Fasada: Vizuelni simbol energetske efikasnosti

Hajde da pričamo o koži. Koža je zaštitna membrana. Koža je interfejs između organizma i okoline. Ljudi imaju kožu, zgrade imaju kože, pa čak i naša planeta Zemlja ima kožu. Koža reguliše temperaturu i vlažnost, štiti od spoljašnjih elemenata (ili vakuuma svemira) i omogućava unutrašnjem sistemu da funkcioniše u uređenom okruženju.

Pre pojave klimatizacionih sistema, koža ili omotač zgrade je bio ključan u obezbeđivanju dobro provetrene, termički regulisane unutrašnje sredine. Koža je izolovala i provetravala. Nakon integracije klimatizacionih sistema u zgradama, ova zaštitna membrana je prestala da pruža takve usluge. Naše oslanjanje na mehanizovano okruženje zavelo nas je od pasivnih strategija koje se koriste za smanjenje potreba za grejanjem i hlađenjem, kao i za ventilacijom i osvetljenjem enterijera.

Mehaničko grejanje i hlađenje unutrašnjosti zgrada značilo je da omotač mora da bude čvrsto zapečaćen i nepropusan kako bi zadržao tu cenjenu toplotnu udobnost. Samim tim je i ventilacija morala biti mehanizovana. Kao stanari i projektanti ovih zgrada, mi tek sada shvatamo da strogo oslanjanje na mehaničku opremu dolazi po visokoj ceni: više energije za rad i održavanje sve ove mašinerije, kao i lošije zdravlje usled slabo provetrenih enterijera i nepromenljivih temperatura.

Caltrans 7 - Kalifornija, SAD

Ovo novo shvatanje, koje dolazi u sklopu zelene revolucije, primorava nas da gledamo na omotače zgrada na novi način. Mogli bismo da se vratimo tehnikama i materijalima koje su koristili graditelji iz 19. veka, ali umesto toga, postoji veliki broj ljudi koji gledaju napred. Nove tehnologije fasadnih omotača su u izobilju. Fasade sa integrisanim fotonaponskim panelima su sve više popularnije. Inteligentne fasade, poput one koja je implementirana na sedištu kompanije Caltrans 7 u Kaliforniji, SAD, mehanički reaguju na uslove sredine preko centralnog sistema nadzora. Ova „robo-koža“ automatski senči i provetrava zgradu kada je to potrebno.

Prve preteče inteligentnih fasada javljaju se početkom 20. veka. Evropski izveštaj o najboljoj fasadi (The European BestFacade report) tvrdi da su fabrika „Steiff“ u Nemač-koj, koja je i danas u upotrebi, kao i Poštanska štedionica Oto Vagnera u Austriji, koristile metod duple fasade 1903. godine. U Francuskoj 1930-ih godina, čuveni arhitekta Le Korbizije je projektovao svoju „Mur Neralistant“ fasadu, gde je vazdušni sloj trebao da neutrališe spoljašnju klimu. Visoki troškovi su sprečili realizaciju ove ideje, ali već posle Drugog svetskog rata počela je postepena primena nove fasade u Evropi, a od 1970-ih i u Severnoj Americi.

Međutim, sve do pre par godina mi nismo imali realnu potrebu da izmenimo funkciju omotača zgrade. Kada je 2007. godine globalno zagrevanje postalo shvaćena realnost namesto samo žustre rasprave, a i sa rastućim globalnim tenzijama oko dragocenih fosilnih goriva, energetska efikasnost je postala primarni fokus. Istraživanje i razvoj u oblasti održivog dizajna doveo je do napretka u proizvodima i metodama koje se koriste pri projektovanju i izradi fasada, dok holističke analize građevinske fizike pomoću računarskog modelovanja dokazuju da integrisano projektovanje može da maksimizuje energetsku efikasnost.

