Systemy fasadowe. Przegląd nowoczesnych systemów fasadowych i ich charakterystyka

Systemy fasadowe już nie tylko kształtują architekturę, estetykę otoczenia czy parametry środowiska wewnętrznego. Nowoczesne systemy fasady to również aktywne włączanie budynku w środowisko naturalne i otaczający go ekosystem. Przyczynia się do tego nie tylko rozwój technologii i materiałów wykorzystywanych w projektowaniu i wykonywaniu fasad, ale także coraz szybsza urbanizacja.

Spis treści

1. Systemy fasadowe ETICS
2. Fasady transparentne
3. Systemy fasadowe high-tech w służbie natury
4. Systemy fasadowe - podsumowanie

Systemy fasadowe ETICS

Najpopularniejsze wśród budownictwa mieszkaniowego, jedno- i wielorodzinnego, pozostają w Polsce systemy fasadoweETICS (External Thermal Insulation Composite System), zwane dawniej systemami BSO – bezspoinowe systemy ociepleń. Są to systemy pełne, nieprzezroczyste, których główną funkcją jest maksymalna ochrona cieplna budynków. Oprócz odpowiedniej grubości warstwy izolacji cieplnej, w zależności od jej współczynnika przewodzenia ciepła lambda oraz wymagań dotyczących współczynnika U przegrody, należy pamiętać również o właściwym doborze warstw ze względu na ryzyko międzywarstwowej kondensacji pary wodnej. Aby je zminimalizować, warstwy przegrody powinny być dobierane w taki sposób, aby ich opory dyfuzyjne pary wodnej (na przykład wyrażone wartością sd) malały – patrząc od strony pomieszczenia ku stronie zewnętrznej przegrody.

Ta zasada narzuca m.in. dobór odpowiedniego rodzaju tynku zewnętrznego na materiały izolacyjne o różnych właściwościach dyfuzyjnych pary wodnej. W przypadku materiałów izolacyjnych o wysokiej paroprzepuszczalności, takich jak wełny mineralne, wełny drzewne, należy stosować warstwy wykończeniowe równie wysoko paroprzepuszczalne. Należą do nich tynki mineralne oraz farby silikonowe i silikatowe. Z kolei na materiały izolacyjne o zwiększonym oporze dyfuzyjnym pary wodnej (np. styropian) można nakładać dowolne tynki, w tym m.in. tynki akrylowe.

Odpowiednio dobrane warstwy wykończeniowe (tynki i farby) systemów ETICS chronią elewację przed wpływem czynników atmosferycznych, zwłaszcza przed wnikaniem wody. Dodatkowo mogą również mieć zwiększoną odporność na korozję biologiczną (m.in. wzrost grzybów, alg) i zabrudzenia. Z tego względu, że główną częścią tych systemów jest warstwa izolacji cieplnej, fasady wykonane w tej technologii charakteryzują się najniższymi współczynnikami przenikania ciepła.

Oprócz poprawy efektywności energetycznej budynków cecha ta ma również istotne znaczenie dlazapewnienia odpowiedniego komfortu cieplnego dla użytkowników pomieszczeń. Niskie współczynniki ciepła U to stabilne, zbliżone do temperatur powietrza wewnętrznego temperatury promieniowania wewnętrznych powierzchni przegród. Temperatury promieniowania wewnętrznych powierzchni przegród prawie w takim samym stopniu wpływają na odczucie komfortu cieplnego jak temperatury powietrza wewnętrznego.

• Skuteczne ocieplanie domu. Dlaczego tylko ocieplanie domu kompletnym systemem ETICS daje pewność?

Fasady transparentne

To, co niemożliwe w przypadku systemów ETICS – brak przepuszczalności promieniowania słonecznego w dwóch kierunkach, jest podstawowym argumentem do stosowania systemów fasad z wypełnieniem transparentnym. Fasady te są najpopularniejsze w budownictwie komercyjnym, głównie biurowym. Dzięki właściwościom stosowanego oszklenia odznaczają się najszerszym zakresem charakterystyk związanych z ich wpływem na środowisko wewnętrzne budynków. Oszklenia mogą występować w dowolnych odmianach fasad, na przykład w fasadach wentylowanych, kurtynowych, aluminiowych, bezramowych, dwupowłokowych, z zintegrowaną fotowoltaiką (BIPV) czy w tzw. inteligentnych powłokach (skórach).

