Osłony przeciwsłoneczne fasad - rodzaje i przykłady zastosowań

Osłony przeciwsłoneczne fasad zyskują popularność ze względu na zmiany klimatyczne, coraz wyższe temperatury i zapotrzebowanie na chłodzenie budynków. Dzięki osłonom przeciwsłonecznym ogranicza się ilość światła słonecznego, które przedostaje się do wnętrz, a tym samym zredukuje obciążenie cieplne będące skutkiem ubocznym efektu cieplarnianego.

Spis treści

1. Zewnętrzne osłony przeciwsłoneczne stałe
2. Zewnętrzne osłony przeciwsłoneczne regulowane
3. Okiennice jako osłony przeciwsłoneczne
4. Osłony przeciwsłoneczne między taflami szkła
5. Fasady adaptowalne
6. Regulowane wewnętrzne osłony przeciwsłoneczne
7. Osłony przeciwsłoneczne - podsumowanie

Obciążenie cieplne jest tym samym zjawiskiem fizycznym, które w skali planety wpływa na podnoszenie średnich temperatur i ocieplenie klimatu. W dużym uproszczeniu, w odniesieniu do pojedynczego pomieszczenia, polega ono na tym, że przeszklenie działa jak filtr selektywny. Przez szkło fasady do wnętrza przepuszczane jest słoneczne promieniowanie krótkofalowe. W pomieszczeniu światło pochłaniane jest przez różne powierzchnie (ściany, podłogi, meble itp.) które nagrzewają się i zaczynają emitować ciepło (długofalowe promieniowanie podczerwone). Ciepło z kolei nie jest przepuszczane przez przeszklenie na zewnątrz (szkło przepuszcza promieniowanie krótkofalowe, ale zatrzymuje długofalowe). W ten sposób energia kumuluje się w pomieszczeniu, podnosząc temperaturę. Efekt ten – bardzo pożądany w zimie – jest przyczyną znacznego przegrzewania się pomieszczeń w lecie.

• Przegląd nowoczesnych systemów fasadowych i ich charakterystyka

Podstawowymi metodami pozbywania się nadmiaru ciepła z pomieszczenia są: naturalna wentylacja i klimatyzacja mechaniczna. Naturalna wentylacja (zarówno grawitacyjna, jaki przewietrzanie) pozwalają bardzo skutecznie usunąć ciepło z pomieszczenia, pod warunkiem że temperatura powietrza na zewnątrz jest niższa (o około 5°C) niż ta, którą zaprojektowano wewnątrz. Wadą naturalnej wentylacji jest to, że jest w znacznym stopniu pozostaje zależna od warunków zewnętrznych, na przykład prędkości wiatru, nasłonecznienia, obiektów sąsiadujących, przez co trudno ją regulować.

Tych wad nie ma klimatyzacja mechaniczna, która – sztucznie wytwarzając obszary pod- i nadciśnienia – wtłacza do pomieszczeń powietrze o żądanej temperaturze, odbierając gromadzące się wewnątrz ciepło. Minusem klimatyzacji mechanicznej jest koszt (instalacji i funkcjonowania) oraz duży ślad węglowy. Badania wykazały, że schładzanie metrasześciennego kubatury jest nawet 3–5 razy droższe niż jej ogrzewanie.

Pewnym rozwiązaniem problemu przegrzewania może być również zastosowanie szkła refleksyjnego, które powoduje stałe ograniczenie przenikania światła i tym samym ciepła. Gdy świeci słońce, system sprawdza się doskonale, ale przy zachmurzonym nieboskłonie do wnętrza przedostaje się zbyt mało światła niezbędnego do pracy. Wtedy wewnątrz trzeba uruchomić sztuczne oświetlenie. Systemy zacieniające pełnią zatem fundamentalną rolę. Ich zadaniem jest niedopuszczenie do gromadzenia się nadmiaru energii w pomieszczeniu. Dzięki ich zastosowaniu nie tylko oszczędzana jest energia (przeznaczona na działanie klimatyzacji), lecz także redukowany jest ślad węglowy. Odpowiednio zaprojektowane systemy mogą służyć przez lata, przyczyniając się również do wzrostu komfortu wizualnego (ang. visual comfort) użytkowników, redukując odblaski i eliminując plamy jaskrawego światła słonecznego.