Kristijan Šitič (Christian Schittich) u svojoj knjizi „Omotači zgrada“ (Building Skins), zahteva da se odnosimo prema fasadnom oblaganju kao prema odgovornoj koži, a ne kao ukrasnom pakovanju. Verner Lang (Werner Lang) sugeriše, u istoj knjizi, da pošto omotač zgrade ispunjava mnoštvo vitalnih funkcija, on je važan faktor za potrošnju energije zgrade. Možda ne bi trebali da tretiramo fasadu kao kožu uopšte, već kao sistem koji treba da bude integrisan sa celom zgradom.

Sara Hart, u svom članku za Društvo fasadnih inženjera SAD-a (Society of Facade Engineering), objašnjava: „Evolucija omotača zgrade od statičkog omota do kompleksnog, aktivnog sistema zgrade je delimično motivisano sa ekonomijom potrošnje energije i obećanjem o održivosti. Umnožavanje privatnih i javnih istraživanja i proizvodnje je dovelo do niza različitih proizvoda i procesa.“

Još jedan faktor u razvoju omotača zgrada jeste svakako uticaj biomimikrije na industriju dizajna i projektovanja. Biomimikrijske zgrade primenjuju ovaj inovativni model dizajna vrlo uspešno na omotače zgrada. Primeri mogu biti viđeni na samoprečišćavajućim bojama korišćenim u Nemačkoj, fasadanim elementima koje prečišćavaju vazduh u Meksiku, zatim fasadnim elementima koji se mehanički skupljaju i otvaraju radi regulacije unutrašnje temperature na neboderima u Abu Dabiju, pa sve do termički regulisane zgrade u Zimbabveu koja je preuzela oblik i osobine termitske humke.

Sa omotačima zgrada koji postaju glavni fokus u cilju smanjenja energetskih opterećenja objekata, počinjemo polako da shvatamo ulogu inteligentnih fasada u transformaciji načina na koji projektujemo zgrade. Kao što je jedan pisac rekao, fasada može da bude „vizuelni simbol energetske efikasnosti“. Zbog estetskih i performativnih razloga, ove inovacije tehnologija fasada bi trebalo posmatrati kao priliku za efikanost i celokupnu integraciju zgrade.

Glavnu prepreku koju arhitekte moraju prevazići kako bi implementirali ove pametne fasade jeste integrisano projektovanje. Korišćenje interaktivnog omotača podrazumeva projektovanje sa većim nivoom komunikacije između enterijera i eksterijera, kao i bolje integrisana kombinacija sistema.

Koža je najveći organ ljudskog tela i ona je u potpunosti integrisana sa performansom svakog drugog organa. Poređenje možemo nastaviti sa centralnim „mozgom“, tj. sistemom upravljanja zgrade, njegovim senzorima, aktuatorima i komandnim žicama koje povezuju kožu sa ostatkom zgrade i njenim stanarima.

Glavni cilj integrisanog projektovanja je da se pokrene dijalog između svake grane inženjerstva od samog početka projektovanja. Svaki stručnjak mora dati maksimum od sebe kako bi odredio najefikasniji način izvođenja predloženog projekta. Ovaj pristup procesu projektovanja je čak počeo da menja specijalnost stručnjaka. U članku Sare Hart, ona kaže da kako bi investitori doneli najprikladniji pravac delovanja „konsultanti za fasade postaju multidisciplinarni stručnjaci u arhitektonskoj profesiji“.

Era fasada kao pasivog omotača je završena. Njena smrt je odavno trebala da se desi, prema pokojnom Rejnaru Banamu (Reyner Banham), koji je 1969. godine napisao da je intelektualna podela između strukture i njenih sistema očigledno pogrešna. On se požalio na činjenicu da je rasprava o tome šta neku zgradu čini useljivom retko ide dalje od projektovanja prostora i davanja formi. Kako održivost postaje cilj, takvo razmišljanje izgleda kontraintuitivno. Da je Banam danas živ, bilo bi mu drago da vidi najnoviji trend koji je daleko od ove podele građevinskih funkcija na ono što se često naziva „koncept cele zgrade“ (the whole-building concept), u kojim su svi sistemi – KGH, vodovod i kanalizacija, struja i fasada – projektovani da budu međuzavisni. Za neke inženjerske umove, prava inovacija može biti pronađena u procesu shvatanja koncepta celokupne zgrade.

