Jak wyzwania klimatyczne i ekonomiczne wpływają na projektowanie fasad budynków?
Zmiany klimatyczne, gospodarka cyrkularna, ślad węglowy oraz niezależność energetyczna są kluczowymi tematami dyskusji na całym świecie. Co to oznacza dla projektowania fasad budynków? Dowiedz się, jak zrównoważone rozwiązania, odporność i innowacje wpływają na architekturę miast, a także jak fasady mogą przyczynić się do ochrony środowiska i poprawy efektywności energetycznej w erze inflacji i kryzysów ekonomicznych.
Spis treści
- Załamania środowiskowe - przyczyny i zapobieganie
- Nowoczesne budownictwo a zrównoważony rozwój – nowe wyzwania dla miast
- Budować nowe czy modernizować stare budynki? Zasada 3R
- Ślad węglowy w całym cyklu istnienia budynku
- Racjonalne wykorzystywanie szkła
- Materiały nisko przetworzone
- Wspomaganie przemian
- Współczesna architektura miejska. Zdjęcia
Załamania środowiskowe - przyczyny i zapobieganie
Począwszy od pierwszej rewolucji cywilizacyjnej – rewolucji poznawczej, wszystkim kolejnym rewolucjom: agrarnej, naukowej, przemysłowej i informacyjnej, towarzyszyły różnego rodzaju załamania środowiskowe. W prehistorycznych czasach wiązały się z nimi niezależne od człowieka zmiany klimatyczne. To, które towarzyszy nam dziś, jest kolejnym, z tą jednak różnicą, że głównym sprawcami obserwowanych współcześnie przeobrażeń klimatu jesteśmy my – ludzie.
Postulaty o konieczności zmiany podejścia i modeli gospodarczych na bardziej zrównoważone, racjonalne, sprawiedliwe społecznie i proekologiczne pojawiły się i są sukcesywnie rozwijane od połowy XX w. Jednak efekty rzeczywistych przemian w tym zakresie są wciąż niewystarczające. W rzeczywistości poziom konsumpcji nie zmniejszył się, a w polityce i gospodarce cele krótkofalowe nadal wygrywają z tymi długofalowymi, wymagającymi wyrzeczeń.
Znaleźliśmy się w momencie, w którym zaczynają nas dosięgać sytuacje krańcowe, takie jak realne niebezpieczeństwo niewydolności energetycznej czy braki żywności w krajach dobrze rozwiniętych, w których jak dotąd poziom dobrobytu nieustannie rósł. Oznacza to konieczność głębszych zmian niż te, przeprowadzane dotychczas. Dotyczy to wszystkich niemal dziedzin życia, w tym także gospodarki miejskiej i budownictwa.
Nowoczesne budownictwo a zrównoważony rozwój – nowe wyzwania dla miast
Tymczasem, analizując większość obecnie oddawanych do użytku obiektów, widoczne jest, że myśli się o nich głównie w kontekście wizerunkowym, estetycznym lub użytkowym, bazując na utrwalonych wzorcach końca XX w. Element nowości polega na zwiększeniu uwagi na kontekst energetyczny, gdyż to właśnie fasady budynku są powierzchniami kluczowymi dla bilansu energetycznego, a ten bezpośrednio wiąże się z prosto rozumianą ekonomią.
Czynnik energii użytkowej jest zresztą niemal jedynym spośród tych z zakresu problematyki środowiskowej, którego w zauważalny sposób dotknęły regulacje prawne. Jednak to wciąż za mało. Budować nowe czy naprawiać stare? Przede wszystkim należy spojrzeć na kontekst fasad przez pryzmat szerszego problemu. Czy w obliczu obecnych problemów powinniśmy w ogóle budować nowe budynki? Komu one w rzeczywistości służą?
Budować nowe czy modernizować stare budynki? Zasada 3R
Badania zasobów mieszkaniowych w Polsce wykazują, że mamy dość lokali, żeby móc zaspokoić potrzeby mieszkaniowe naszych obywateli. Problemem jest to, kto jest w ich posiadaniu i jak nimi zarządza. W myśl znanej zasady 3R: reduce, reuse, recycyle, należałoby w pierwszej kolejności zweryfikować, ile w rzeczywistości potrzebujemy przestrzeni w budynkach, a w drugiej wykorzystać najlepiej jak można te, które już są.
Zatem to modernizacje bądź wymiany fasad istniejących powinny stanowić większe wyzwanie dla przemysłu budowlanego niż wznoszenie nowych obiektów. Pytań jest wiele. Jak modernizować chociażby fasady wielkopłytowych bloków mieszkalnych z okresu komunizmu w Polsce i innych krajach bloku wschodniego?