Wykorzystywane obecnie systemy można w dużym uproszczeniu podzielić w zależności od miejsca ich montażu. Biorąc pod uwagę to kryterium, wyróżniamy systemy zewnętrzne i wewnętrzne; takie, które są zlokalizowane między dwoma warstwami szkła (na przykład w podwójnych fasadach) oraz takie, które są zintegrowane z taflą szkła (foto-, termo- i elektrochromiczne). Pod względem mechanicznym wyróżniamy:

• systemy okiennicowe (w formie zewnętrznych skrzydeł),
• lamelowe (złożone z mniejszych lub większych segmentów, na przykład żaluzje),
• płaszczyznowe/roletowe (składające się z płaszcza tkaniny).

Producenci oferują również wiele systemów kombinowanych, w różnych wariantach. Możliwe jest również łączenie funkcji zacieniającej z funkcją produkcji energii w tzw. żaluzjach lub przesłonach fotowoltaicznych. Rosnącą popularność zdobywają systemy zacieniające stosowane w tzw. fasadach adaptowalnych, które automatycznie dostosowują się do nasłonecznienia i pogody.

Zewnętrzne osłony przeciwsłoneczne stałe

Systemy te mają najczęściej formę wysuniętych elementów elewacji (daszków lub skrzydeł), zazwyczaj zlokalizowanych nad oknem, ale również obok niego, głównie od strony południowej. Charakteryzują się stałą, niezmienną geometrią.W czasie ich projektowania uwzględnia się ścieżkę słońca po nieboskłonie, tak aby zoptymalizować efekt zacieniający. Do takich systemów należy stały system zainstalowany na elewacji City Green Court w Pradze (arch. Richard Meier & Partners), który ma formę przestrzenną pionowego skrzydła na stałe zlokalizowanego od tej strony, od której pada więcej światła słonecznego.

Interesujące są stałe, nieregulowane systemy żaluzjowe, które pozwalają na zacienienie całych szklanych elewacji. Jednym z przykładów jest południowa fasada Istituto Atesino di Sviluppo w Trydencie (arch. Renzo Piano Building Workshop), zasłonięta stałymi szklanymi żaluzjami, na których zamontowane są baterie słoneczne. Żaluzja jest przezroczysta, a cień rzucają pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne. Z kolei w budynku Urzędu UbezpieczeńSpołecznych w Barcelonie (arch. BCQ Arquitectura) szklana elewacja została zasłonięta nieruchomymi poziomymi żaluzjami. Poziome żaluzje sprawdzają się zdecydowanie lepiej na południowych elewacjach oraz w tych strefach klimatycznych, gdzie słońce operuje pod większym kątem. W takich miejscach przesłony przeciwsłoneczne projektuje się również w formie zewnętrznych, perforowanych obudów, które osłaniają nie tylko okna, ale wręcz cały budynek, filtrując światło słoneczne niczym zacieniająca przesłona. Taką widowiskową przesłonę – wykonaną z blachy perforowanej – zrealizowano w 2011 roku w budynku Centrum Badań Biomedycznych w Pampelunie (arch. Vaíllo & Irigaray). Blacha uformowana jest na kształt wielokątnego origami. Kształt ten ma dwa istotne zadania: usztywnia obudowę i tworzy obszary, w których przesłona sama się zacienia, co potęguje efekt osłabienia promieniowania słonecznego, które przenika do budynku. Podobną przesłonę, tylko wykonaną z siatki cięto-ciągnionej, wykonano w Komisariacie w Brugii (arch. Beel & Achtergael Architecten), a z blachy perforowanej w hotelu Courtyard by Marriott Belgrade City Center w Belgradzie (arch. Katarina Popović).

Zewnętrzne osłony przeciwsłoneczne regulowane

Regulowane zewnętrzne osłony przeciwsłoneczne to najczęściej rolety materiałowe (również tzw. markizy), żaluzje, ale też klasyczne okiennice w bardziej nowoczesnej odsłonie. Systemy te muszą być odporne na oddziaływanie różnych czynników atmosferycznych, przede wszystkim podmuchów wiatru. Część systemów jest zautomatyzowana, wyposażona w wiatromierze i systemy sterowania, które przy przekroczeniu określonej prędkości wiatru zwijają roletę bądź składają żaluzję. Są one bardzo efektywne, ponieważ zatrzymują promieniowanie słoneczne zanim przedostanie się ono do pomieszczenia, pozwalają również na regulację ilości światła, które wpada do wnętrza. Jednym z pierwszych zastosowań takich systemów jest ikona szklanej architektury – budynek Fondation Cartier pour l'Art Contemporain w Paryżu z roku 1994 (arch. Jean Nouvel). Zewnętrzna roleta materiałowa obciążona jest u dołu metalową żerdzią, która porusza się na dwóch prowadnicach wykonanych z naciągniętej stalowej linki. Pozwala to na niezakłóconą pracę w czasie lżejszych podmuchów wiatru. Kiedy powieje mocniej, system zwija rolety w celu ich ochrony przed uszkodzeniem.

