Celem tego artykułu jest przedstawienie nowoczesnych koncepcji zewnętrznych ścian i dachów budynków posiadających możliwości aktywnego dopasowywania się do potrzeb. Takie "inteligentne" fasady współdziałając z instalacjami budynku mogą sprawić, że będzie on spełniał swoje funkcje w sposób przyjazny dla użytkowników i środowiska. Aby jednak Czytelnik nie odniósł wrażenia, że tytuł jest całkiem nietrafiony zwróćmy uwagę, że niezwykle ważne dla realizacji wspomnianych koncepcji jest wdrożenie do praktyki budowlanej elektronicznych, cyfrowych systemów sterowania instalacjami budynku. 

 

 

Obecność takich nowoczesnych cyfrowych sieci sterowania w nowych budynkach jest dzisiaj coraz częstsza. Zwłaszcza ma to miejsce w budynkach biurowych, hotelach i budynkach użyteczności publicznej. Obecnie w tym kontekście mówi sie często o „inteligentnym budynku” lub „inteligentnym domu”. Terminy te oznaczają, ze wyposażono budynek w zintegrowany, cyfrowy system sterowania, regulacji, monitorowania i nadzoru oparty na standardzie EIB (European Installation Bus System) lub standardzie LonWorks (Local Operating Network).

 

System taki, to siec składająca sie z poszczególnych urządzeń, które obierają i nadają zakodo- wane sygnały cyfrowe poprzez wspólna magistrale przesyłania danych. Magistrala ta jest wspólna dla wszystkich, podłączonych do niej systemów budynku, takich jak np.: kontroli dostępu, informatyczny, telekomunikacyjny, wentylacji, klimatyzacji, ogrzewania, oświetlenia, ochrony przeciwpożarowej.

 

Dzieki temu można sterować wszystkimi systemami budynku jednocześnie. Zapewniają to podłączone do magistrali: centralna jednostka sterująca (jest nią najczęściej komputer klasy PC), zestawy czujników, urządzenia wykonawcze, lokalne układy regulacyjne. Centralna jednostka sterująca pozwala na wprowadzenie algorytmu sterowania opracowanego indywidualnie dla każdego budynku.

 

Podłączenie do tego systemu ruchomych elementów fasad stwarza nowe możliwości takiej koordynacji i optymalizacji pracy wszystkich systemów, aby uzyskać jak najlepsze dopasowanie budynku do potrzeb użytkowników i minimalizacje zużycia energii. W tym kontekście ściany zewnętrzne i dachy wyposażone w przestawiane elektrycznie elementy zmieniające ich właściwości możemy dla potrzeb tego artykułu nazwać „e-fasadami”.

 

*) Artykuł jest referatem wygłoszonym na seminarium „Fasady i konstrukcje przeszklone – bez- pieczne, energooszczedne i funkcjonalne”. Warszawa 27.10.2003.

 

 

2003 11 19 1

 

2003 11 19 2

 

Rys. 1. E-fasada typu podwójna skóra w budynku biurowym firmy Braun AG (architekci Schneider+Schumacher)
a. Rysunek koncepcyjny architektów
b. Fotografia fasady z otwartymi oknami

 

 

 

Rola „e-fasad” w koncepcji wentylacji i klimatyzacji
Spośród bardzo wielu zagadnień związanych z poszukiwaniem idealnego budynku szczególnie istotnym z punktu widzenia rozwoju konstrukcji fasad sa zagadnienia zwiazane z wentylacja, klimatyzacja i ogrzewaniem. Obecny standard w tej grupie budynków to mechaniczna wentylacja nawiewno-wywiewna z odpowiednia obróbka powietrza wprowadzanego do pomieszczeń. Ze względu na koszty ta obróbka ogranicza sie do schładzania lub ogrzewania i nie obejmuje nawilżania, jonizacji i filtracji. Nieodłączna cecha tego standardu jest brak możliwości otwierania okien. Istotne wady takiej koncepcji to wysokie koszty zainstalowania urządzeń i ich eksploatacji. W szczególności bardzo kosztowna i energochłonna jest klimatyzacja i to pomimo ograniczenia jej tylko do obniżania temperatury powietrza.

 

 

Długoletnie doświadczenie w użytkowaniu tak wyposażonych budynków wykazało ich niekorzystny wpływ na zdrowie ludzi. Po pierwsze, występują zagrożenia spowodowane klimatyzacja, zwłaszcza taka bez nawilżania powietrza i jego jonizacji. Przebywanie w pomieszczeniach klimatyzowanych może powodować kłopoty laryngologiczne, dermatologiczne, okulistyczne i alergiczne związane ze zła jakością powietrza (jest ono za suche).

