Partneři sekce:
  • Stavmat

Moderní skleněné fasády: nechybí klimatizace a výroba elektřiny

Moderní skleněné fasády: nechybí klimatizace a výroba elektřiny

Jsou moderní, průhledné a působí prestižním dojmem – velké skleněné fasády jsou dosti módní záležitostí u velkých kancelářských komplexů a průmyslových staveb. Přesto však je jejich používání rozumné ve smyslu energetické hospodárnosti a ekonomičnosti pouze tehdy, jestliže jsou vybaveny též klimatizací a pomáhají zajišťovat elektřinu. Skleněný průmysl tedy soustředí své kapacity na vývoj multifunkčních oken a prvků fasád, což je oblast, kde již bylo dosaženo řady slibných inovací.

Architekti a stavební inženýři v současné době čelí zásadním výzvám. V moderní architektuře roste poptávka po skleněných fasádách, jež přinášejí světlo a dodávají budovám prestižní vzhled. Podle předpovědí bude do roku 2021 realizováno až 1,33 miliard čtverečních metrů nových fasád. To odpovídá zhruba oblasti Velkého Londýna. Pojí se s tím však jeden problém: zejména v letních měsících vyžaduje budova pokrytá sklem značné množství energie na to, aby bylo možné teplotu uvnitř udržet na přijatelné úrovni. Klimatizace jsou děsivými žrouty energie, jež do velké míry zodpovídají za to, že budovy produkují kolem 40 % všech uhlíkových emisí v průmyslových zemích.

Energetická náročnost budov by měla být minimální

Do jakéhokoli projektu, kde bude použito sklo, je proto nutné začlenit přídavné funkce, jež budou stínit a zároveň klimatizovat. Význam těchto funkcí nabývá na důležitosti spolu s tím, jak mezinárodní cíle ochrany klimatu povolují stále méně emisí. Členské státy Evropské unie například odsouhlasily, že u nových budov po roce 2020 energetická náročnost na vytápění, ohřev vody, větrání a klimatizaci musí být téměř nulová a že jakékoli další energetické výdaje musí být pokryty zařízeními, které budou instalovány v budově samotné. A právě v tom spočívá užitek multifunkčních fasád.

„Už v minulosti byla již řada prvků součástí fasády, jako například různé řídicí funkce a ochrana před sluncem. V budoucnu budou přidávány další funkce,“ uvádí architekt Stefan Behnisch ze Štutgartu. Zmiňuje prvky osvětlení, tepelné výměníky k produkci solárního tepla a též prvky k mechanickému větrání a provzdušnění. V tuto chvíli tyto fasádní systémy ještě nejsou standardem. Na fasády se zatím převážně hledí ve smyslu jejich jednotlivých součástí, jež jsou vyráběny různými výrobci. Projektanti pak musí trávit spoustu času a vyvíjet úsilí kombinováním těchto součástí. Tohle se však záhy změní, jelikož výzkum i průmysl se této příležitosti již chopil a soustředí se nyní více na vývoj integrovaných řešení.

Vlajkový projekt: obálka budovy nového Centra Festo Automation celá sestává z klimaticky aktivního skla a dodává tak této nové budově punc modernosti a prestiže. Foto: Festo

Vlajkový projekt: obálka budovy nového Centra Festo Automation celá sestává z klimaticky aktivního skla a dodává tak této nové budově punc modernosti a prestiže. Foto: Festo

Vzduch jako protisluneční štít

Pohled na některé projekty již stojících budov můžeme brát coby ochutnávku budoucí architektury; např. 67metrové Centrum Festo Automation ve východoněmeckém Esslingenu, které čítá 16 pater. Budova byla oficiálně otevřena koncem roku 2015 a funguje s využitím důmyslného energetického systému. Její skleněnou fasádu, jež čítá celkem 8 500 metrů čtverečních, lze popsat jako provětrávanou fasádu, v níž vzduch neustále proudí mezi vnitřním protislunečním štítem, hliníkovými součástmi modulové fasády a skleněnými výplněmi. To znamená v první řadě, že v létě horko nemůže pronikat dovnitř budovy, čímž dochází k omezení potřeby jejího chlazení.

