Newsletter

Login Form



Aktualne wydanie

OkladkaSS-10-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner konferencja 12 2017

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

  

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 baner mochnik colorimo 750X100

 

lisec SS FastLAne

 

baner-2-krzywe

 

 

 

Efektywność termiczna i akustyczna podwójnych fasad. Część 1
Data dodania: 06.10.13

 

System elewacji podwójnych staje się obecnie coraz powszechniejszy, między innymi ze względu na wysokie wymagania stawiane budynkom w zakresie minimalizacji zużywanej przez nie energii. Projektowanie współczesnych budynków stało się dużym wyzwaniem dla architektów i powoduje konieczność zaangażowania do współpracy specjalistów z innych dziedzin inżynierii i nauki.

Forma i kształt zewnętrzny budynków zaczynają bowiem w coraz większym stopniu być wynikiem nie tylko preferencji estetycznych projektanta i inwestora oraz obowiązujących trendów w dziedzinie budowania formy architektonicznej ale również powinny uwzględniać zapisy coraz to ostrzejszych wymagań w zakresie ochrony cieplnej i optymalizacji gospodarki energetycznej budynków, a co za tym idzie również fizyki budowli.

O kształcie przestrzennym budynku, jego wyrazie plastycznym i sposobach rozwiązania detali architektonicznych elewacji decydują sposoby wentylacji budynku, zapewnienie optymalizacji oświetlenia wnętrza, jak również zapewnienie maksymalnego i zoptymalizowanego komfortu energetycznego obiektu.

  

Wstęp

System elewacji podwójnych staje się obecnie coraz powszechniejszy, między innymi ze względu na wysokie wymagania stawiane budynkom w zakresie minimalizacji zużywanej przez nie energii. Projektowanie współczesnych budynków stało się dużym wyzwaniem dla architektów i powoduje konieczność zaangażowania do współpracy specjalistów z innych dziedzin inżynierii i nauki. Forma i kształt zewnętrzny budynków zaczynają bowiem w coraz większym stopniu być wynikiem nie tylko preferencji estetycznych projektanta i inwestora oraz obowiązujących trendów w dziedzinie budowania formy architektonicznej ale również powinny uwzględniać zapisy coraz to ostrzejszych wymagań w zakresie ochrony cieplnej i optymalizacji gospodarki energetycznej budynków, a co za tym idzie również fizyki budowli. O kształcie przestrzennym budynku, jego wyrazie plastycznym i sposobach rozwiązania detali architektonicznych elewacji decydują sposoby wentylacji budynku, zapewnienie optymalizacji oświetlenia wnętrza, jak również zapewnienie maksymalnego i zoptymalizowanego komfortu energetycznego obiektu.

O wzrastającej roli tego typu tendencji niech świadczą również oddolne inicjatywy w tym zakresie, których realizacja i coraz szersze skutki oddziaływania można również zauważyć na naszym terenie. Bardzo spektakularnym przykładem wzrastającej roli zastosowań tego typu jest tutaj nadawanie certyfikatów LEED1) projektowanym i realizowanym obiektom architektonicznym. Dzieje się to na drodze analizy zużycia energii w budynku, komfortu termicznego jego użytkowników, jakości oświetlenia dziennego, jakości środowiska i powietrza wewnętrznego w budynkach. Na podstawie obliczeń, symulacji i modelowania tworzone są projekty racjonalizacji zużycia energii w budynkach projektowanych. Uzupełnienie modeli teoretycznych poprzez wyniki pomiarów stanowi zaś bazę analiz dla budynków istniejących.

 

2013-09-20-1

Rys. 1. Schemat wentylacji w budynku z atrium i kominem słonecznym. (Źródło: Maria Jaworska-Michałowska: Środowisko zbudowane włączone do ekosystemu – wybrane problemy, „Czasopismo Techniczne” wydawnictwo Politechniki Krakowskiej z. 4-A/2007, ISSN 0011- 1561, ISSN 1897- 6271)

 

