Dvojité transparentní fasády: Principy, výhody a moderní aplikace

Provětrávaná fasáda je způsob zateplení budovy, kdy se mezi vnějším obkladem a vrstvou izolace nachází vzduchová mezera. Jde o bezkontaktní zateplování budov, které je vhodné nejen u budov s vlhkým zdivem. Oproti kontaktním fasádám je jejich realizace mnohem rychlejší. Provětrávaná fasáda chrání dům před nepříznivým počasím a plní i estetickou funkci, dodává budově moderní, elegantní vzhled. Díky jedinečným akustickým vlastnostem odizoluje nežádoucí hluk z okolí a v budově zachová příjemné soukromí.

Účelem vzduchové mezery je zmírnit výměnu tepla i zvuku a umožnit volnou cirkulaci vzduchu a odvod vlhkosti. Tyto procesy udržují konstrukci suchou, neboť umožňují budově dýchat a přirozeně cirkulovat kromě vzduchu i teplo. Odvod vlhkosti je zásadní pro zbavení se všech vodních par ohrožujících konstrukci nad zemí. Tím se vyhnete tvorbě plísní na zdech domu. Pro montáž bezkontaktní fasády se můžete rozhodnout kdykoliv během roku, není třeba čekat na vhodné počasí, a při montáži fasády nemusíte čekat, až materiál při instalaci vyschne nebo až bude venku pěkné počasí. Vnější nebo obkladová vrstva provětrávané fasády může být vyrobena z ultralehkého přírodního kamene, kovu nebo dřeva (fasádní palubky), případně jejich kombinace. Jedná se o systém s nadčasovými vlastnostmi, který vydrží sloužit kvalitně desítky let. Provětrávaná fasáda disponuje oproti fasádám s klasickou omítkou delší životností.

Náklady na provětrávanou fasádu mohou být vyšší než na fasádu kontaktní. Finance se zdají být jedinou velkou nevýhodou, ovšem v průběhu let se tato investice snadno vrátí například v podobě snížení nákladů na vytápění. Pokud potřebujete opravit části domu, fasáda se snadno demontuje. Stejně jako u každého projektu je důležitá příprava a nákup materiálu na fasádu.

Dvojité transparentní fasády: Koncept a vývoj

Dvouplášťová závěsná stěna je systém vnější stěny složený ze dvou vrstev (obvykle skla) se vzduchovou dutinou mezi nimi, což umožňuje proudění vzduchu prostorem. Tato dutina, která se může pohybovat od 20 centimetrů do několika metrů, slouží k izolaci proti extrémním teplotám, větru a zvuku a zlepšuje tepelnou účinnost budovy v extrémním počasí. Proud vzduchu v dutině může být přirozeně generován nebo mechanicky poháněn a dvě vrstvy skla mohou obsahovat stínicí zařízení. Přestože se dvojité fasády budov instalují již přes 20 let, technologie skel se za tuto dobu značně vyvinuly, což přispělo k hojnějšímu využívání tohoto přístupu. Na trhu dnes najdeme bezpočet skel a jejich kombinací.

Moderní architektura vyjadřuje symbiózu funkce, estetiky, techniky a ekonomie. Období střídání věku mechanické výroby věkem informatiky, charakterizované nástupem a rozvojem mikroelektroniky, se odráží i v architektuře. Ta stále více 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. Zmíněné přívlastky fasádní techniky budov lze terminologicky definovat jako dvojitou transparentní energetickou klimafasádu, která je nesporně jedním z prvků inteligentní budovy. 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.

Čtěte také: Principy dvojité a zesílené izolace

Výhody dvojitých transparentních fasád

Dvojité fasády se mohou přizpůsobit jak chladnému, tak horkému klimatu. V chladném klimatu může vzduchová nárazníková vrstva zabránit tepelným ztrátám. Vzduch ohřátý sluncem v dutině může ohřát prostor vně skla, čímž se sníží požadavky na vnitřní vytápění. V horkém podnebí může být plyn v dutině vytlačen mimo budovu, aby se snížil zisk solárního tepla a snížila se chladicí zátěž. Přebytečné teplo je odváděno komínovým efektem, kde rozdíly v hustotě vzduchu vytvářejí cirkulaci, což umožňuje teplejšímu vzduchu stoupat a unikat shora.

