V moderní architektuře se fasády stávají nejen estetickým prvkem, ale také klíčovým faktorem pro energetickou účinnost, komfort a udržitelnost budov. Profesor Lothar Wondraczek z Univerzity Friedricha Schillera v Jeně zdůrazňuje, že „Nic z toho není vědecká fikce, tohle vše dnes už dokážeme.“ I přesto, že technologická proveditelnost mnoha inovativních řešení existuje, naráží na materiálovou nedostatečnost a malou ochotu začlenit tyto přístupy do standardů energetické efektivity. „Fasády jsou nejmarkantnější příklad toho, co vše je už možné, a jak malý střípek těchto možností z celkového potenciálu využíváme,“ dodává Wondraczek.
Energetická efektivita a udržitelná výstavba
Na 40 % spotřeby energií v EU připadá na vytápění, chlazení, klimatizaci či osvětlení budov. K tomu, abychom snižovali produkci emisí, bude vždycky účelnější zavádět efektivnější a úspornější systémy, než hledat nové zdroje energie. Udržitelné stavby stojí na jednoduchém principu: největší ekologický přínos často vzniká tím, že budova spotřebuje méně energie po celou dobu života. Právě fasáda rozhoduje o tepelných ztrátách, přehřívání i odolnosti vůči větru a dešti.
Ekologický přístup nezačíná u barvy omítky, ale u volby materiálů a detailů. Je důležité hledat řešení, která vydrží dlouho a dají se opravovat po částech. Trendy u ekologických fasád se posouvají od marketingu k tomu, co je vidět na účtech za energie a na životnosti budovy. Častěji se opravuje a doplňuje, místo aby se fasáda celá strhla. Roste důraz na skladby, které bezpečně pracují s vlhkostí.
Chytrá fasáda a vnitřní prostředí
Chytrá fasáda je pro chytré lidi. Kombinuje dva na první pohled protichůdné požadavky - je „dostatečně zateplená“ a zároveň dobře odvádí vlhkost z interiéru, tedy dobře „dýchá“. Vzniká tak optimální prostředí v interiéru bez rizika kondenzace vodní páry a vzniku plísní. Vlhkost v domě vzniká běžným provozem a potřebuje bezpečnou cestu ven. Difuzně otevřený systém je skladba, která umožňuje vodní páře přirozeně procházet směrem ven a snižuje riziko, že se vlhkost bude hromadit uvnitř konstrukce. Důležité je myslet na celek. Zdivo, izolace, omítky, kotvení, napojení oken i větrání interiéru musí spolupracovat.
Provětrávané fasády
Pomocí předsazené provětrávané fasády docílíte příjemného klimatu v domě, bez vlhkosti a plísní. Oproti klasické kontaktní fasádě totiž u provětrávaných fasád nehrozí riziko vzniku kondenzací mezi vrstvou tepelné izolace a nosnou konstrukcí. Fasáda má pomáhat nejen v zimě, ale i v horku.
Čtěte také: Provedení pohledového betonu
Integrace inteligentních prvků do fasád
Méně než 1 procento fasád průmyslových a veřejných objektů je komplexně integrováno do systému centrálního řízení budov, i když by to mohlo značně zvýšit efektivitu provozu těchto objektů. V budoucnu totiž nebude u fasád rozhodujícím kritériem jen jejich vzhled a výkon, důležitá bude také jejich inteligence. Fasáda je klíčem k vyšší efektivitě v rámci uceleného využívání objektu. Lepší energetická bilance, méně úsilí při správě budovy, flexibilnější využívání nemovitosti, vyšší zhodnocení budovy a především lepší zdraví uživatelů - to jsou fakta, k nimž může inteligentně řízená fasáda významně přispět.