Historia zastosowań fasad podwójnych

Już w przeszłości wykorzystywano naturalne zjawiska fizyczne w celu polepszenia klimatu wewnętrznego w budynkach. Pierwsze wzmianki na temat zastosowania rozwiązań wykorzystujących fasady podwójne pojawiają się w XIX w. Podobne i zbliżone sposoby buforowania budynków od środowiska zewnętrznego i wykorzystywania naturalnych systemów wentylacji znane już zresztą były od najdawniejszych czasów. W obiektach wznoszonych na Bliskim Wschodzie stosowano wieże wiatrowe, zwane badgirami. Ich konstrukcja umożliwiała wciąganie świeżego powietrza do obiektu poprzez otwory umieszczone w górnej części wieży2)

 

Wciągane powietrze przepływało obok zbiorników z zimną wodą zlokalizowanych wewnątrz wieży i ulegało w ten sposób schłodzeniu. W Willi Capra zaprojektowanej przez Andrea Palladio funkcjonuje naturalny system wentylacji schładzającej pomieszczenia obiektu. Powietrze zewnętrzne przepływa przez część podziemną budynku aby następnie poprzez system kanałów i otworów w stropie zostać rozprowadzonym po pomieszczeniach obiektu. W górnej części kopuły znajdują się otwory służące wyprowadzeniu powietrza na zewnątrz.

 

2013-09-21-1

 


Fot. 1. Widok obiektu Hallidie Building z fasadą podwójną z 1918 roku w San Francisco, 130 Sutter Street między Montgomery i Kearny, USA. Projekt: Willis Polk
(Źródło: Historic Sites and Points of Interest in San Francisco
http://www.google.pl/imgres?imgurl=http://www.noehill.com/sf/landmarks/financial/hallidie_building)

 

 

W 1849 r.3) text-indent: 20px; Jean-Baptiste Jobard, dyrektor Muzeum Przemysłu w Brukseli, opisał pierwowzór mechanicznie wentylowanej fasady zbudowanej z wielu warstw z wykorzystaniem rozwiązania, w którym w przestrzeni pomiędzy dwoma przeszkleniami zimą przepływa powietrze gorące, zaś latem powietrze schłodzone, zapewniając komfort termiczny w budynku.

W 1903 r. następuje pierwsza realizacja elewacji podwójnej w fabryce zabawek firmy STEIFF w Giengen, w Niemczech4). Punktem wyjścia była próba maksymalizacji zysków światła dziennego przy jednoczesnym uwzględnieniu wpływu warunków klimatycznych w postaci występujących w okolicy niskich temperatur zewnętrznych i silnych wiatrów. Powstał budynek produkcyjny, którego strukturę wewnętrzną zamknięto w trzech kondygnacjach. Przyjęte założenia projektowe i zrealizowane w tym budynku rozwiązania techniczne były na tyle udane, że doczekał się on powielenia w postaci wzniesionych w 1904 r. i 1908 r. kopii z zastosowaniem tego samego systemu ścian podwójnych. Ze względów ekonomicznych następne obiekty zrealizowano przy użyciu drewna zamiast stali, jako materiału konstrukcyjnego. Powłoka zewnętrzna budynku była innowacyjnym, jak na owe czasy, rozwiązaniem ściany osłonowej, składającej się z dwóch warstw przeszkleń. Pierwsza warstwa, zewnętrzna, była ciągłym przeszkleniem na całą wysokość elewacji o niezależnej stalowej konstrukcji nośnej ściany osłonowej, mocowanej punktowo do szkieletowej konstrukcji nośnej budynku. Druga, to również przeszklona ściana o wysokości równej wysokości kondygnacji, zlokalizowana pomiędzy stropami budynku. Obie warstwy tak skonstruowanej ściany osłonowej przenoszą jedynie obciążenia wynikające z własnego ciężaru i parcia wiatru. Komfort cieplny obiektu zapewnia poduszka powietrza o grubości 25 cm znajdująca się wewnątrz ściany osłonowej pomiędzy obydwoma warstwami przeszklenia.

Ściana osłonowa skonstruowana przez Richarda Steiffa i wybudowana w Giengen jest w pełni zgodna z definicją ściany osłonowej, którą sformułował w 1961 roku Rolf Schaal5)  Jednocześnie można z całą pewnością stwierdzić, że ściana osłonowa fabryki zabawek Steiffa w Giengen była wzniesiona piętnaście lat wcześniej niż ściana obiektu Hallidie Building w San Francisco, uważanego powszechnie dotychczas za pierwszą tego typu realizację w historii architektury współczesnej. Willis Jefferson Polk zaprojektował elewację tego obiektu jako szklaną ścianę osłonową – być może jako pierwszą w Ameryce. Ten sposób technicznego rozwiązania konstrukcji elewacji zdominował architekturę komercyjną na całym świecie w następnych latach6).