Wciąż tworzą one znaczną część zasobu mieszkaniowego tych regionów i pomimo niezbyt dobrego stanu technicznego prefabrykatów fasadowych budynki te na pewno nie zostaną zastąpione innymi w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat. Nawet gdyby było to możliwe ze względów ekonomicznych i prawnych, przyniosłoby to stratę z punktu widzenia środowiskowego. W części z tych budynków przeprowadzono termomodernizację, ale jej standard zależy od czasu jej realizacji (polskie wymagania w zakresie współczynnika izolacyjności cieplnej zaostrzyły się znacznie w ciągu ostatnich 30 lat).
Biorąc pod uwagę, że dominującą technologią było i niestety nadal jest okładanie ścian styropianem metodą lekką mokrą, potrzeba opracowania i – co równie ważne – rozpowszechnienia nowych, bardziej ekologicznych technik wydaje się wręcz paląca. Kolejne pytanie dotyczy nadmiernie przeszklonych fasad budynków wznoszonych masowo na przełomie XX i XXI w. Projektowane były zgodnie z panującymi trendami wizerunkowymi, bez głębszej refleksji nad racjonalnością energetyczną.
Z reguły brak w nich systemów zacieniających chroniących przed letnim przegrzewaniem, które wraz z postępującymi zmianami klimatu będzie coraz bardziej dotkliwym i kosztownym problemem użytkowym. W jaki sposób modernizować takie fasady? Pytań tego rodzaju pojawia się znacznie więcej, a jak dotąd nie stanowią one przedmiotem dyskusji na szczeblach, po których należałoby się spodziewać realnego działania.
Ślad węglowy w całym cyklu istnienia budynku
Kolejnym wyzwaniem dla branży budowlanej jest uznanie kryterium ekologiczności rozwiązań jako czegoś oczywistego, stawianego co najmniej na równi z innymi kryteriami (np. użytkowymi, finansowymi), a być może nawet powyżej nich. O ile jeszcze do niedawna miarą tego kryterium była energia, głównie związana z użytkowaniem budynku, o tyle obecnie wiemy, że bardziej właściwe jest mierzenie go tak zwanym śladem węglowym. Oznacza on sumę całkowitej emisji gazów cieplarnianych podczas pełnego cyklu życia produktu/budynku. Wyrażony jest jako ekwiwalent dwutlenku węgla na jednostkę funkcjonalną produktu.
Powinniśmy dążyć, by wszystkie budynki, rozwiązania i materiały budowlane, które stosujemy, miały możliwie niski ślad węglowy. W ugruntowanej już metodzie LCA (Life Cycle Assessment), która pozwala na zbilansowanie śladu węglowego w całym cyklu istnienia budynku, wyróżnia się cztery fazy tego cyklu: fazę wyrobu (wytworzenie surowców, transport, produkcja), fazę wznoszenia (transport, budowa), użytkowania (wraz z utrzymaniem i różnego rodzaju przekształceniami) i końca życia (rozbiórka, transport, przetwarzanie odpadów, składowanie surowców).
Drobiazgowość, która jest konieczna, by przeanalizować pełny cykl istnienia obiektu, jest miarą tego, jak wnikliwie należy podejmować decyzje projektowe w zakresie rozwiązań architektonicznych, budowlanych i instalacyjnych. Dotyka to z pewnością producentów materiałów budowlanych, którzy zanim powołają je do życia, muszą zaprojektować sposób ich powrotu do ponownego obiegu surowców.
Wpływa to również na pracę projektantów, którzy muszą traktować obiekt jako system uzupełniających rozwiązań i przewidzieć jego działanie w wielu scenariuszach i bardzo długiej perspektywie czasowej. Fasadę należy postrzegać jako ważny element takiego systemu. Projektowanie elementów budynku, w tym też jego fasad, staje się zatem procesem optymalizacji wielu kryteriów.
To jakiej wielkości będą okna, jakim typem szklenia wypełnione, powinno być zgrane z innymi decyzjami dotyczącymi np. masy termicznej budynku, sposobem rozplanowania jego funkcji (tak zwane strefowanie termiczne i świetlne), przestrzeni buforowych (np. atria, szklarnie), elementów otoczenia (np. zieleń, rodzaj nawierzchni).
Racjonalne wykorzystywanie szkła
Uznanie kryterium minimalizacji śladu węglowego jako naprawdę (a nie tylko deklaratywnie) ważnego w projektowaniu fasad wiąże się z konsekwencjami. Jedną z nich jest powściągliwość w projektowaniu przeszkleń. Liczba i rozmieszczenie okien powinno gwarantować dobre oświetlenie wnętrz budynku światłem dziennym, możliwie duże zyski termiczne w okresach grzewczych (dobrze wyważone względem strat ciepła i efektu przegrzewania). Powinno także zapewnić użytkownikom wnętrz kontakt widokowy pomiędzy wnętrzem a otoczeniem w zakresie adekwatnym do funkcji pomieszczeń.