Elektrochromické sklo

Další ochrana před světlem a teplem je v nové budově Festo vytvářena pomocí tzv. elektrochromického skla, jež lze zatemnit podle potřeby a odblokovat tak sluneční svit. Celkem zde bylo instalováno 441 sendvičových panelů, jež pokryly celkovou plochu 1 000 metrů čtverečních. Panely jsou uvnitř jemně pokryty velice tenkou vrstvou nanočástic oxidu wolframu. Kdykoli je zapojen zdroj elektrického napětí, panely zmodrají, čímž se omezí jejich průsvitnost. Jeho zapojení je v Centru Festo Automation spravováno automaticky systémem řízení budovy, který reaguje na signál čidel, ačkoli je též možné použít manuální řízení prostřednictvím tlačítka nebo dotykové obrazovky. Východoněmecký výrobce EControl-Glas uvádí, že systému trvá změna z nejsvětlejší na nejtmavší barvu 20 až 25 minut. Po zatemnění proniká pouze 12 procent slunečního svitu a zbylou část částice odrazí zpět.

Společnost EControl-Glas dosud realizovala pět evropských projektů podobné velikosti o celkovém počtu 15 000 čtverečních metrů přepínatelného skla. A poptávka stále roste. „O energeticky úsporných budovách nyní existuje větší povědomí,“ říká výkonný ředitel Hartmut Wittkopf. Když hovoří o ekonomičnosti elektrochromického skla, argumentuje, že ačkoli má toto sklo ve srovnání s konvenčním izolačním sklem vyšší pořizovací hodnotu a byť spotřebovává elektřinu na funkci přepínání, tato investice se přesto vyplatí. Je to proto, že řízení světla a teploty vytváří podstatné zlepšení v energetické efektivitě bez potřeby vnějšího stínění typu rolet. „Počítáme,“ říká Wittkopf, „že náklady na sklo EControl-Glas se vrátí dokonce do čtyř až šesti let.“

Energetická efektivita: skleněná fasáda nového Centra Festo Automation byla navržena jako provětrávaná fasáda. Pomocí elektrochromických skleněných výplní se sama automaticky přizpůsobí převládajícím světelným podmínkám. Foto: Festo

Energetická efektivita: skleněná fasáda nového Centra Festo Automation byla navržena jako provětrávaná fasáda. Pomocí elektrochromických skleněných výplní se sama automaticky přizpůsobí převládajícím světelným podmínkám. Foto: Festo

Zatemnění za pár vteřin díky tekutým krystalům

EControl-Glas není jedinou společností, jež nabízí elektronicky zatemnitelné fasádní prvky. Stejný technický princip používá společnost Sage Saint-Gobain, jejíž sklo je prodáváno například coby dynamické sklo firmou Schüco, specialistou na fasády. Německá vědecko-technologická skupina Merck se zabývá jinou možností realizace přepínatelného skla. Tato společnost ve spolupráci se svými partnery v současnosti testuje okenní výplně, jež jsou schopny ještě rychlejší reakce na změny v osvětlení než obdobná skleněná řešení. Merck v nich využívá směsi tekutých krystalů – tedy typu materiálu, který se používá též u obrazovek televizí, laptopů a smartphonů.

„Umožňuje nám to upravit intenzitu přicházejícího slunečního svitu v řádu vteřin a vytvářet širší spektrum barev,“ uvádí Martin Zitto, manažer obchodního rozvoje společnosti Merck. Přestože technickým principem se od ostatních přepínatelných skel liší, z provozního hlediska je sklo s tekutými krystaly podobné, protože obsahuje směs, jíž je vyplněn prostor mezi dvěma spojenými skleněnými panely. Krystaly lze uspořádat různými způsoby pomocí elektrického napětí. V závislosti na daném uspořádání pak povrchem proniká více či méně světla, a okno je tak více či méně průhledné.

Skleněné výplně s tekutými krystaly však zatím nejsou na trhu k dispozici. V současné době je vyrábí v malé sérii pobočka této společnosti s názvem Merck Window Technologies v holandském Eindhovenu, aby ukázala, jak lze tento nápad realizovat ve výrobě. Společnost Merck nyní doufá, že nalezne odezvu u firem, které pak tuto technologii převedou do komerčního výrobního procesu. „Naší odborností,“ říká Zitto, „je víc vývoj chemikálií, a nikoli výroba.“ Zdá se však, že Merck má v hledání zainteresovaných stran úspěch. První výrobky budou podle slov manažera možná dostupné již koncem roku 2017.

