Duple fasade - moguće rešenje za energetsku efikasnost objekata

Novi Zakon o planiranju i izgradnji doneo je novine koje se odnose na objekte visokogradnje. Članom 4. ovog zakona postavljena je osnova za vrednovanje energetskih svojstava ovakvih objekata. Ovim je otvorena mogućnost za realizovanje koncepta duplih fasada u domaćoj građevinskoj praksi.

Napomena: U ovom tektu predstavljene su opšte podele duplih fasada, njihove karakteristike, prednosti i mane. Više o duplim fasadama, fotografije izvedenih objekata, šeme i tehnička rešenja, možete potražiti na internetu pod pojmom double glazed facade.

1. Osnovni elementi duplih fasada

Osnovni elementi duple fasade su:

• spoljašnja fasada
• unutrašnja fasada
• šupljina između naspramno postavljene spoljašnje i unutrašnje fasade u kojoj može da struje vazduh
• zastori

Slika 1.1 Šema duple fasade

Spoljašnja fasada najčešće se izvodi u potpunosti od stakla.

Unutrašnja fasada najčešće je kombinacija stakla i klasičnog zida. Koriste se termoizolaciona dvostruka ili trostruka stakla ispunjena vazduhom ili argonom, često sa premazom male emisivnosti koji smanjuje toplotne dobitke od zračenja.

Širina šupljine može da varira između 200mm i 2m, i utiče na termoizolacione karakteristike fasada, kao i na način održavanja.

Slika 1.2 Primeri zgrada sa duplim fasadama

Zastori se skoro po pravilu postavljaju unutar šupljine, mada se mogu naći i na unutrašnjoj ili spoljašnjoj strani fasade. Ukoliko su  smešteni u šupljini fasade zastori su zaštićeni od spoljašnjih uticaja što omogućuje primenu jednostavnijih konstrukcija i poveća izbor materijala za zastore.

Njihova glavna uloga svakako je smanjenje dobitaka toplote usled sunčevog zračenja a mogu se iskoristiti i za predgrevanje vazduha za ventilaciju (zastori apsorbuju toplotu a zatim je konvekcijom predaju okolnom vazduhu i razmenjuju toplotu zračenjem sa okolnim površinama).

Kada su potpuno spušteni zastori dele šupljinu na dva dela. Što je šupljina fasade uža, vazduh se lakše zagreva i obrnunto. Ako su zastori postavljeni bliže unutrašnjoj fasadi i ako šupljina nije dovoljno provetravana, postoji opasnost od prevelikog zagrevanja vazduha u delu šupljine bliže unutrašnjoj fasadi.

Slika 1.3: venecijaneri

Pre određivanja pozicije zastora mora se imati u vidu:

• lokacija zgrade
• orijentacija fasade
• geometrija šupljine
• veličina i mesto spoljašnjih i unutrašnjih otvora šupljine
• način provetravanja šupljine.

Pravilnim izborom zastora i njihove pozicije u šupljini može se smanjiti potrošnja energije za grejanje i hlađenje zgrade. U literaturi se mogu naći preporuke koje kažu da se zastori postavljaju u spoljašnjoj polovini šupljine, bliže spoljašnjoj fasadi da bi se izbeglo preterano zagrevanje šupljine između fasada.

Slika 1.4. Presek sprata i šema strujanja vazduha u objektu sa duplom fasadom (primer)

2. Podele duplih fasada

Vrste duplih fasada mogu se klasifikovati na osnovu različitih kriterijuma. Najčešće su one prema geometriji i funkciji šupljine.

2.1 Podela duplih fasada prema geometriji šupljine

Kutijasti prozor, tzv. kibic (box window) - U ovom slučaju horizontalne i vertikalne pregrade dele fasadu na manje nezavisne delove. One sprečavaju prenos zvuka i mirisa iz prostorije u prostoriju. Na svakom delu na spoljašnjoj fasadi su potrebni otvori za ulaz i izlaz vazduha.