Szeroki zakres charakterystyk fasad z elementami transparentnymi wynika ze złożonej natury promieniowania słonecznego i jego oddziaływania z tego typu powłokami. Zróżnicowane spektrum fal elektromagnetycznych promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi wykorzystywane jest w projektowaniu systemów fasad z oszkleniami o różnych właściwościach spektrofotometrycznych. Zakres (widmo) długości fal promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi, a więc również do fasad budynków, zmienia się do promieniowania ultrafioletowego – fale o długości od 100 nm do około 400 nm, poprzez światło widzialne (widzialne dla ludzi) – od 400 do 700 nm oraz promieniowanie podczerwone od 700 do 4000 nm.

• Rodzaje żaluzji fasadowych. Które żaluzje są najskuteczniejsze?

To, co od zawsze występuje w naturze, a mianowicie selektywna absorpcja promieniowania słonecznego (np. absorpcja znacznej części promieniowania UV-A i UV-B przez warstwę ozonu), wykorzystywane jest na szeroką skalę w projektowaniu systemów oszklenia przez nanoszenie tzw. powłok selektywnych. Ich zadaniem jest selektywny sposób oddziaływania na różne zakresy widma promieniowania słonecznego, czyli inaczej „filtrowanie” zależne od jego długości fal elektromagnetycznych.

Ludzki zmysł wzroku wrażliwy jest tylko na pewną część zakresu promieniowania słonecznego. Umownie jest to zakres fal o długości od 400 do 700 nm (promieniowanie słoneczne widzialne). Z kolei zwierzęta mogą widzieć w innych zakresach długości fal promieniowania słonecznego. Np. zmysł wzroku większości gatunków ptaków jest wrażliwy na promieniowanie UV, co również wykorzystuje się w projektowaniu, a następnie w doborze, rodzajów oszklenia stosowanego w budynkach.

Jeszcze innych zakres fal (od 700 do 4000 nm – promieniowanie podczerwone) odpowiada za dostarczanie do pomieszczeń zysków ciepła. Stąd, podpatrując naturę, pomysł na zastosowanie na oszkleniu powłok selektywnych. Selektywność powłok jest rozpatrywana zarówno z punktu widzenia różnych zakresów widma promieniowania słonecznego, jak i mechanizmów oddziaływania oszklenia poprzez odbicie, transmisje i emisje w danym zakresie tegoż widma.

To wybiórcze (selektywne) oddziaływanie z danym zakresem długości fal (na przykład światła widzialnego – wyższe współczynniki LT, ang. Light Transmittance, dla oszklenia), a odbijanie zakresu długości fal odpowiedzialnych za dostarczanie zysków ciepła (niższe wartości współczynników g dla oszklenia).

Najbardziej zaawansowane powłoki potrafią przepuszczać prawie wyłącznie promieniowanie widzialne i praktycznie odcinają promieniowanie o większej długości fal. Rozwiązania te jednak powinno się stosować w klimatach ciepłych i na silnie nasłonecznionych elewacjach. Z kolei zadaniem powłok niskoemisyjnych nanoszonych na wewnętrzne powierzchnie oszklenia jest odbijanie w kierunku pomieszczenia promieniowania podczerwonego. Dzięki temu zjawisku, zwanemu potocznie efektem szklarniowym, zatrzymujemy w pomieszczeniach część ciepła, dzięki ograniczeniu jego wypromieniowania na zewnątrz.

Niestety, to, co estetyczne i funkcjonalne dla ludzi – przeszklone fasady budynków – może okazać się bardzo niebezpieczne dla ptaków. Zbyt wysoka refleksyjność lub przezierność promieniowania widzialnego oszklenia jest tragiczna w skutkach dla ptaków w przypadku ich kolizji z elewacjami budynków. Stopniowo zaczyna się więc przyjmować regulacje (np. w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie – system LEED) zachęcające do stosowania oszklenia widocznego, inaczej bezpiecznego, dla ptaków. Mogą to być wzory grawerowane lub naklejane na oszkleniu, które są widoczne również dla ludzi.

Ewentualnie, ponownie analizując i wykorzystując złożoną naturę promieniowania słonecznego, na oszklenie nanosi się wzory odbijające promieniowanie w zakresie fal UV. W ten sposób niezauważalne dla oka ludzkiego struktury stają się zauważalną przeszkodą dla ptaków, czyniąc tym samym przeszkloną fasadę budynku bezpieczną również dla nich.