Správně zvolené sklo může přinést výhody v podobě lepšího nakládání s energií, zvukové a tepelné izolace a může také umožnit přísun čerstvého vzduchu z meziprostoru přes otevřená skla, a dopřát tak lidem uvnitř budovy větší komfort. Povlaky odrážející sluneční záření na vnějším plášti mohou i při plně roztažených žaluziích významně snížit přenos energie oproti běžnému řešení bez povlaku. Uživatelé mohou využívat chytřejší ovládání mechanického stínění (otevřená nebo částečně zavřená poloha) a déle se kochat ničím nerušeným výhledem bez obav z přehřátí interiéru. Například vyspělé sklo s povlakem omezujícím průnik slunečních paprsků může aktivně optimalizovat jak koeficient denního osvětlení, tak i tepelnou regulaci budovy. Sklo může zlepšit energetickou náročnost budovy a snížit potřebu klimatizace, vytápění a umělého osvětlení. To vše přispívá k většímu komfortu v pracovním prostředí nebo domácnosti.

U fasád s pasivním větráním je obvykle patrná snaha, aby část krátkovlnného slunečního záření odrážel již vnější skleněný plášť. Tím se omezí hromadění tepla v meziprostoru, a tedy i tepelná zátěž. Účinek povlaků na skle lze výrazně posílit jejich kombinací s další ochranou proti slunečnímu záření a odleskům v meziprostoru. Vynikajících hodnot g lze dosáhnout i tehdy, když jsou žaluzie zcela nebo částečně roztažené. Další výhoda povlaků na vnějším zasklení spočívá v možnosti pohrát si s různými stupni odrazu světla.

Dvojité transparentní fasády umožňují otevření okna i v prostředí s výrazným dopravním hlukem. Z tohoto pohledu je to zásadní psychohygienický faktor v rámci pracovního a životního prostředí v budovách. Oproti klasické jednoplášťové transparentní fasádě je vetrání pootvorenými okny při vnější hladině hluku nad 65 dB z hlediska akustické pohody nemožné. Celkový čas vetrání z důvodu zabezpečení LAeq,p v interiéri s vnější hladinou hluku výrazně klesá. Z uvedené analýzy vyplývá i hlavní argument pro návrh dvojité transparentní fasády jako „provětrávané hlukové bariéry“, která zabezpečí snížení hladiny hluku v meziprostoru a umožní vetraní vnitřních prostor pootvorením okna.

Nevýhody a řešení

I když jsou architekti dobře obeznámeni s výhodami dvojitých fasád, nesmíme zapomínat ani na jejich nevýhody. Mezi další možné nevýhody dvojitých fasád patří vyšší investiční a provozní náklady. Druhý plášť budovy klade zvýšené nároky (zatížení/hmotnost) na povrch terénu. To je třeba při plánování projektu zohlednit.

Čtěte také: tradiční střešní krytina z modřínu

U fasád s pasivním větráním (v závislosti na poloze budovy a klimatických podmínkách) může na vnitřní straně vnějšího skleněného pláště kondenzovat vlhkost. Nejproblematičtější bývají ranní hodiny na jaře a na podzim, kdy může zkondenzovaná voda významně bránit výhledu z budovy. Existují speciální, mimořádně odolné povlaky na sklo proti zamlžování, které se nanášejí na vnější sklo a výrazně snižují pravděpodobnost kondenzace. Testy v reálných podmínkách budov prokázaly, že řešení s povlaky proti zamlžování mají oproti vnějším povrchům bez povlaku mírně vyšší povrchovou teplotu. Tento teplotní rozdíl významně omezuje viditelnou kondenzaci. Zatímco sklo bez povlaku vykazuje ve srovnávacích testech po mnoha hodinách použití stopy kondenzace, sklo s povrchem zůstává za stejných podmínek průzračné a neobsahuje žádné kapičky vody.