Preko donjeg ulaznog i gornjeg izlaznog otvora ostvaruje se protok vazduha i na taj način provetrava međuprostor, a dalje preko prozora na unutrašnjoj strani provetrava se i unutrašnji prostor. Obično se primenjuju kod zgrada izloženih velikoj buci i tamo gde je potrebno da se zvuci ne prenose iz prostorije u prostoriju (slika 2.1.1)

Stubna fasada - U ovom slučaju kutijasti prozori su povezani na svakom spratu preko vertikalnih kanala koji se nalaze na fasadi. Vazduh struji iz prozora kroz kanal do vrha gde se izbacuje. U kanalima se ostvaruje termičko kretanje vazduha. Na unutrašnjoj strani nalaze se prozori koji služe za prirodno provetravanje. Vazduh se može izbacivati preko kanala i uz pomoć mehaničke ventilacije (slika 2.1.2).

Koridorni tip fasade - Horizontalne pregrade se postavljaju zbog protivpožarne zaštite, zvučne izolacije ili zbog provetravanja (2.1.3).

Višespratna dupla fasada - U ovom slučaju ne postoje ni horizontalne ni vertikalne pregrade. Provetravanje je omogućeno preko velikih otvora u podnožju zgrade i blizu krova zgrade. Pogodne su za primenu na lokacijama sa velikom bukom s obzirom da ova konstrukcija ne zahteva otvore duž cele visine. Po pravilu, prostorije u zgradi sa ovakvim tipom duple fasade bi trebalo da budu mehanički provetravane. Kod ovog tipa može biti i problem prenošenja zvuka u šupljini (2.1.4).

Slika 2.1.1 Box window (levo)
Slika 2.1.2 Stubna fasada (desno)

Slika 2.1.3 Koridorni tip fasade (levo)
Slika 2.1.4 Višespratna dupla fasada (desno)

2.2 Podela duplih fasada prema funkciji šupljine

Prirodno provetravanje fasada - Postavljena je dodatna površina sa spoljašnje strane postojeće fasade. U periodima bez Sunčevog zračenja, dodatni omotač obezbeđuje veću termičku izolaciju. U periodima sa Sunčevim zračenjem šupljina se provetrava usled efekta dimnjaka. Solarni dobici se smanjuju kako se zagrejani vazduh izbacuje napolje. Temperaturna razlika između spoljašnjeg vazduha i zagrejanog vazduha u šupljini mora biti velika da bi ovaj sistem funkcionisao pa se njegova upotreba ne preporučuje u toplijim podnebljima.

Aktivna fasada - Postavljena je dodatna površina sa unutrašnje strane postojeće fasade; recirkulisani vazduh prolazi kroz šupljinu fasade i vraća se u ventilacioni sistem. U periodima sa sunčevim zračenjem toplota, koju su apsorbovali zastori, odvodi se ventilacijom. U periodima sa gubicima toplote energija se može sprovesti do razmenjivača toplote i tako iskoristiti.

I tokom hladnih perioda sa malo ili bez sunčevog zračenja i tokom perioda sa solarnim ili toplotnim dobicima, temperatura unutrašnje površine unutrašnje fasade je približna sobnoj temperaturi što povećava osećaj ugodnosti u graničnoj zoni prostorije uz fasadu. Ovaj tip preporučuje se za hladne klimatske uslove zbog povećanog komfora tokom hladnog perioda i mogućnosti reprodukcije solarne energije.

Interaktivna fasada - Slična je prirodno provetravanoj fasadi, ali je kod nje provetravanje prinudno pa sestem može da radi u situacijama sa visokom spoljnom temperaturom. Zbog toga je idealan za topla klimatska područja sa visokim dobicima toplote. Kod ovog sistema dozvoljeno je otvaranje prozora i na taj način je omogućeno prirodno provetravanje čak i kod visokih zgrada.

U zavisnosti iz kog pravca vazduh ulazi u šupljinu kao i u kom pravcu se usmerava kada napušta šupljinu postoje tri mogućnosti:

• snabdevanje: svež vazduh dovodi se u objekat preko šupljine (2.2.1.a)
• izbacivanje: unutrašnji vazduh se odstranjuje preko šupljine (2.2.1.b)
• vazdušna zavesa: vazduh izlazi iz šupljine sa iste strane sa koje je ušao (2.2.1.c i d).