Taj proces nikada nije bio važniji kako održivost postaje bitan kriterijum performansi i tera na nezavisnost sistema kako bi se ispunili ovi ciljevi. Fasade više nisu puki omotači. Oni su još jedan vitalan sistem koji može da poboljša ili ugrozi celokupni pristup projektovanju i gradnji zgrada.

U narednom delu teksta prikazaćemo nekoliko inovativnih projekata fasada koje, svaka na svoj način, otelotvoruje principe integrisanog projektovanja i fasada kao deo međuzavisnih sistema zgrada.

Bolnica Manuel Gea Gonzalez, Meksiko Siti

Godine 1992, Ujedinjene nacije su nazvale Meksiko Siti „najzagađenijim gradom na planeti“. Sa procenjenih 35.000 hospitalizovanih ljudi godišnje zbog bolesti koje se pripisuju prljavom vazduhu, završetak skulpturalne fasade koja prečišćava vazduh na gradskoj bolnici, berlinskog arhitektonskog biroa Elegant Embellishments, došao je u pravo vreme.

Fasada bolnice Manuel Gea Gonzalez - Meksiko

Kao deo dvodecenijskog napora čišćenja vazduha ovog megagrada, fasadna obloga pokriva 2.500 kvadratnih metara bolnice Manuel Gea Gonzalez i prostire se 100 metara u dužinu. Fasada se sastoji od belih ploča Prosolve 370e (dizajn biroa Elegant Embellishments) – trodimenzionalni X i I moduli koji se pričvršćuju na čeličnoj potkonstrukciji. Svaka lagana, termički formirana plastična ploča je obložena sa praškastim, fotokatalitičkim, prečišćivačem titanijum-dioksidom (TiO₂), nanomaterijalom patentovanim od strane kompanije Millennium Chem (sada Cristal Global) 2002. godine.

Direktori dizajna biroa Elegant Embellishments Alison Dring i Danijel Švag su koristili inovaciju iz kompanije Millennium Chem kako bi stvorili skulpturalne ploče koje ne samo da služe za elegantno ulepšavanje, već takođe i maksimizuju površinu, usmeravaju sunčevu svetlost u zgradu i usporavaju protok vazduha kako bi stvorile turbulencije koje bolje raspoređuju zagađivače vazduha preko površine pločica. Pametna ornamentika, svakako.

Neregularni i biomimetički obrazac pločica proističe iz kvazikristalne, ili penrose, mreže zasnovane na sunđerima i koralima. Šuplji moduli napravljeni su od ABS-polikarbonatnih plastičnih tabli koje su vakumom formirane preko aluminijumskih elemenata, zatim isečene i obložene od strane robotske prskalice sa slojevima TiO₂ i prajmerima koji prijanjaju na plastičnu podlogu.

Osim impresivne geometrije sistema, ono što je zaista posebno jeste njegova mogućnost odbijanja čestica koje zagađuju vazduh. Kada UV zraci uzbude elektrone u TiO₂ česticama od 20 nanometara – samo jedan gram čestica ima neverovatnu površinu od 500 kvadratnih metara – u premazu pločica, elektroni razbijaju okside azota i organske zagađivače pri kontaktu. Nusprodukti su voda i mala količina kalcijum nitrata (čest sastojak u đubrivu), koji se ispiraju sa prvom kišom. Prema rezultatim nezavisnih testiranja TiO₂, biro Elegant Embellishments procenjuje da bi fasada bolnice, sa svojom raskošnom armaturom i velikodušnom površinom, trebala da eliminiše ekvivalentnu količinu oksida azota proizvedenog od strane 8.750 vozila na putevima Meksiko Sitija dnevno.

Sami Prosolve moduli mogu biti očišćeni sa vlažnom krpom i ponovo naprskani na licu mesta kada njegov TiO₂ premaz počne da se istanjuje ili nestaje, što bi trebalo da bude otprilike kao i kod spoljašnje farbe.