Problém při použití vysoce výkonného skla s povlakem spočívá v tom, že povlak musí být dostatečně odolný a vhodný k jednolitému nanášení nebo laminaci na mezivrstvu. Lepší energetické účinnosti lze dosáhnout kombinací vysoce odolných povlaků omezujících průnik slunečních paprsků, které odrážejí část slunečního záření, se speciálními mezivrstvami z PVB, které záření absorbují.

V souvislosti s větráním vnitřních prostor nastávají z hlediska hluku další problémy. Pokud okenní konstrukce jsou vedle sebe nebo pod sebou a nejsou v meziprostoru odděleny, nastává problém šíření hluku z místnosti do místnosti přes meziprostor fasády. Právě tato skutečnost může snížit akustickou pohodu v účelových místnostech.

Celkový výkon dvouplášťové předstěny do značné míry závisí na vnějších podmínkách (jako je sluneční záření a venkovní teplota), které přímo ovlivňují vnitřní komfort a kvalitu života uživatele. Pečlivý návrh řešení každé situace je proto zásadní a vyžaduje podrobné pochopení orientace slunce, prostředí, místního záření, teplotních podmínek a stínění budovy. Pokud se prostředí budovy výrazně změní, je nutné zvážit dopad na celý systém a jeho interakci s vnitřním klimatem.

Typy dvojitých transparentních fasád

Z pohledu konstrukčního řešení se rozlišuje několik typů dvojitých transparentních fasád:

Čtěte také: Akustika dvojitého sádrokartonového podhledu

• Dvojitá transparentní fasáda se štěrbinovým meziprostorem se šířkou 100 až 300 mm. Jedná se o akustickou skleněnou předsazenou konstrukci s výškou totožnou s výškou obvodové stěny s oknem. Často se realizuje při rekonstrukcích objektů s vysokou hladinou vnějšího hluku.
• Dvojitá transparentní fasáda s neprůchozím deskovým meziprostorem se šířkou 300 až 500 mm. Výška meziprostoru je stejná jako výška podlaží. Nejčastější aplikace je u celoplošného systému překrytí fasády - šachtový systém.
• Dvojitá transparentní fasáda s průchozím - chodbovým meziprostorem se šířkou 500 až 1 500 mm. Výška je závislá na šířce a účelových funkcích meziprostoru a může přesahovat 1 až 4 podlaží. Transparentní exteriérovou část konstrukce lze řešit jako svislou, ale i jako šikmou konstrukci.
• Dvojitá transparentní fasáda se širokým „halovým“ meziprostorem. Šířka je v rozmezí od 1 500 až do 12 000 mm. Výška sekcí je 2 až 4 podlaží.
• Akustická transparentní předstěna se často odbornou a technickou veřejností nezařazuje mezi DTF, přesto se na stavbách velmi často realizuje jako předsazená akustická stěna před obvodovou konstrukcí s okny. Další alternativa je modernizace původní lehké obvodové stěny s cílem zvýšit jejich celkovou neprůzvučnost.

Obvodová konstrukce typu DTF se realizuje na budovách, které jsou urbanisticky situovány do prostoru se zvýšenou hlučností, což pro investora může být atraktivní prostor v centru finančního nebo společenského života. Akustické parametry těchto obvodových plášťů neměly v začátcích výstavby svou prioritu, i přes to, že se budovy situovaly v urbanistickém celku měst s vysokým vnějším hlukem. Zvuková izolace těchto fasád se dostává do pozornosti odborníků v 90. letech. Při hodnocení akustické pohody v chráněných prostorách se vycházelo z hladiny hluku v exteriéru a interiéru včetně intenzity větrání. Hladina hluku na pracovišti je definována NV SR č. 115/2006, v závislosti od využití prostoru a činnosti, která se vykoná v 4. kategoriích. Pro administrativní prostory kategorie I., II. platí LAex, 8h = 40, 50 dB.