Propojení oken s čidly na snímání vzduchu v místnosti např. velmi prakticky přispívá k eliminaci tvorby nejrůznějších plísní. Automatizované zastínění chrání vnitřní prostory před přehříváním a vyblednutím jejich nejrůznějšího vybavení. Koneckonců jde o to, zahrnout do konceptu inteligentní budovy také fasádu. Pokud je v interiéru komplexně řízeno osvětlení, spotřeba elektrické energie, zabezpečovací technika a protipožární ochrana, proč by měla být vynechána fasáda?
Příklady inteligentních řešení:
- Okna s regulací propustnosti světla: Okna, která dokáží regulovat propustnost světla pouhým stisknutím tlačítka.
- Fasády měnící barvu: Fasády budov, které mohou měnit svou barvu v závislosti na intenzitě dopadajícího záření.
- Integrované fotovoltaické články: Okna a vnější zdi s integrovanými fotovoltaickými články, které dokáží vyrábět elektřinu.
- Dvouvrstvá okna pro chlazení/ohřev: V Centru pro energie a environmentální chemii v Jeně vznikají speciální dvouvrstvá okna, která na základě mikrostruktury kanálků mezi vrstvami umožňují chlazení či ohřev kapalného média či regulaci průsvitu. Tato okna nové generace navíc budou přinejmenším stejně energeticky efektivní, jako ta současná.
Úspory energie díky inteligentním prvkům
V posledních letech byly ztráty tepelné energie drasticky sníženy používáním vhodné izolace fasádního pláště. Spousta energie však stále uniká nekontrolovaným odvětráváním. V této oblasti stále existují obrovské rezervy ovlivňující energetickou bilanci budovy.
- Jednoduchý magnetický spínač dokáže kontrolovat otevřené dveřní a okenní elementy, adekvátně regulovat topení, a uspořit tak až 10 procent nákladů spojených s vytápěním objektu.
- Až 26 procent energie lze ušetřit, pokud se místo centrálního ventilačního systému, nebo jako doplněk k centrální klimatizaci, použije řízené noční chlazení.
- Decentralizované ventilační zařízení integrované v okně lze během jeho provozu dokonce použít k rekuperaci tepla. Podle studie poradenské firmy Drees & Sommer je přitom možno uspořit až 15 procent primární spotřeby energie.
Úsporu energie přitom zajišťují okna zcela skrytě, další funkce jsou pak integrovány do profilů a nikterak nenarušují vzhled fasády nebo místností.
Vliv na produktivitu a zdraví
Kvalita ovzduší a osvětlení pracoviště ve veřejných a průmyslových budovách má zásadní vliv na produktivitu a motivaci jejich zaměstnanců. Kontrolované odvětrávání místností vytváří dobrou pracovní atmosféru a snižuje nemocnost. Mohou tím být systematicky redukovány škodlivé látky ve vzduchu (CO2, rozpouštědla, formaldehydy atd.) a eliminováni původci chorob a infekčních nákaz. Automatizované zastínění pomáhá optimálně využívat denní světlo - bez oslňování a s tepelnou ochranou v letním období. To vše podporuje výkonnost zaměstnanců a vytváří motivující pracovní prostředí. Průzkumy institutu Sentinel Haus Institutes ukazují, jak lze inteligentním řízením kvality vzduchu a dopadu slunečního záření v kanceláři zvýšit ochranu zdraví při práci, motivaci zaměstnanců a produktivitu.
Čtěte také: Cihlový obklad fasády: Průvodce
Stále více citlivěji vnímané téma zdraví a pohody pozitivně zvyšuje hodnotu nemovitosti a váže zaměstnance na jejich zaměstnavatele. Zdraví na pracovišti se může stát také důležitým argumentem při hledání nových kvalifikovaných odborníků.
Flexibilita decentralizovaných systémů
Projektanti se často stále spoléhají na centrální ventilační systémy, neboť decentralizované systémy podle nich vyžadují vyšší výdaje na údržbu spojené s výměnou filtrů. Inteligentně řízené decentralizované ventilační systémy naproti tomu nabízejí výrazně větší flexibilitu. Mohou být instalovány také dodatečně, nebo přizpůsobeny změněné struktuře místnosti. Tato flexibilita využití je stále důležitější především u administrativních a veřejných budov.