Fascynacja szkłem – charakterystyczna dla ostatnich lat – dopiero zaczyna powoli ustępować, choć zważywszy od jak dawna wiadomo o problemach środowiskowych, nie powinna w ogóle się rozwinąć do takich rozmiarów. Fakt ten obrazuje powolność reakcji przemysłu budowlanego na wnioski płynące z badań naukowych, które powinny zmuszać do zmiany utrwalonych trendów. Tymczasem ilość przeszkleń w budynkach należy znacznie zmniejszyć na rzecz ich jakości – starannego, racjonalnego projektowania ich wielkości i rozmieszczenia oraz doboru parametrów.
Elementem obowiązkowym powinny być również zewnętrzne systemy zacieniające, chroniące wnętrza przed przegrzewaniem w strefach, gdzie elewacja podlega intensywnej insolacji. To pole do popisu dla architektów nie tylko w zakresie plastycznym – są to elementy widoczne i można za ich pomocą kreować stylistykę budynku, lecz także użytkowo-technicznym – powinny być one maksymalnie proste w użytkowaniu i konserwacji, a jednocześnie skuteczne w różnych sytuacjach potrzeb użytkowników i warunków pogodowych.
Materiały nisko przetworzone
Kolejną konsekwencją dążenia do minimalizacji śladu węglowego fasad jest zwiększenie udziału materiałów nisko przetworzonych. Pierwszym widocznym przejawem tego dążenia jest widoczny wzrost wykorzystania drewna jako materiału elewacyjnego. W ciągu ostatnich lat znacznie rozwinęły się i rozpowszechniły rozwiązania ścian na szkielecie drewnianym i nowe technologie drewna warstwowego CLT (Cross Laminated Timber). Dzięki temu drewno nie pojawia się na elewacji jedynie jako wykończenie (pierwszym przejawem mody na drewno była właśnie taka forma zastosowania), ale jako materiał tworzący podstawową strukturę ściany.
Liczne realizacje coraz większych i wyższych budynków w technologii drewnianej czynią ten materiał rzeczywistą konkurencją dla dominujących dotąd technologii – ceramiki, betonu czy szkieletów stalowych. Można się spodziewać, że z czasem do tej grupy dołączą inne nisko przetworzone materiały. Wymaga to, podobnie jak w przypadku drewna, uwspółcześnienia znanych tradycyjnych technologii low-tech, w tym rozwinięcia możliwości ich prefabrykowania.
Do najbardziej znanych, poza drewnem, technologii low-tech należą techniki budowania z ziemi. Znane są od dawna wielu różnych odsłonach – jako utrwalona historycznie technologia rodzima w architekturze krajów o różnych klimatach i kulturach, jako technologia na trudne czasy (np. w Polsce, w czasach między i powojennych), szczególnie dla architektury interwencyjnej (np. projekty Nadera Khalili, Toshiko Mori), jako rozwiązania współczesne dla budynków reprezentujących podejście ekologiczne i naturalne (demonstracyjny obiekt w Pasłęku projektu zespołu z Wydziału Architektury Politechniki Warszawskiej, dom własny Martina Raucha w Schlins) czy wreszcie jako ciekawostka estetyczna, stwarzająca możliwość wykreowania ciekawych efektów plastycznych i symbolicznych (np. Kaplica Pojednania w Berlinie projektu Martina Raucha, budynek produkcyjny w Laufen projektu Herzog & de Meuron).
Pomimo głęboko zakorzenionych tradycji i wielu niekwestionowanych zalet użytkowych technologia ta nadal pozostaje niszowa względem innych, stosowanych masowo. Aby to zmienić, konieczne jest rozwinięcie możliwości tego materiału, np. w zakresie nośności, która przekłada się na maksymalną wielkość elementów, odporności na wilgoć, czy termoizolacyjności. Rozważane są także możliwości łączenia tego materiału z innymi na zasadzie prostych kompozytów oraz tworzenia z nich prefabrykatów, które można dowolnie wykończyć z zewnątrz. Póki co można zaobserwować podobną fazę rozpowszechnienia technologii ziemnych jak w przypadku drewna kilkanaście lat temu.