BIQ – fasada od algi

Zgrada pod nazivom BIQ House ima bioadaptivnu fasadu od algi i koristiće se za testiranje potencijala održive proizvodnje energije u urbanim sredinama i za razvoj samoodrživih „živih“ građevina. BIQ kuća nastala je kao rezultat saradnje međunarodne inženjerske kompanije Arup, nemačke kompanije Strategic Science Consultants i austrijskog arhitektonskog studija Splitterwerk Architects, a predstavljena je na međunarodnoj izložbi građevine u Hamburgu.

BIQ fasada - Hamburg

U kompaniji Arup predviđaju da će se u narednih pedesetak godina izgled i funkcionalnost građevina promeniti iz temelja. Kao neke od trendova razvoja u gradnji zgrada, Arup navodi već postojeće pilot projekte farmi u neboderima, fotonaponske premaze i robote za održavanje svih sistema u objektima. U Arupu veliki naglasak stavljaju na adaptivne građevine koje se menjaju u skladu sa potrebama stanara i uslovima životne sredine, i navode kako će „urbana izgradnja budućnosti funkcionisati kao živ organizam koji je u interakciji sa okolinom i korisnicima“. BIQ zgrada je jedan od koraka u ostvarenju ove vizije.

Fasada BIQ zgrade izrađena je od algi i funkcioniše kao veliki biološki reaktor u kome za vreme jačeg sunčevog zračenja alge brže rastu i na taj način osiguravaju dodatni hlad za stanare. Biološki reaktori osim proizvodnje biomase koja se može koristiti za proizvodnju električne energije, „hvataju“ toplotu, pa se sa ova dva izvora obezbeđuju energetske potrebe objekta. Fotosinteza u ovom procesu ima dvostruku ulogu. Dinamički prilagođava osenčanost u skladu sa spoljašnjim uslovima, dok istovremeno mikroalge postaju čist izvor obnovljive energije.

Al Bahr kule u Abu Dabiju

Za projekat Al Bahr kule u Abu Dabiju, arhitektonski biro Aedas je razvio jedinstveni inteligentni omotač, inspirisan tradicionalnom arapskom mašrabijom (mashrabiya – prozorska okna od drveta u tipičnoj arabijskoj ornamentici), za koju biro tvrdi da smanjuje unutrašnje toplotne dobitke izazvane sunčevim zracima za oko 50 odsto.

Al Bahr - Abu Dabi

Mašrabije su drvena rešetkasta platna, isklesana po nekom geometrijskom dizajnu, koje su pokrivali prozore tradicionalne arapske arhitekture (naročito kuća) od 14. veka. Često postavljene na uličnom delu stanova, mašrabije nude zaštitu od tuđih pogleda, kao i od sunca. Mašrabije zapravo i podstiču protok vazduha, pomažući u hlađenju vode koje se nalaze u glinenim loncima zahvaljujući njihovim poroznim površinama koje se „znoje“.

Spoljašnji omotač Al Bahr kula je zapravo jednostavniji od mašrabija iz kojih vuče inspiraciju – bar u smislu da on služi jednoj svrsi: osenčenju. Ali, dok su tradiconalne mašrabije pasivne, moderna adaptacija biroa Aedas se prilagođava prema položaju sunca. Fasada se sastoji od 2.000 modula nalik kišobranima koji se otvaraju i zatvaraju radi prilagođavanja poziciji sunca u odnosu na doba dana. Kišobrani su automatizovani i kontroliše ih sistem koji upravlja zgradama – nešto nalik centralnom nervnom sistemu koji omogućava da različiti sistemi zgrade rade jedni sa drugim, a ne protivno sebi.

Prednost ovog pristupa, prema birou Aedas, je izbegavanje upotrebe tamnog obojenog stakla koje neminovno ograničava nadolazeće svetlo sve vreme, a ne samo problematičnu direktnu sunčevu svetlost u određenim periodima dana. Umesto toga, ova dinamična fasada dopušta prodor svetlosti delimično u toku dana omogućavajući smanjeno korišćenje veštačkog osvetljenja u unutrašnjosti. Ono što je prilično dobro kod ovih modernih mašrabija jeste da u različitim stepenima otvorenosti, oni poprimaju različite geometrijske šare od teselacijskih heksagona do naizmenično okrenutih trokrakih zvezda.