Volba šířky meziprostoru je důsledkem architektonického, konstrukčního a účelového řešení budovy. Svůj význam představuje i hluk ve vnějším prostředí, stejně jako skutečnost, že vysoké budovy musí mít tento prostor dělený na samostatné sekce. Další vybrané faktory, které pozitivně ovlivňují akustickou pohodu v interiéru budovy, jsou geometrie a šířka meziprostoru, jeho aerodynamika, druh a tloušťka zasklení, stavebno-konstrukční a technologické řešení. Hlavními faktory návrhu DTF na budovách byly z počátku popri architektuře hlavně základní energetické koncepty, protisluneční ochrana, tepelná pohoda a přirozené větrání.

Případová studie: Cube Berlin

Cube Berlin je nápadná 11podlažní kancelářská budova nacházející se na Washingtonově náměstí v městské části Europacity v Berlíně. Stavba o rozloze 19 000 metrů čtverečních, vyvinutá společností CA Immo, je vynikajícím příkladem propojení inovativního architektonického designu se složitými konstrukčními a energetickými požadavky inteligentní kancelářské budovy. Cube Berlin, navržený architekty z kodaňského studia 3XN Architects, zaujme na první pohled díky plně prosklené dvouplášťové odvětrávané fasádě, která budovu začleňuje do okolního prostředí.

Plně prosklená fasáda esteticky upoutá kolemjdoucího na první pohled. Kombinace použitého skla odráží okolí budovy ze všech stran. Fasáda změnou vzhledu reaguje na počasí, denní dobu i úhel pohledu. Za sklem vnější fasády obepínající budovu v trojúhelníkovém vzoru se nachází „ustoupená tzv. teplá fasáda. „Naše počáteční myšlenka byla vymodelovat budovu tak, aby vytvořila dialog mezi městským prostorem, okolními budovami a životem na Washingtonově náměstí. Dalším důležitým designovým prvkem bylo maximalizovat přirozené denní světlo pro uživatele budovy.“

Projekt vyniká nejen díky své unikátní architektuře, ale také kvůli mimořádné enviromentální udržitelnosti. Ve srovnání s tradičními kancelářskými budovami má nízkou spotřebu energie. Rozhodujícím faktorem zde byla provětrávaná fasáda. Kromě toho, že fasáda zprostředkuje přirozené denní světlo, poskytuje také účinnou ochranu před solárními tepelnými zisky a zároveň uživatelům nabízí benefity přirozeného větrání. „Naším cílem v případě tohoto projektu je zlatý certifikát DGNB. Návrh fasády je energeticky velmi úsporný a společně s chytrým technickým konceptem, který mimo jiné zahrnuje opětovné získávání energie z tepla, celkově přispívá k efektivnímu energetickému řešení popírající rozšířenou myšlenku, že skleněné budovy jsou neúsporné,“ uvedl vedoucí vývoje i investora CA Immo Matthias Schmidt.

Další výzvou byla konstrukce vnější skleněné obálky z vrstveného skla s PVB folií absorbující sluneční záření zesílená o další strukturální folií, která s ní navíc musela být kompatibilní. Toto řešení bylo vyvinuto od nuly a během fáze navrhování a konstrukce muselo projít schválením dle platných stavebních předpisů na národní úrovni. „Chcete-li navrhnout takový složitý produkt, potřebujete skutečnou týmovou práci, čehož se nám podařilo během navrhování docílit. “Největší výzvou bylo spojit dvě věci: nejdříve návrh a estetický koncept architekta a poté technické požadavky budovy. Museli jsme identifikovat správné produkty, které bychom mohli použít.“