Dvojité transparentní fasády
Moderní architektura vyžaduje interdisciplinární přístup a integrované koncepce. Cesta k ekonomicky efektivní tepelné ochraně budov vede přes využívání ekologicky čistých, obnovitelných alternativních zdrojů energie. Jedním z nich je sluneční záření, jehož využití vede přes teorii přirozených fyzikálních meziprostorů. Teoreticky správně koncipovaná dvojitá transparentní fasáda má svoje systémové znaky, vyjádřené přívlastky jako energetická fasáda a ekologická fasáda.
Energetická fasáda se vyznačuje úsporností v každém ročním období. Ekologická klimafasáda napomáhá k hlubší symbióze architektonického prostředí a přírody. Výsledkem vzájemného spolupůsobení je vyšší úroveň architektonického prostředí. Čím více prvků s využíváním přirozených fyzikálních jevů budova má, tím menší je potřebný příkon energie k zabezpečení požadovaných podmínek vnitřního klimatu v budově. Základním úkolem inteligentní budovy je, aby stavební konstrukce a její prvky částečně plnily i roli techniky prostředí.
Modernizace fasády Východočeské energetiky
Modernizace původní klasické fasády administrativní budovy Východočeské energetiky v Hradci Králové představuje modelový přístup k aplikaci nové fasádní techniky. Fasáda využívá přirozeného fyzikálního jevu transformace alternativního zdroje energie, slunečního záření, v přirozeném fyzikálním meziprostoru.
Čtěte také: Realizace OSB fasády
Při rekonstrukci byla zvažována dvě variantní řešení, z nichž dvojitá transparentní fasáda (modifikace C) byla rozpracována a optimalizována. Chodbový meziprostor je v horizontálním směru délkově členěn transparentními příčkami ve vzdálenosti 7,2 metru. Skleněný systém vnější transparentní stěny meziprostoru je koncipován jako jednoduchý bezpečnostní, z tvrzeného kaleného skla. Větrací otvory zabezpečují přirozené větrání meziprostoru a jádra budovy.
Transformaci krátkovlnného slunečního záření na dlouhovlnné tepelné záření v meziprostoru dvojité fasády zabezpečuje lamelová sluneční ochrana, vyrobená z eloxovaného hliníku se stupněm reflexe 50 %.
Charakteristiky dvouplášťových fasád
Fasády s druhým pláštěm jsou zajímavým vývojovým pokračováním typologie fasád v posledních letech. Hlavním znakem fasád s druhým pláštěm je umístění druhého pláště před vlastním vnějším pláštěm, aniž by se znemožňovalo přirozené větrání. Ve srovnání s jednoplášťovými fasádami mají tyto fasády značně zlepšené zvukové i tepelně izolační vlastnosti a umožňují přirozené větrání i v místech s velkou rychlostí větru.
Společným znakem těchto systémů je ovlivňování funkčních vlastností fasády podle toho, zda je meziprostor rozdělen v horizontálním nebo vertikálním směru a nebo v obou směrech. To se týká především protipožární a protihlukové ochrany. Z konstrukčního hlediska představuje typ dvouplášťové fasády sestavený ze „skříňových oken“ nejnákladnější variantu, neboť meziprostor je rozčleněn jak horizontálně podle podlaží, tak vertikálně v podobě šachet.
Snížení nárazů větru přidáním další tabule skla znamená, že je možno otevírat okna i v nejvyšších patrech budovy. Dvouplášťová fasáda snižuje tepelné ztráty, protože snížená rychlost proudění vzduchu a vyšší teplota vzduchu v meziprostoru snižují intenzitu přenosu tepla na povrchu skla. Počítačové simulace ukázaly, že přirozenou cirkulací vzduchu se může odvést až 25 % tepla, které vzniklo v meziprostoru ze slunečního záření.