Systemy fasadowe high-tech w służbie natury

W dobie coraz większej świadomości na temat wpływu człowieka i samego budownictwa na zmiany klimatu obserwuje się coraz większe zainteresowanie tzw. systemami pionowego prowadzenia zieleni (ang. Vertical Greenery Systems, VGS). W zależności od miejsca nasadzenia roślin wyróżnia się dwie główne kategorie tych systemów. Pierwszy z nich określa się jako fasady zielone, których główną cechą są dobór i nasadzenie roślin u podnóża elewacji/budynku. Dla nich rozrost pnączy będzie występował pionowo, wzdłuż elewacji. Dwie podstawowe odmiany systemu fasad zielonych to:

• fasady zielone bezpośrednie, w których pnącza stanowią jednocześnie warstwę nośną dla roślinności porastającej elewację budynku,
• fasady zielone pośrednie, w których rośliny nasadzone są również u podstawy budynku, natomiast wymagają one dodatkowej konstrukcji dla pnączy roślin, np. w postaci stelaża lub siatek. 

Drugą grupą pionowych systemów prowadzenia zieleni są tzw. żywe ściany. Ich główną ideą, w odróżnieniu od systemów fasad zielonych, jest umiejscowienie substratu wzdłuż elewacji. Z tego względu zielone ściany są systemami wymagającym znacznie bardziej skomplikowanych rozwiązań technologicznych dotyczących samego utrzymania substratu, wzrastającej na nim roślinności oraz systemu nawadniania.

Może to być system modułowy, w którym substrat oraz roślinność będzie mocowana do różnych fragmentów elewacji – niezależnie od jej wysokości. Odmianą poprzedniego systemu jest montaż zarówno ciągłej warstwy substratu, jak i roślinności. Żywe ściany mogę też występować jako rośliny wzrastające na donicach lub wspornikach mocowanych do elewacji. Zazwyczaj spotyka się stosowanie różnego rodzaju systemów pionowego prowadzenia zieleni na jednym budynku.

• Zielona ściana we wnętrzu - jak ją wykonać? Zobacz największą zieloną ścianę w Polsce na wysokość pięciu pięter

Większość dostępnej literatury na temat wpływu fasad zielonych czy żywych ścian na właściwości mikroklimatu wewnętrznego oraz otoczenia pochodzi z analiz i obserwacji dotyczących okresu letniego. W związku z tym jako zalety tych systemów wymienia się m.in. poprawę komfortu cieplnego w okresie letnim poprzez zmniejszenie zapotrzebowania na chłodzenie budynków. Tutaj wymienia się 2 mechanizmy, które w sposób pasywny wpływają na zmniejszenie słonecznych zysków ciepła:

• dodatkowa funkcja izolacyjna warstwy zieleni i zacienienie elewacji, jakie ta warstwa powoduje.
• przejmowanie części promieniowania słonecznego podającego na elewację na potrzeby wzrostu roślinności i odparowywania wilgoci z roślin oraz z substratu.

Inne funkcje systemów zielonych fasad i żywych ścian to również wpływ na otoczenie zewnętrzne, m.in. zmniejszenie efektu tzw. miejskiej wysypy ciepła, filtrowanie powietrza z cząstek stałych, produkcja tlenu i zmniejszanie zawartości dwutlenku węgla w powietrzu oraz retencja wilgoci.

Systemy fasadowe - podsumowanie

W niniejszym opracowaniu wymieniono i skrótowo opisano zaledwie niewielką część stosowanych rozwiązań dotyczących systemów fasadowych. Nie przedstawiono fasad:

• wentylowanych,
• ze zintegrowaną fotowoltaiką,
• wyposażonych w automatyczne systemy zacieniające,
• z izolacją transparentną czy typu podwójna powłoka.

Na pewno każdy z tych systemów zasługuje na uwagę i osobne opracowanie. Mnogość dostępnych rozwiązań technologicznych w zakresie kształtowania fasad budynków oraz ich wpływ – zarówno pasywny, i jak i aktywny – na udział w tworzeniu środowiska wewnętrznego i zewnętrznego danej przestrzeni wymaga szerokiego, holistycznego podejścia w ich doborze.