Experimentální ověření: Budova Národní banky Slovenska

Budova Národní banky Slovenska v Bratislavě byla realizována v letech 1997 - 2002. Program trvale udržitelného rozvoje evropského stavebnictví našel i v jejím návrhu a realizaci odezvu v úsilí o ekologické a energeticky racionální architektonicko-technické řešení inteligentních budov. Dvojitá transparentní fasáda představuje užší symbiózu tvorby umělého životního - architektonického prostředí s přírodou, vyjádřenou nekonvenčním pojetím jejího klimatického a energetického konceptu (například možnost přirozeného větrání z meziprostoru fasády a pod.). Z hlediska koncepce konstrukčního řešení se jedná o dvojitou transparentní fasádu s chodbovým přirozeným fyzikálním meziprostorem s celoročně otevřeným okruhem účinné výšky totožné s výškou jednoho podlaží a s jednoduchým bezpečnostním skleným systémem aplikovaným pro vnější předsazenou stěnu.

Experiment in-situ byl realizován na 17. NP ve výšce 56,3 m. Orientace experimentálně sledované části meziprostoru byla SW (240°). Interakce teploty vzduchu vnějšího klimatu a pocitové teploty pohody pro administrativní práci při lehkém až průměrném oblečení odpovídá projektovanému klimatickému a energetickému konceptu budovy. V meziprostoru dvojité transparentní fasády dochází za každého klimatického zatížení budovy v průběhu celého roku (i za bezvětří) k pohybu vzduchu - k průtoku vzduchu meziprostorem. Za účinku větru vw > 0,5 m.s-1 je v přirozeném meziprostoru dvojité transparentní fasády pohyb vzduchu z konvekce a větru o rychlosti 0,3 ≤ vm (m.s-1) < 1,5.

Modernizace fasády Východočeské energetiky v Hradci Králové

Modernizace původní klasické fasády administrativní budovy Východočeské energetiky v Hradci Králové představuje modelový přístup projektanta, investora i realizátora k aplikaci nové fasádní techniky. Fasáda využívá přirozeného fyzikálního jevu transformace alternativního zdroje energie, slunečního záření, v přirozeném fyzikálním meziprostoru. Původní konvekční fasáda budovy, založená na silikátovém materiálovém principu (modifikace A) s okny na bázi slitin hliníku bez přerušení tepelného mostu, s klasickým dvojnásobným skleněným systémem, už nevyhovovala současným požadavkům ČSN 73 0540. Při její rekonstrukci byla zvažována dvě variantní řešení.

První řešení (modifikace B) představovalo budovu s konvekční fasádou s dodatečným tepelněizolačním systémem. Okna byla navržena na bázi slitin hliníku s přerušeným tepelným mostem a s moderním dvojnásobným skleněným systémem se speciální tepelnou i sluneční ochranou. Druhá varianta (modifikace C) prezentovala dvojitou transparentní fasádu, jejíž vnitřní stěnu charakterizoval dodatečný tepelněizolační systém. Okna byla řešena podobně jako v modifikaci B, avšak s moderním nízkoemisním dvojnásobným skleněným systémem, jehož součástí je speciální tepelná ochrana. Obě modifikace splňovaly požadavky ČSN 73 0540.

Dvojitá transparentní fasáda byla pro potřeby modernizace budovy rozpracovaná a optimalizovaná v zásadních oblastech její konstrukční tvorby. První rozpracovanou oblast, geometrii meziprostoru, charakterizuje průchozí chodbový meziprostor. Účinná výška nebo výška sekce meziprostoru je totožná s konstrukční výškou podlaží, která představuje 3,3 metru. Optimalizovanou šířku sekce chodbového meziprostoru, stanovenou hodnotou 875 milimetrů, ovlivňuje existující konzolové vyložení stropní desky, dodatečný tepelněizolační systém a nároky na rozvodné kanály vzduchu. Chodbový meziprostor je v horizontálním směru délkově členěn transparentními příčkami ve vzdálenosti 7,2 metru.