 

Groźna jest tez rozwijająca sie w zle czyszczonych wnętrzach urządzeń klimatyzacyjnych bakteria Legionella pneumophilia, która może powodować u człowieka ostre zapalenie płuc i opłucnej. Po drugie zagrodzeniem jest stały szum spowodowany działaniem wentylacji oraz poczucie zamknięcia, braku kontaktu z otoczeniem, wynikające z niemożnością otwierania okien oraz długotrwała praca przy sztucznym oświetleniu. Te ostatnie czynniki niekorzystnie oddziałują na psychikę ludzi i sa powodem złego samopo- czucia i zmniejszenia wydajności pracy.

 

 2003 11 20 1

Rys. 2. Koncepcja fasady dwupowłokowej z powłoka pomocnicza od strony wnętrza. Powietrze spomiędzy powłok zasysane przez wentylacje. Brak możliwości otwierania okien


Nowatorskie podejście do omawianego splotu zagadnień to z pozoru powrót do rozwiązań wydawać by sie mogło historycznych. Zakłada ono zastąpienie wentylacji mechanicznej wentylacja naturalna z wykorzystaniem otwierania okien oraz zastąpienie klimatyzacji maksymalnym wykorzystaniem smrodków ochrony przeciwsłonecznej i schładzaniem pomieszczeń przez stropy lub belki zasilane zimna woda. Koniecznym uzupełnieniem takiej koncepcji jest niestandardowa konstrukcja ściany zewnętrznej z ruchomymi elementami pozwalającymi wpływać na intensywność wymiany powietrza, a także zintegrowany system sterowania nadzorujący proces wymiany powietrza i temperaturę w pomieszczeniach.

 

Stosowana od najstarszych czasów wentylacja naturalna niesie z sobą zagrożenie zbyt małej skuteczności. Człowiekowi do oddychania jest niezbędne powietrze czyste, pozbawione nadmiaru wydychanego przez ludzi dwutlenku węgla i wydzielanej w pomieszczeniu pary wodnej oraz zanieczyszczeń takich jak np. dym papierosowy. W przypadku zbyt małej wymiany powietrza i związanej z tym nieodpowiedniej jego jakości mamy do czynienia ze złym samopoczuciem, bólami i zawrotami głowy, zmęczeniem, podrażnieniem błony śluzowej nosa, podrażnieniem gardła, po- drażnieniem skóry, uczuleniami, alergiami. Z tego powodu poprawne rozwiązanie wentylacji naturalnej jest bardzo trudne i wymaga nowoczesnych metod sterowania wydajnością.

 

 

 

2003 11 20 2

Rys. 3. Koncepcja fasady typu podwójna skóra – rozwiązanie o nazwie DUOWALL 2 firmy Wicona. Powłoka pomocnicza jest umieszczona od zewnątrz.
Żaluzje międzyszybowe umieszczono w szybie zespolonej powłoki zewnętrznej. Wylot powietrza z przestrzeni miedzypowłokowej sterowany jest elementem obrotowym.
Rozwiązanie zapewnia mozliwoss otwierania okien w powłoce wewnętrznej

 


Obecnie można spotkać nieliczne, odważne realizacje koncepcji stosowania wentylacji naturalnej w nowych budynkach biurowych. Sa one dziełem architektów wspartych wiedza specjalistów różnych branż. Dwa z nich opisał w „Świecie Szkła” nr 3/2003 i 4/2003 Marcin Brzezicki. Sa to: budynek londyńskiego ratusza autorstwa biura Foster&Partners (2002) oraz hotel „Seestern” w Düsseldorfie projektu firmy Schneider+Schumacher (2001). Pierwszy z nich zakłada stosowanie tylko i wyłącznie wentylacji naturalnej, natomiast w drugim wentylacje naturalna wspomaga mechaniczna. Podobna koncepcje jak we wspomnianym hotelu, architekci firmy Schneider+Schumacher sprawdzili wcześniej w budynku biurowym firmy Braun AG w niemieckiej miejscowości Kronberg (2000). We wszystkich trzech przypadkach ściany zewnętrzne sa fasada dwupowłokowa nazywana popularnie podwójna skóra. W tych przykładach obie powłoki sa wyposażone w otwierane elementy sterujące przepływem powietrza uruchamiane elektrycznie oraz w umieszczone miedzy powłokami sterowane elektrycznie żaluzje przeciwsłoneczne