 

Obiekty fabryki zabawek w Giengen po dokonywanych wraz z biegiem lat pracach modernizacyjnych są nadal z powodzeniem eksploatowane w niezmienionym kształcie.

 

2013-09-21-2

 

Fot. 2. Budowa obiektów fabrycznych firmy STEIFF w Giengen, w Niemczech z fasadą podwójną – stan z 1903.
(Źródło: Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 – The Steiff Toy Factory, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009)

 

2013-09-21-3

 

Fot. 3. Detal przekroju mocowania fasady podwójnej obiektów fabrycznych firmy STEIFF w Giengen w Niemczech.
(Źródło: Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 – The Steiff Toy Factory, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009)

 

2013-09-21-4

 

Fot. 4. Widok obecny budynków fabryki zabawek STEIFF w Giengen w Niemczech 
(Źródło: http://www.panoramio.com/photo/13389760)

 

 

 

 

 

Podczas gdy fabryka FAGUS Waltera Gropiusa i Adolfa Meyera wybudowana w 1911 roku w Alfeld zyskała międzynarodowa reputację, obiekty fabryki zabawek STEIFF pozostały nieznane przez długi czas. Budynek zaprojektowany przez Gropiusa i Meyera posiadał co prawda całkowicie przeszkloną elewację o samodzielnej konstrukcji nośnej, oddzielonej od szkieletowej konstrukcji samego budynku, ale jego elewacja zbudowana była jedynie jako struktura ze szkła pojedynczego. Problem izolacji cieplnej pozostał w tym budynku nierozwiązany. Nawet później, w 1960 roku, Walter Gropius, który powinien wiedzieć, że fabryka Steiffa powstała osiem lat wcześniej niż jego budynek w Alfeld nazwał się sam pierwszym architektem, który zastosował ścianę osłonową ze szkła.

 

 

 2013-09-21-5

Fot. 5. Widok fasady pojedynczej budynku administracyjnego firmy FAGUS w Alfeld, w Niemczech.
(Źródło: Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 – The Steiff Toy Factory, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009)

 

Tego typu rozwiązania elewacji ze szkła, o powierzchniach większych niż odpowiadające jednemu poziomowi budynku, nie były obce architekturze europejskiej. Już w 1898 r. zastosowano je w domach handlowych Knopf w Strassburgu oraz Tidemann w Berlinie.

W otwartym w Berlinie sklepie firmy Tidemann, aby otrzymać maksymalną ilość wpadającego do budynku światła, zrezygnowano z wszelkich wypełnień w jego szklanej fasadzie7). Wyeksponowana, nitowana, stalowa konstrukcja wypełniona szkłem była również używana przez Georgesa Chedanne’a w jego budynku biurowym dla Le Parisien, wybudowanym w 1903 r. W tym przypadku użył on zarówno nośnych elementów, jak i nienośnych szkleń okiennych wraz z pachami z blachy falistej. Sławny za sprawą swojej żelazno-szklanej konstrukcji stał się również drugi przemysłowy budynek autorstwa Waltera Gropiusa i Adolfa Meyera – Musterfabrik – wykonany na potrzeby wystawy niemieckiego Werkbundu w 1924 roku w Kolonii. Obudowa klatek schodowych oraz cała górna część tylnej fasady została zaprojektowana jako wykonana ze ścian osłonowych.

 

 

 
2013-09-22-1

Rys. 2. Widok elewacji pojedynczej ze szkła obiektów produkcyjnych firmy Berlin Iron Bridge Company w East Berlin-Connecticut w Stanach Zjednoczonych.
(Źródło: Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 – The Steiff Toy Factory, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009 [za] Hunter Bradley, B., The works. The industrial architecture of the United States. New York, Oxford: Oxford United Press, 1999, str. 150).