Do pracy w warunkach zewnętrznych przystosowuje się również klasyczne systemy żaluzjowe. W budynku Main Point Pankrác (arch. DAM Architects) zastosowano zewnętrzny system na prowadnicach, które są schowane za elementami elewacji, wykonanymi z blachy nierdzewnej. Lamele żaluzji mają neutralny szary kolor i bardzo dobrze stapiają się z elewacją. Zewnętrzne systemy żaluzjowe bywają jednak bardzo skomplikowane. Przykładem takiego systemu jest system zastosowany w budynku firmy Tamedia, zlokalizowanym przy Ernst-Nobs Platz 7 w Zurichu (arch. AtelierWW). Biurowiec wyposażony został w szklaną fasadę, jej południowa część jest zasłaniania przez system poziomych szklanych nieprzezroczystych lakierowanych lameli. Lamele zamocowane są na skomplikowanym systemie metalowychprowadnic, działających na zasadzie pantografu. Prowadnice stabilizują lamelę i sprawiają, że znajdują się one zawszew równiej odległości od siebie.

Okiennice jako osłony przeciwsłoneczne

Do zewnętrznych regulowanych systemów osłon przeciwsłonecznych należą również okiennice – klasyczne rozwiązanie w postaci zewnętrznego skrzydła mocowanego zawiasami w bocznej pionowej osi obrotu (ang. side hung). Ciekawą nowoczesną interpretację tego rozwiązania zastosowano w budynku akademika Poljane w Lublanie (arch. Bevk Perovic Arhitekti), w którym skrzydła wykonano z otworowanej blachy nierdzewnej. Okiennice składają się wielokrotnie, tworząc układ harmonijkowy na prowadnicach, które znajdują się powyżej i poniżej skrzydła.

Na wyróżnienie zasługuje niewątpliwie pneumatyczny system zacieniający, który został zamontowany na fasadzie biurowca MediaTIC w Barcelonie (arch. Enric Ruiz Geli). Właściwa szklana fasada budynku jest od zewnątrz zasłonięta trójwarstwowymi poduszkami wypełnionymi powietrzem. Zmiana ciśnienia, która następuje między dwoma komorami, sprawia, że środkowa warstwa poduszki przylega albo do warstwy wewnętrznej, albo zewnętrznej.Odpowiednio naniesione nadruki pokrywają się – kiedy fasada jest „zamknięta" i rozchodzą – kiedy fasada jest „otwarta”,wpuszczając do wnętrza światło.

Osłony przeciwsłoneczne między taflami szkła

Podwójne elewacje są z reguły budowane z pozbawionego powłok szkła przezroczystego, więc w ich przypadku przyjmuje się odmienną strategię ochrony budynku przed przegrzewaniem i ograniczenia wydatków na kosztowną klimatyzację. Rozwiązania stosowane w podwójnych fasadach pozwalają dostosować stopień przenikania światła do pogody: wykorzystać osłonę przeciwsłoneczną tylko wtedy, gdy jest to konieczne do ochrony przed wzrostem temperatur w pomieszczeniach, natomiast gdy tylko warunki na to pozwalają, korzystać z dobrodziejstwa światła dziennego. System zacieniający instaluje się między wewnętrzną taflą termoizolacyjną (zazwyczaj wykonaną ze szkła zespolonego) a taflą zewnętrzną (wykonaną z pojedynczej szyby). Przybiera on różne formy i jest rozwiązywany odmiennie w zależności od lokalizacji budynku, jego wysokości i wizji formalnej dostarczonej przez architekta. Są dwie podstawowe zalety systemu zacieniającego, który jest zamontowany między warstwami szkła: (i) jest odporny na podmuchy wiatru, nawet na dużych wysokościach, (ii) ciepło emitowane przez nagrzane elementy jest usuwane z przestrzeni podwójnej fasady przez wentylację i nie gromadzi się w pomieszczeniu. Podwójne fasady w połączeniu z systemami zacieniającymi instaluje się więc głównie, choć nie jedynie, na budynkach wysokich.