 

2003 11 21 1

Rys. 4. Sciana dwupowłokowa typu podwójna skóra budynku biurowego firmy Siblik w Wiedniu (architekt Johann Brennig, realizacja Gartner). Widok na przestrzen miedzypowłokowa. Zewnetrzna powłoka pomocnicza z oknami odchylanymi. Sciana wewnetrzna z oknami przesuwnymi i słupami stalowymi stanowiacymi elementy grzejne wykorzystujacymi wode ze zródeł geotermalnych

 

Fasady dwupowłokowe jako „e-fasady”
Fasady dwupowłokowe bywaja stsowane nie tylko w budynkach o tak nowatorskiej koncepcji. Stosuje sie je takze w budynkach o bardziej klasycznych rozwiazaniach wentylacji i klimatyzacji. Moga one byc jedynie nowoczesnym, artystycznym srodkiem wyrazu w kształtowaniu bryły budynku albo rozwiazaniem zapewniajacym poprawe komfortu cieplnego w pomieszczeniach, obnizenie hałasu i zapewniajacym mozliwosc otwierania okien. We wszystkich jednak wariantach wyposaza sie je w ruchome osłony przeciwsłoneczne (zaluzje rolety, okiennice).

 

W fasadach tych bywaja takze stosowane róznego rodza- ju nastawne elementy sterujace miedzypowłokowym przepływem powietrza. Elementy te zamykaja przepływ powietrza zima umozliwiajac lepsza ochrone cieplna, a otwierane sa latem, gdy nalezy zintensyfikowac przepływ miedzypowłokowy. Optymalizacja pracy sciany dwupowłokowej wymaga sterowania tymi elementami w cyklu dobowym i rocznym.

 

Warto jeszcze dodac, ze fasady dwupowłokowe z otwieranymi oknami powłoki wewnetrznej umozliwiaja stosowanie nocnego chłodzenia budynku. Je- sli w okresie upałów w nocy jest relatywnie chłodno to otwierajac okna wprowadzamy chłodne powietrze do budynku. Moze ono w pewnym stopniu schłodzic stropy i inne elementy o duzej pojemnosci cieplnej i dzieki czemu nastepnego dnia wnetrza nie nagrzeja sie tak szybko. Efektywnosc chłodzenia nocnego nie jest na ogół zbyt wysoka a jego wprowadzenie wymusza zastoso- wanie elektrycznie otwieranych okien i odpowiedniego sterowania całym procesem.

 

 2003 11 21 2

Rys. 5. Budynek Akademie Mont Cenis w miejscowosci Herne (architekci Jourda & Perraudin Architects). Sciana zewnetrzna i dach hali, w której postawiono budynki akademii. Widoczne okna zapewniajace wentylacje hali oraz ogniwa fotoelektryczne w dachu

 

2003 11 21 3

Rys. 6. Drapacz chmur „4 Times Squer” w Nowym Jorku (architekci Fox&Fowle)

 

 

Rola e-fasad w oszczednosci energii
Waznym aspektem kształtowania budynku, jego scian osłonowych i instalacji jest oszczednosc energii zuzywanej w trakcie jego uzytkowania. Ma to nie tylko znaczenie dla kosztów eksploatacji ale tez dla ochrony srodowiska, bowiem wytwarzanie energii, to przede wszystkim spalanie paliw, powodujace produkcje dwutlenku wegla. Gaz ten gromadzac sie w atmosferze powoduje efekt cieplarniany. Zmniejszajac zapotrzebowanie budynku na energie ograniczamy emisje CO2 do atmosfery. W standardowej koncepcji budynku z mechaniczna wentylacja, wyposazonego w klimatyzacje i ogrzewanie instalacje te sa bardzo istotnym zródłem zapotrzebowania na energie. Dotyczy to zwłaszcza klimatyzacji.

 

2003 11 21 4

Rys. 7. Eksperymentalny budynek „Zero energy house” we Freiburgu (architekt Hoelken & Berghoff) czyli budynek samowystarczalny energetycznie

 

 

 


Zastosowanie powyzej opisanej koncepcji wentylacji naturalnej jest istotnym krokiem w kierunku zmniejszenia zuzycia energii. W zakresie konstrukcji scian zewnetrznych oszczednosc energii zapewniaja urzadzenia pozwalajace chronic wnetrza przed nadmiarem energii zawartej w promieniowaniu słonecznym, a z drugiej strony pozwalajace pozyskiwac energie promieniowania słonecznego poprawiajac tym samym bilans energetyczny budynku. To pier- wsze zadanie spełniaja róznego rodzaju osłony przeciwsłoneczne, Moga to byc elementy stałe lub ruchome takie jak zaluzje, rolety okiennice.