Postoje dve opcije vazdušne zavese:

• vazdušna zavesa sa spoljašnjim vazduhom - uobičajeno za prirodnu ventilaciju (2.2.1.c)
• vazdušna zavesa sa unutrašnjim vazduhom - kombinovana sa sistemom za ventilaciju (2.2.1.d).

Slika 2.2.1 Podela prema pravcu kretanja vazdušne struje:
а) snabdevanje svežim vazduhom; b) izbacivanje vazduha iz prostorija preko šupljine; 
c) spoljašnja vazdušna zavesa; d) unutrašnja vazdušna zavesa

Primenom duple fasade moguće je održavanje uslova ugodnosti u određenim granicama i bez KGH sistema ukoliko su ispunjeni određeni uslovi, što najčešće nije slučaj. Jedna od prednosti primene duplih fasada je u mogućnosti aktivnog učešća u grejanju, klimatizaciji i provetravanju objekta čime se može redukovati kapacitet KGH sistema i smanjiti potrošnja energije.

Tokom preioda grejanja spoljašnji vazduh se može dovoditi u donjim delovima fasade. On se zatim predgreva u šupljini dok se kreće na gore. Tokom leta postoji mogućnost odvođenja vazduha kroz otvore u gornjim delovima fasade (2.2.2).

Slika 2.2.2 Dupla fasada kao centralni direktni pregrejač

Tokom cele godine dupla fasada se može koristiti kao kanal za izbacivanje vazduha bez mogućnosti regeneracije toplote za KGH sistem.

Slika 2.2.3 (levo): Dupla fasada kao kanalza izbacivanje vazduha

Osnovne prednosti ovog sistema su poboljšanje toplotne izolacije zimi i smanjenje toplotnih dobitaka od sunčevog zračenja leti.

Ovaj sistem se do određenog stepena može primenjivati kako zimi tako i leti i kod njega nije ograničeno otvaranje prozora (2.2.3).

Dupla fasada se može primeniti i kao individualni izvor predgrejanog vazduha. Ova strategija je primenjiva i kod višespratne fasade i kod kutijastog tipa (2.2.4).

Slika 2.2.4 Dupla fasada kao individualni pregrejač vazduha

Šupljinu duple fasade moguće je iskoristiti kao glavni izlazni kanal ventilacionog sistema. Vazduh se u nju ubacuje na dnu šupljine i na svakom spratu.

Slika 2.2.5 Dupla fasada kao centralni ventilacioni kanal za izbacivanje vazduha

Sistem za ubacivanje vazduha u prostorije stimuliše kretanje vazduha ka šupljini. Vazduh koji izlazi na vrhu šupljine može se sprovesti do razmenjivača toplote koji služi za predgrevanje vazduha za ventilaciju.

Kako vazduh u šupljini nije svež prozori se ne smeju otvarati (slika 2.2.5).

3. Problem kondenza i njegovo rešavanje 

Kod konstrukcija sa duplom fasadom visoka relativna vlažnost vazduha u prostorijama može predstavljati problem.

Ako unutrašnja površina nije u potpunosti zatvorena kada temperatura te površine opadne ispod temperature tačke rose za vazduh u šupljini doći će do kondenzacije na unutrašnjoj strani spoljašnje fasade.

I u objektima sa duplom fasadom održavanje uslova ugodnosti u uskim granicama garantuje samo potpuni KGH sistem. Ipak, kod ovakvih objekata viskogradnje prostorije se mogu provetravati i otvaranjem prozora pa korisnici prostora mogu na jednostavan način da utiču na unutrašnje uslove.

Ogromna popularnost ove činjenice često se objašnjava kao reakcija na pogrešno dimenzionisane i loše održavane sisteme klimatizacije označene kao glavni uzrok nastajanja sindroma bolesne zgrade (sick building).

Napomena: o sindromu bolesnih zgrada pogledati više u tekstu Šta je sindrom bolesne zgrade - SBS, i kako ga izbeći? (klikni na link).