 

 

Wzniesiony w 1926 roku budynek studia Szkoły Bauhaus w Dessau autorstwa Waltera Gropiusa dokumentuje i wyznacza zwrotny punkt w rozwoju konstrukcji ścian osłonowych. Kwestia w jaki sposób Richard Steiff został zainspirowany do swojego radykalnego projektu pierwszego budynku z serii Steiff i skąd wiedział jak zastosować prototypowe konstrukcje stalowo-szklane pozostaje otwarta. Amerykańska architektura ostatnich dekad dziewiętnastego wieku była początkiem dla bardzo ważnych odkryć na polu konstrukcji szkieletowych ze stali i zastosowania szkła, pomimo to, że faktyczne ściany osłonowe nie były wtedy używane. Pomiędzy 1890 a 1891 rokiem Berlińska Kompania Mostów Żelaznych w East Berlin w stanie Connecticut używała nieprzerwanych przewiązek z ram żelaznych nad ścianami ceglanymi przy realizacji budynku o wymiarach 80x400 stóp, służącego jako hala produkcyjna8).

 

 2013-09-22-2

 

Fot. 7. Obiekt fabryki zabawek firmy Steiff w Giengen w Niemczech – zdjęcie z ilustrowanego katalogu Eisenwerk München AG z 1905 roku
(Źródło: Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 – The Steiff Toy Factory, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009, [za] Bayerisches Wirtschaftsarchiv, München, BWA, S 12/9)

 

 

Te długie konstrukcje były głównie używane jako miejsca obróbki ciężkich, stalowych elementów, gdzie konieczne było użycie żurawi dla przenoszenia dużych ciężarów, lecz miały tylko jedną kondygnację. Dodatkowo, budynki te wymagały dużych, otwartych przestrzeni pozbawionych słupów. Jedynie stalowe konstrukcje dawały możliwość uzyskania takich rozpiętości przy jednoczesnym absorbowaniu sił od działających żurawi. Samo to urządzenie było wykonywane jako element przynależący do konstrukcji samego budynku, w tym do konstrukcji nośnej. Ponieważ ramy konstrukcji dźwigu żurawia były wkomponowane w konstrukcję ramową hali, trudno było zastosować typowe w takich sytuacjach murowane wypełnienie z tradycyjnymi oknami. Dodatkowo, wciąż pozostawał problem korozji. Krok po kroku wypełniano więc te przestrzenie szkleniem, lecz wciąż pozostawiając dolny pas murowanej ściany.

 

Pod koniec dziewiętnastego wieku technika produkcji stalowych elementów pozwalała już na wykorzystanie walcowania na gorąco, a wprowadzenie standaryzacji przy tworzeniu stalowych okien pozwoliło na rozwój bardziej elastycznych podejść do tego tematu. Wszystkie te czynniki przyczyniły się do całkowitej rewolucji w podejściu do problemu szklenia w architekturze. Według R. McGrath i A.C. Frost, ściana osłonowa jest jedynie logicznym przedłużeniem stalowego okna9) Jednak wciąż wynalazek stalowej ściany osłonowej musi być postrzegany jako konsekwencja rozwoju stalowych konstrukcji ramowych, które nie tylko implikowały standaryzację i seryjną produkcję, lecz również odpowiadały na zapotrzebowanie budownictwa przemysłowego, potrzeby zwiększenia dostępu do światła słonecznego oraz lepszego przebiegu procesu pracy. Między innymi z tych przyczyn ścian osłonowych używano w budynkach wysokich, wielokondygnacyjnych. Za pierwszy przypadek użycia tej konstrukcji w jej czystej formie uważa się budynek fabryki zabawek STEIFF w Giengen10).

 

Jest to bez wątpienia jeden z najważniejszych budynków tego typu z okresu pierwszej dekady dwudziestego wieku. Daleko od regionów przemysłowych Richard Steiff odniósł sukces wznosząc budynek fabryki zabawek w ścisłej współpracy z Eisenwerk Muenchen AG, poprzez połączenie nowych amerykańskich metod konstrukcyjnych i innowacyjnych rozwiązań inżynieryjnych. Stworzył on wysoce nowatorski, jak na owe czasy, budynek. Główną cechą jego podejścia do procesu projektowego była ekonomicznie uzasadniona i szybka realizacja projektowanego obiektu, która została w dużej mierze zagwarantowana poprzez użycie stosunkowo tanich prefabrykatów ze stali i szkła11).