 

Pozyskiwanie energii z wykorzystaniem sciazewnetrznych i dachu budynku mozna realizowac odpowiednim układem prze- szklenia przezroczystego, stosowaniem paneli z izolacja transparentna, stosowaniem wodnych lub powietrznych kolektorów słonecznych oraz stosowaniem ogniw fotowoltaicznych. W szczególnosci bardzo wygodne w stosowaniu jest pozyskiwanie energii słonecznej za pomoca ogniw fotowoltaicznych. Z punktu widzenia całego budynku, a nie fasady moga byc stosowane takze inne odnawialne zródła energii. Moze to byc np. energia geotermalna.

 

2003 11 22 1

 

2003 11 22 2


Rys. 8. Zastosowanie luster do oswietlenia atrium budynku BRC w Warszawie (Architekt T. Spychała)

 

 

Zapewnienie dziennego oswietlenia
Długotrwała praca przy oswietleniu sztucznym w biurowcach jest niewskazana z punktu widzenia zdrowotnego. Jednoczesnie zwiekszenie wykorzystania oswietlenia dziennego jest zródłem oszczednosci energii. Warto przy tym pamietac, ze ilosc energii zuzywana do oswietlenia sztucznego jest w skali roku porównywalna z energia zuzywana do ogrzewania. Ponadto oswietlenie sztuczne stanowi zródło ciepła, co jest niekorzystne w przypadku koniecznosci chłodzenia pomieszczen.

 

Stosowanie tradycyjnych osłon przeciwsłonecznych (zaluzji, rolet, markiz, okiennic) zbyt zacienia pomieszczenie, zmuszajac do właczania oswietlenia sztucznego. Urzadzeniem w istotny sposób poprawiajacym sytuacje sa specjalne elementy lub odpowiednio wykonane zaluzje, które moga doswietlac pomieszczenie odbijajac swiatło słoneczne w kierunku sufitu. Sufit rozprasza i odbija to swiatło zapewniajac poprawne oswietlenie dzienne. Jest to korzystne, bo bezposrednie oswietlenie słoneczne jest za bardzo kontrastowe i meczy wzrok, a ponadto utrudnia korzystanie z monitorów.

 

Innym przykładem zapewniania oswietlenia dziennego jest, zaprojektowany przez T. Spychałe, budynek BRC (obecnie siedziba PZU SA). Umieszczony na dachu tego budynku system luster kieruje swiatło dzienne do wnetrza atrium, poprzez swietlik dachowy.

 

2003 11 22 3

 

2003 11 22 4

 

2003 11 22 5

 

 

Rys. 9. Srodki zwiekszajace mozliwosci wykorzystania oswietlenia dziennego wg firmy Warema
a. zewnetrzny daszek – półka lustrzana
b. zaluzje zewnetrzne z odwrotnie ustawionymi górnymi lamelami
c. system „heliostat” do oswietlania atrium

 

 

Rola „e-fasad”w bezpieczenstwie przeciwpozarowym
Bezpieczenstwo pozarowe wymaga stosowania dodatkowych elementów otwieranych lub zamykanych w razie pozaru. Istota zapewnienia bezpieczenstwa ppoz. polega na zapobiezeniu rozprzestrzeniania sie pozaru, zapewnieniu bezpiecznych dróg ewakuacyjnych pozwalajacych uciec ludziom znajdujacym sie nawet w najdalszych zakamarkach płonacego budynku oraz umozliwieniu dostepu ekipom ratowniczym. Elementy „e-fasad” których otwieraniem steruje automatyka p.poz. to drzwi ognioodporne lub dymoszczelne, klapy i okna oddymiajace, drzwi napowietrzajace.

 

Jak widac z powyzszego opisu stosowanie e-fasad jest zwiazane z właczeniem ich w całoscia koncepcje działania budynku. Zatem dobór elementów przestawialnych i sposób realizacji sterowania w fasadach zalezy od tej ogólnej koncepcji.

 

Jerzy Michałek
Wicona


 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 11/2003
 

 

 

 

 

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.