Možné způsoby zasklení dvouplášťových fasád:
- Jednoduché zasklení vně a uvnitř: Zpravidla se navrhuje u nárazníkových fasád, zimních a skříňových oken.
- Jednoduché zasklení vně a izolační zasklení uvnitř: Umožňuje proudění venkovního vzduchu v meziprostoru bez nárůstu tepelných ztrát.
- Izolační zasklení vně a jednoduché zasklení uvnitř: Umožňuje zachování nízkých tepelných ztrát i při nízké venkovní teplotě, často u administrativních budov v oblastech s vysokými emisemi nebo silným větrem.
- Izolační zasklení vně a uvnitř: Specifická forma, kombinující vlastnosti nárazníkové, větrací a dvouplášťové fasády.
Způsoby ovládání výměny vzduchu u dvouplášťových fasád:
- Dvouplášťová fasáda s uzavřeným vnějším pláštěm: Vzduch je mechanicky přiváděn ventilačním systémem do prostoru mezi plášti, vhodné pro budovy v blízkosti dopravních komunikací.
- Dvouplášťová fasáda se stálým větráním: Konstrukčně nejméně náročné, nevyžaduje složité ovládací mechanismy.
- Dvouplášťová fasáda s ovladatelným větráním: Prostor mezi plášti je vzduchotechnicky uzavřen, vytváří nevětraný prostor s dobrou tepelnou izolací a zlepšenou ochranou proti hluku.
Do zasklení mohou být integrovány holograficko-optické prvky (HOE), systémy denního osvětlení na principu prismatického skla či fotovoltaické články, které zabraňují přehřátí slunečním zářením, rozvádějí rozptýlené denní světlo do místnosti a vyrábějí energii. Lamely lze elektromotoricky natáčet až do úhlu 70° od svislé roviny, neboť slouží k větrání prostoru mezi plášti.
Nanotechnologie a materiály budoucnosti
Poslední dobou se stále více uplatňují nové multifunkční prvky, které umí „inteligentně“ reagovat na okolní podmínky a jsou výsledkem poměrně nového odvětví, které se nazývá nanotechnologie. Nanotechnologie předpokládá změnu skupenství v materiálu. V nanometrickém měřítku se běžné látky jako kovy, keramika, sklo nebo polovodiče projevují naprosto odlišnými vlastnostmi. Nanočástice projevují fyzické jevy, jež se u výrobků v normálním pevném skupenství nevyskytují.
Jedním ze zajímavých cílů současnosti je vývoj jednoplášťové inteligentní fasády, která by plně nahradila dvouplášťovou fasádu, neboť by byla schopna automaticky regulovat přenos tepla podle podmínek prostředí. Jedním z prvních prvků na trhu, které by mohly vyhovovat tomuto účelu, je elektrochromické sklo. Stupeň zabarvení skla určuje množství světla a sluneční energie, které pronikají do místnosti. Zasklení pláště se přizpůsobuje měnícím se vnějším podmínkám v průběhu dne. Zabarvování i odbarvování probíhá bezhlučně a pomalu. Vizuální kontakt zůstává vždy s okolím plně zachován.
Další oblastí vývoje jsou skla s termochromickými, plynochromickými i elektrooptickými povlaky. Vedle úsilí zaměřeného na sklo se výzkum orientuje i na materiály z plastů. Fluoropolymerový materiál etylentetrafluoretylen (ETFE) prokázal v tomto ohledu nejlepší účinky. Jeho extrémně nízká hmotnost, vysoká propustnost světla, skvělá chemická odolnost vůči kyselinám a zásadám, relativně dlouhá životnost a téměř naprostá recyklovatelnost z něj tvoří nejcennější a nejhospodárnější materiál.