 

W trakcie poszukiwania nowych wzorów zabawek za oceanem, obserwując sukces pluszowego misia jako zabawki w Stanach Zjednoczonych Richard Steiff zaznajomił się z najnowszymi trendami w budownictwie przemysłowym, które skłoniły go do wybudowania zupełnie nowego i nowatorskiego budynku produkcyjnego w nowoczesnej amerykańskiej stylistyce. Przy pomocy tego obiektu stworzył on nowy niepowtarzalny wizerunek swojej wittemberskiej fabryki zabawek na świecie.

 

W opozycji do szeroko znanych współczesnych budowli, takich jak te zaprojektowane przez Waltera Gropiusa, fabryka zabawek Steiffa nie została stworzona przez znanego architekta. Była rezultatem produktywnej i ścisłej współpracy właściciela firmy oraz inżynierów z Eisenwerk München AG. Fabryka Steiffa uznawana jest za pionierski projekt budynku przemysłowego, który do tej pory nie znalazł godnego siebie następcy. Prostota idei formy i funkcji podporządkowanych głównie korzyściom ekonomicznym i procesom produkcyjnym, w połączeniu z ich bezkompromisową nowoczesnością, która znalazła swój wyraz w pierwszym zastosowaniu podwójnej ściany osłonowej, potwierdza bez wątpienia tę opinię.

 

1) System LEED (Leadership in Energy and Enviromental Design) został stworzony i rozwinięty w 1998 roku przez niezależną amerykańską organizację Green Building Council propagującą ideę Eko-Budownictwa. Organizacja ta zrzesza m.in. firmy, uczelnie wyższe, szkoły, jednostki rządowe zainteresowane podejmowaniem działań w kierunku promowania i tworzenia „zielonych budynków”.

2) Maria Jaworska-Michałowska, Środowisko zbudowane włączone do ekosystemu – wybrane problemy, „Czasopismo Techniczne”, wydawnictwo Politechniki Krakowskiej z.4-A/2007, ISSN 0011- 1561, ISSN 1897- 6271

3) Dariusz Heim, Marcin Janicki, Izolacyjność fasad podwójnych. Symulacje energetyczne wybranych przypadków, “Izolacje” 7/8/2010

4) Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Germany, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 - The Steiff Toy Factory, III Międzynarodowy Kongres Historii Budownictwa, Congress on Construction History, Cottbus, maj 2009, str. 2.

5) Schaal, R., 1961: Vorhangwände. München, Callwey

6) Here Today: San Francisco’s Architectural Heritage, Chronicle Books, 1968

7) Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, “The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 - The Steiff Toy Factory”, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009 [za] Zaar, K.; Zaar, A. L.,: Entwerfen, Anlage und Einrichtung der Gebäude. Gebäude für die Zwecke desWohnens, des Handels und Verkehres. Geschäftshäuser und Kaufhäuser, Warenhäuser und Messpaläste, Passagen oder Galerien. In: Handbuch der Architektur. Vierter Teil, 2. Halbband, 2. Heft. Stuttgart: Arnold- Bergsträsser Verlagsbuchhandlung, 1902, rys. 9, str. 62-64

8) Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Germany, The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 - The Steiff Toy Factory , III Międzynarodowy Kongres Historii Budownictwa, Congress on Construction History, Cottbus, maj 2009, [za] Hunter Bradley, B., The works. The industrial architecture of the United States. New York, Oxford: Oxford United Press,1999, rys. 10, str. 150

9) Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, “The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 - The Steiff Toy Factory”, III Międzynarodowy Kongres Historii Budownictwa, Congress on Construction History, Cottbus, maj 2009, [za] McGrath, R. ; Frost, A. C.; Glass in Architecture and decoration, London; The Architectural Press, 1961, str. 164

10) Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, “The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 - The Steiff Toy Factory”, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009, str. 4

11) Anke Fissabre, Bernhard Niethammer, RWTH Aachen University, Aachen, Niemcy, “The Invention of Glazed Curtain Wall in 1903 - The Steiff Toy Factory”, Third International Congress on Construction History, Cottbus, May 2009, [za] Bayerisches Wirtschaftsarchiv, München, BWA, S 12 / 9

 

(...)

 

Janusz Barnaś
Politechnika Krakowska

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

Więcej informacj: Świat Szkła 09/2013

 

 

 

 

 

01 chik