Sięgają po tę technologię w pełnym zakresie na razie jeszcze nieliczni, którzy przekonali się do niej i są gotowi na ryzyko podjęcia innowacyjnych działań budowlanych. Coraz większym zainteresowaniem cieszą się natomiast tynki na bazie ziemi, czyli materiał wykończeniowy (szczególnie wewnątrz, z racji świetnych właściwości w zakresie regulacji wilgotności powietrza), który analogicznie do drewna elewacyjnego można traktować jako zapowiedź kolejnych kroków w kierunku rozpowszechnienia technologii ziemnych.
Na podobnym etapie rozwoju są technologie związane ze słomą. Duże możliwości rozszerzenia ich w stosunku do znanych już technik daje prefabrykacja. Słoma ze względu na bardzo dobre właściwości termoizolacyjne może pełnić rolę wypełnienia lekkich konstrukcji szkieletowych. Prefabrykowany panel grubości poniżej 30 cm może osiągnąć wymaganą obecnie w Polsce termoizolacyjność (U = 2 W/[m2K]), a nieco powyżej 40 cm – termoizolacyjność mieszczącą się w standardzie budownictwa pasywnego. Swoboda w wyborze wykończenia panelu z obu stron powoduje, że można osiągnąć niemal dowolną stylistykę architektoniczną.
Rozwijają się także inne technologie low-tech, np. hempcrete, czyli kompozyt ziemi, betonu i dodatku konopi, które – jak wykazują badania prowadzone na Wydziale Architektury Politechniki Warszawskiej – mają szansę sprawdzić się także w warunkach polskich. Bardzo interesujące są także próby wykorzystania papieru jako elementu ściennego. Dotychczas nie wykraczały poza najbardziej znane realizacje Shigeru Bana i inne, nieliczne projekty. Obecnie widoczny jest postęp w tym zakresie, do którego przyczynić się mogą między innymi prace nad interwencyjnymi jednostkami dla uchodźców z Ukrainy, projektowane i realizowane w Polsce z udziałem Shigeru Bana. W Polsce znaczne osiągnięcia w zakresie badania możliwości zastosowania papieru jako materiału budowlanego ma dr Jerzy Łątka z Wydziału Architektury Politechniki Wrocławskiej, współpracujący z naukowcami z czołowych ośrodków światowych, w tym także z Shigeru Banem.
Do grupy materiałów o niskim śladzie węglowym pośrednio zaliczyć także można komponenty pochodzące z odzysku. Coraz więcej takich przykładów znaleźć można także w rozwiązaniach fasadowych w postaci np. wykorzystania drewna z obiektów rozbieranych, cegły rozbiórkowej, gotowych elementów okiennych czy wręcz całych fragmentów ścian. To wciąż stosunkowo mała grupa obiektów, a znaczną jej część zrealizowano w krajach najbardziej nastawionych na tego rodzaju próby, czyli w Holandii i Danii. Kluczowym warunkiem ich powodzenia jest kreatywność projektowa oraz rozwinięta baza danych na temat możliwych do wykorzystania zasobów z odzysku.
Wspomaganie przemian
Jak wykazuje wiele badań i prób, możliwe jest znaczne obniżenie śladu węglowego fasad w stosunku do rozwiązań typowych dla ostatnich kilkudziesięciu lat. Przemiany, choć już zauważalne, są jednak bardzo powolne. Zbyt powolne, jak na współczesne potrzeby. Biorąc pod uwagę to, od jak dawna o tym się mówi, a jak niewiele się w tym zakresie zdarzyło, trudno oprzeć się wrażeniu, że ma w tym swój udział głównie inercja przemysłu budowlanego i modelu współczesnej gospodarki. Wciąż łatwiej znaleźć pieniądze na produkcję materiałów znanych, pomimo wiedzy o ich wadach, niż na wprowadzenie nowych, lepszych dla ludzi i środowiska.
To drugie wiąże się z koniecznością przeznaczenia środków na intensywne badania naukowe, wznoszenie eksperymentalnych budynków, szkolenia firm wykonawczych, edukowanie inwestorów i wspieranie ich na trudnej drodze stosowania innowacyjnych technologii. Analizując sytuację w Polsce, środków tych praktycznie nie ma. Ważne jest także wzmocnienie procesu projektowania, w tym również, a może nawet przede wszystkim fazy koncepcyjnej.
Posłużyć temu powinny liczne narzędzia wspomagające, takie jak BIM, programy symulacyjne czy rozwinięte bazy danych dotyczących materiałów (nowych i z odzysku), ich dostępności na danym obszarze oraz zasobów ludzkich w postaci wyspecjalizowanych wykonawców, producentów, rzemieślników czy lokalnych liderów. Wypracowywanie nowych, bardziej ekologicznych rozwiązań fasadowych to żmudna i trudna droga, a jednak – patrząc na rozwój sytuacji – wygląda na to, że wygrają ci, którzy odważą się na nią wejść.
