanie, projektu Boeri Studio. Jak wskazuje sama nazwa apartamentowców, to dosłownie „wertykalny las”.
Na fasadach dwóch wież (jedna wysoka na 111 m, druga niższa – mająca 76 m) posadzono prawie 800 dorodnych drzew o wysokości od 3 do 9 m. Każde mieszkanie ma co najmniej jeden balkon z pokaźną żelbetową donicą, w której rosną drzewa, ale również inne rośliny – w budynkach zasadzono 5 tys. krzewów i 11 tys. bylin. Według architekta Stefano Boeri roślinność na fasadach ma dobroczynny wpływ na całe otoczenie, pochłania szkodliwe CO2 i inne trujące substancje, a zarazem produkuje dla miasta życiodajny tlen.
Ekwiwalentem pionowych ogrodów Bosco Verticale byłby las o powierzchni 2 ha.Inne korzyści płynące z wertykalnego lasu to ochrona mieszkań przed przegrzaniem latem. Zimą natomiast, gdy opadną liście, słońce może swobodnie penetrować mieszkania. Rośliny osłaniają akustycznie przed zgiełkiem miasta, jak również zmniejszają siłę wiatru. Gatunki roślin oraz same fasady sprawdzono w tunelach aerodynamicznych, by drzewa nie były łamane przez silny wiatr, nawet na wysokości 26. piętra.
Sukces Bosco Verticale był tak duży, że Boeri Studio zostało zaproszone do projektowania zielonych wieżowców na całym świecie, w planie jest cała ich dzielnica, która ma powstać w chińskim Liuzhou.Wieżowce jak lasy przypominają projekt słynnej polskiej rzeźbiarki – Magdaleny Abakanowicz. Jej Arboreal Architecture był koncepcją rozbudowy Wielkiej Osi Paryża w dzielnicy La Défense, w konkursie ogłoszonym przez władze miasta w 1991 roku. Abakanowicz zaproponowała aleję wieżowców, nie tylko o organicznym kształcie drzew, ale i fasadach porastanych przez pionowe ogrody. Wówczas wizja artystki wydawała się totalną utopią. Dziś, za sprawą takich projektów jak Bosco Verticale, wydaje się być bliska spełnienia.
Elewacje, których nie ma
Coraz większa przejrzystość elewacji może doprowadzić w przyszłości do wznoszenia całkowicie transparentnych budynków, które nie tylko mają szklane ściany, ale i konstrukcję, podłogę i dach. A może budynki w ogóle znikną? Philippe Rahm na Biennale Architektury w Wenecji w 2008 roku zaprezentował pracę „Digestible Gulf Stream (Architecture as meteorology, architecture as gastronomy)”.
W budynku Arsenału ustawione były dwie stalowe platformy – jedna na podłodze, druga zawieszona. Dolna była ogrzewana do 28°C, a górna chłodzona do 12°C. Ponieważ płaszczyzny miały specjalnie zaprojektowane kształty, sprzyjały wytwarzaniu prądu konwekcyjnego. Ciepłe powietrze unosiło się do góry i przy zetknięciu z zimną płytą ochładzało się i opadało, by znów się nagrzać – tworząc zamkniętą cyrkulację powietrza, ów tytułowy Golfsztrom.
Przedział temperatur w zakresie 12–28°C jest optymalny dla funkcjonowania człowieka. Przy najniższej wystarczy się tylko ciepło ubrać, przy najwyższej nie potrzeba w zasadzie żadnego okrycia. Dzieło Rahma to prototyp architektury, która nie wymaga ścian. Idealne środowisko dla życia człowieka tworzy poprzez kreowanie temperatury i atmosfery.
Architekt podkreśla też, że w dobie globalnego ocieplenia związki pomiędzy architekturą a klimatem staną się kluczowe dla naszej przyszłości. Swoją wizję rozwinął również o inne aspekty odbioru przestrzeni, w tym gastronomiczne – niektóre potrawy powodują, że jest nam cieplej (jak papryczki chilli), a inne wywołują wrażenie chłodu (listki mięty). Ta utopijna wizja wyznacza nowy model architektury przyszłości – to nie szklana wieża w zielonym parku, a sam zielony park, w którym kontrolujemy klimat.