Lze předpokládat, že plasty v nedaleké budoucnosti díky materiálovému výzkumu nahradí sklo a dojde k uskutečnění pláště s mnohonásobným výkonem, který by byl schopen dynamicky regulovat tok energie. Polyvalentní plášt’ bude složen z mnoha vrstev, využívajících samoregulační ovládací mechanismy, poskytující tepelnou izolaci, ochranu proti slunci, rozvod světla, a současně vyrábějících nutnou elektrickou energii, potřebnou pro funkci těchto systémů. Plášt’ stále měnícího se vzhledu, ne nepodobný kůži chameleona, se pak stane skutečně inteligentní fasádou.
Building Information Modeling (BIM) v projektování fasád
Využití BIM metodiky se stává klíčovým pro efektivní projektování a realizaci fasád. Informační model budovy (BIM) nabízí komplexní přístup k návrhu fasády, od počátečního zaměření stávajícího stavu až po detailní výkazy materiálu a vizualizace.
Příklad využití BIM při návrhu fasády rodinného domu
V rámci projektu rodinného domu se investor rozhodl pro provětrávanou fasádu z Heraklithu, což vyžadovalo revizi stávajícího projektu. Architekt využil BIM metodiku k optimalizaci návrhu a koordinaci s dodavateli.
- Zaměření hrubé stavby jako mračno bodů: Geodeti použili 3D laserový skener a vytvořili mračno bodů, které sloužilo jako podklad pro práci architekta.
- Vynesení modelu stávající hrubé stavby: Architekt naimportoval mračno bodů do ARCHICADu a vytvořil zjednodušený 3D model, obsahující pouze konstrukce podstatné pro návrh fasády.
- Optimalizace návrhu pomocí GDL: Architekt naprogramoval inteligentní objekt fasády (GDL objekt), který automaticky generoval členění fasády na základě základních pravidel a rozměrů desek. Parametrický nástroj usnadnil přechod mezi materiály a vytvořil varianty pro klienta.
- BIM model fasády a detaily: Projekt fasády vycházel z typových skladeb a detailů od dodavatele systému. Jednotlivé vrstvy skladby fasády byly modelovány zvlášť. Detaily jako hmoždinky a vruty byly doplněny do 2D výkresu, zatímco informace o nich byly uloženy přímo v prvcích modelu.
- Výkazy: Z BIM modelu byly generovány nejen 2D výkresy pro realizaci, ale také tabulky výkazů pro objednání správného množství stavebního materiálu. Vzhledem k tomu, že veškerý materiál na fasádu bylo možné vykazovat z modelu, bylo možné do poslední chvíle ladit i architektonické pojetí fasády.
Informační model u tohoto projektu jednoznačně přidal hodnotu díky vykazování množství materiálu. Výkresy pohledů na fasády sloužily při realizaci jako kladečské výkresy pro správné umístění a orientace různých rozměrů heraklithových desek.
Tabulka: Porovnání typu zasklení dvouplášťových fasád
| Typ zasklení | Vnější plášť | Vnitřní plášť | Využití / Funkční vlastnosti |
|---|---|---|---|
| 1. Jednoduché zasklení | Jednoduché | Jednoduché | Nárazníkové fasády, zimní a skříňová okna. |
| 2. Jednoduché vně, izolační uvnitř | Jednoduché | Izolační | Proudění venkovního vzduchu v meziprostoru bez nárůstu tepelných ztrát. Všechny varianty fasád s druhým pláštěm. |
| 3. Izolační vně, jednoduché uvnitř | Izolační | Jednoduché | Nízké tepelné ztráty i při nízké venkovní teplotě (mechanické větrání). Administrativní budovy v oblastech s vysokými emisemi/větrem. |
| 4. Izolační zasklení | Izolační | Izolační | Kombinace nárazníkové, větrací a dvouplášťové fasády. |
tags: #inteligentni #fasada #detaily #a #principy