Konstrukci meziprostoru dvojité transparentní fasády nebylo možné kotvit do konzolovité stropní desky, proto je ukotvena až v skeletové nosné soustavě objektu. Protože modul nosné soustavy měří 3,6 metru a dvojité fasády 1,8 metru, mezi sloupy skeletu byl navržen nový kovový nosník, zabezpečující stejné podmínky kotevního systému i v prostorech mezi moduly nosné soustavy budovy. Při samotné realizaci byly použity Vierendelovy nerezové nosníky. Do nosníků jsou kotveny teleskopické konzoly nosné soustavy meziprostoru, nesoucí vertikální prvky sloupků. Ty v dolní části staticky podpírá kloub a v horní posuvné lůžko s možností dilatace sloupku směrem nahoru a dilatace skleněné desky vnější transparentní stěny směrem dolů.

Skleněný systém vnější transparentní stěny meziprostoru je koncipován jako jednoduchý bezpečnostní, z tvrzeného kaleného skla. Skleněné desky jsou bodově kotveny k vertikálním prvkům - sloupkům meziprostoru pomocí konzolových ramínek. Větrací otvory zabezpečují přirozené větrání meziprostoru a jádra budovy. To je primárním požadavkem aerodynamického konceptu dvojité transparentní fasády. Dynamiku pohybu vzduchu meziprostorem určuje přirozená konvekce (bezvětří), účinek větru nebo jejich kombinace. Větrací otvory umožňují pohyb vzduchu. Během bezvětří zabezpečuje přívod vzduchu dolní větrací otvor meziprostoru a horní jeho odvod. Při nárazu větru vzduch naplňuje meziprostor fasády dolním i horním větracím otvorem. Vyprazdňování probíhá mezi nárazy větru oběma větracími otvory meziprostoru.

Rozvodné kanály vnitřku fasády jsou konstruovány na materiálové bázi slitin hliníku. Ze vstupního větracího otvoru vybaveného žaluziemi proudí vzduch přes ochrannou síťku do přívodního rozvodného kanálu a z něj dále přes otevírací podlahovou mřížku do dolní části meziprostoru. Z horní části meziprostoru proudí vzduch do odvodního rozvodného kanálu a přes ochrannou síťku do výstupního větracího otvoru se žaluziemi. Transformaci krátkovlnného slunečního záření na dlouhovlnné tepelné záření v meziprostoru dvojité fasády zabezpečuje lamelová sluneční ochrana. Její funkci neovlivňují nárazové účinky větru. Lamely sluneční ochrany jsou vyrobeny z eloxovaného hliníku se stupněm reflexe 50 %. Tepelnou zátěž budovy ze slunečního záření kvantifikuje koeficient celkové propustnosti sluneční energie. Koeficient udává, kolik energie z dostupného slunečního záření se dostává do jádra budovy - do místností.

Na koncepci a optimalizaci základních prvků přirozeného fyzikálního meziprostoru dvojité transparentní fasády modernizované budovy Východočeské energetiky v Hradci Králové navazují dvě další etapy. První je fyzikálně-technické a funkční kvantitativní ověření fasády, druhou konstrukční tvorba detailů, prvků a soustavy fasády jako celku, s vysokými nároky na funkčnost. Fyzikálně-technické a funkční kvantitativní ověření dvojité transparentní fasády se vykonává metodou výpočetních experimentů, charakteru dynamických numerických simulací, v okrajových podmínkách modelu venkovního klimatu, ve formě testovacího referenčního roku. Tento proces zahrnuje klimatický - ekologický a energetický koncept budovy s cílem jeho optimalizace, teplotní, aerodynamický a energetický režim přirozeného fyzikálního meziprostoru a energetické relace budovy včetně energetické návratnosti investice.

Typy a principy dvojitých transparentních fasád

Dvojitá transparentní fasáda může být řešena několika způsoby, které ovlivňují proudění vzduchu a tepelné a akustické vlastnosti.

tags: #dvojite #transparentni #fasady #princip

Oblíbené příspěvky:

• FATRAFOL: Řešení pro ploché střechy
• Oprava a renovace dlažby
• Parní čištění vinylových podlah bez chemie
• Jak fungují paušální výdaje při odborném vedení stavby
• Montáž obkladových palubek krok za krokem