Jeden z pierwszych systemów żaluzjowych zainstalowano w 1999 roku w biurowcu Düsseldorfer Stadttor w Düsseldorfie (arch. Petzinka, Pink and Partners). Ze względów akustycznych i z uwagi na zanieczyszczenie spalinami (pobliska trasa szybkiego ruchu) podwójna fasada budynku została skonstruowana w formie szklanego klosza. Wewnętrzny płaszcz składa się z otwieranych segmentów okiennych, szklonych zestawami termoizolacyjnymi (1,4 W/m²K). Strefa buforowa sięga od 95 do 140 cm. Zasada działania podwójnej fasady jest następująca: nastawne klapy umożliwiają regulowanie ilości powietrza, które wentyluje przestrzeń pomiędzy warstwami szklenia. Żaluzje znajdują się w przestrzeni powietrznego korytarza pomiędzy taflami podwójnej fasady. Gdy zostają opuszczone, przezroczysta powłoka zmienia się w nieprzezroczystą ścianę. W czasie słonecznej pogody budynek zmienia się jednak nie do poznania i dla zewnętrznych obserwatorów widoczne stają się obie warstwy fasady.

W większości budynków wyposażonych w podwójne elewacje regulowanie ilości światła w pomieszczeniu pozostawia się pracownikom. Mają oni możliwość indywidualnego sterowania skrzydłami okiennymi, żaluzjami, roletami oraz sztucznym oświetleniem wewnątrz. Podwójne elewacje współczesnych biurowców, szczególnie w słonecznie dni, bywają odzwierciedleniem preferencji swoich użytkowników.

Zmienność elewacji jest w tym przypadku całkowicie nieprzewidywalna. Kwatery całkowicie odsłonięte sąsiadują z tymi,w których częściowo lub całkowicie spuszczono zasłony – partie przezroczyste sąsiadują z tymi całkowicie pozbawionymi przezroczystości.

Fasady adaptowalne

Fasady adaptowalne stanowią odmianę zewnętrznych regulowanych systemów zewnętrznych, które umożliwiają automatyczną regulację ilości światła dziennego w czasie rzeczywistym. Typologicznie korzystają one więc z osiągnięć technologicznych systemów zewnętrznych oraz podwójnych fasad. Zgodnie z definicją pozwalają one na reagowanie systemu fasadowego na zmieniające się warunki pogodowe w skali minut, są więc natychmiastowe. Interesującym formalnie przykładem tego systemu jest budynek Uniwersytetu SDU w Kolding (arch. Henning Larsen), w którym zewnętrzny płaszcz fasady stanowią okiennice zaprojektowane na trójkątnej siatce. Kiedy elementy zostają otwarte, za każdym razem tworzą inny wzór na fasadzie, a całość jest szczególnie malownicza.

Regulowane wewnętrzne osłony przeciwsłoneczne

Wewnętrzne osłony przeciwsłoneczne są bardzo popularne i występują we wszystkich dotychczas opisanych wariantach w postaci rolet, żaluzji i okiennic. Ich zaletą jest prosty montaż oraz to, że nie są wystawione na oddziaływanie warunków atmosferycznych. Należy jednak zaznaczyć, że – podczas gdy są bardzo skuteczne w regulacji ilości światła dziennego – mniej efektywnie przeciwdziałają przegrzewaniu się pomieszczeń, ponieważ występuje tu opisany na wstępie efekt cieplarniany. Części rolet i żaluzji nagrzewają się i oddają część ciepła do wnętrza pomieszczenia.

Interesujące zastosowania takich systemów są powszechnie spotykane; można wyróżnić system wewnętrznych żaluzji w budynku biurowym Visionary w Pradze (arch. Jakub Cigler Architekti) oraz klasyczną ikonę szklanej architektury, Francuską Bibliotekę Narodową w Paryżu (arch. Dominique Perrault Architecture), w której do regulacji ilości światła dziennego w magazynach książek wykorzystano wewnętrzne fornirowane drewniane okiennice. Stały się one znakiem rozpoznawczym budynku, ponieważ nieustannie – dostosowując się do ścieżki słońca – tworzą na fasadzie inne wzory

Osłony przeciwsłoneczne - podsumowanie

Jak wynika z zaprezentowanego przeglądu, zarówno projektanci, jak i użytkownicy budynków (szczególnie tych przeszklonych) są świadomi znaczenia systemów zacieniających dla komfortu użytkowników i ograniczenia wydatków eksploatacyjnych. Systemy te są w stanie znacznie zmniejszyć wydatki na klimatyzację, a to wpływa na ograniczenie śladu węglowego. Te racjonalne, użytkowe decyzje nie oznaczają jednak, że systemy zacieniające nie mogą formalnie wzbogacać architektury. Wręcz przeciwnie, dla wielu architektów konieczność ich zastosowania stanowi źródło inspiracji i twórczej manifestacji, co przyczynia się do wielkiej formalnej różnorodności systemu, który współcześnie stanowi niezbędny element racjonalnie zaprojektowanej fasady