Kontrola kvality: společnost EControl-Glas vyrábí elektricky zatemnitelné sklo, které odráží téměř 90 procent slunečního světla. Foto: EControl-Glas

Kontrola kvality: společnost EControl-Glas vyrábí elektricky zatemnitelné sklo, které odráží téměř 90 procent slunečního světla. Foto: EControl-Glas

Neprůsvitné skleněné fasády

Další společností, která si klade za cíl horizont konce roku 2017, je Seele Group, jež do této doby usilovala o zahájení prodeje produktu Iconic Skin – modulárního systému neprůsvitných skleněných fasád. Skleněné sendvičové panely firmy Seele, jež byly speciálně navrženy pro kancelářské a průmyslové budovy, využívají rovněž multifunkční součást, která integruje všechny nezbytné funkce a podpůrné prvky. Produkt Iconic Skin v sobě zároveň spojuje několik úsporných faktorů. Tím prvním je podle manažera marketingu společnosti Seele Christine Schauerové skutečnost, že systém byl navržen coby vysoce tepelněizolační součást s koeficientem prostupu tepla U (hodnota uváděná v W/m²K) pouhých 0,15 až 0,47. To znamená, že na vyhřívání či klimatizaci by bylo zapotřebí jen velmi málo energie. Druhým faktorem je fakt, že jeho výrobní náklady jsou poměrně nízké, čímž se snižuje cena skleněné fasády na rozumnou úroveň. A tím třetím faktorem je to, že produkt Iconic Skin skýtá velkou volnost designu, protože může být až
16 metrů dlouhý, lze jej instalovat na šířku i na výšku a lze jej různě potiskovat.

S nejednou předností: Iconic Skin, nová zatemnitelná skleněná fasáda firmy Seele, je efektivní dvojím způsobem. Byla navržena coby vysoce tepelněizolační součást a, jak uvádí výrobce, nákladově se vyplatí.  Foto: Seele

S nejednou předností: Iconic Skin, nová zatemnitelná skleněná fasáda firmy Seele, je efektivní dvojím způsobem. Byla navržena coby vysoce tepelněizolační součást a, jak uvádí výrobce, nákladově se vyplatí. Foto: Seele

Glasstec 2016

Nová skleněná fasáda firmy Seele se zúčastní speciální show s názvem Skleněná technologie naživo, již bude pořádat štutgartská univerzita. Tato výstava představí pomocí velkoformátových modelů fasád i modelů ve skutečné velikosti nejnovější výdobytky v oboru fasád a hospodaření s energií. V letošním roce bude zvláštní důraz kladen na energetickou efektivitu a tepelnou izolaci. Přímo vedle výstavy s názvem Skleněná technologie naživo pak návštěvníci naleznou Vědecko-technické centrum skel a fasád (angl. Competence Center). Tematickým ohniskem centra bude sklo pro projektanty fasád, stavební inženýry a architekty. Výstavy doprovodí přednášky Mezinárodního kongresu architektury včetně podrobných prezentací exponátů a současných trendů v oboru fasád.

Během obou akcí budou na veletrhu Glasstec 2016 představeny pokrokové koncepty obalových konstrukcí budov, které dosud nejsou na trhu k dispozici. Skleněné fasády, jež se automaticky přizpůsobí světelným podmínkám a budou odvádět horký vzduch, jsou pouhým začátkem. Budoucí řešení povedou k ještě těsnější integraci solární technologie a budou vyrábět teplo a elektřinu, jež budou skladovány přímo na místě pomocí baterií a jednotek pro uchovávání tepla. To bude znamenat, že energie bude k dispozici i tehdy, když slunce nebude svítit – čímž dojde k naplnění základního požadavku na budovy, aby si energii získávaly co nejvíce nezávislým způsobem, z vlastních zdrojů a bez jakéhokoli vnějšího přívodu energie.

Zabarvený výhled: okna Centra inovací společnosti Merck v Darmstadtu obsahují tekuté krystaly, pomocí nichž lze přepínat ze světlého do tmavého skla v řádu vteřin. Foto: Merck

Zabarvený výhled: okna Centra inovací společnosti Merck v Darmstadtu obsahují tekuté krystaly, pomocí nichž lze přepínat ze světlého do tmavého skla v řádu vteřin. Foto: Merck

Budoucnost je ve fasádách tvořících energii

Díky technickému pokroku ve fotovoltaice a lithium-iontových bateriích coby upřednostňovanému skladovacímu médiu solární energie, lze již v blízké budoucnosti pravděpodobně očekávat klíčový pokrok v energii tvořících fasádách. Například firma Heliatek v Drážďanech a výrobce plochého skla AGC Glass Europe v Belgii v současné době pracují na solárních prvcích, jež budou integrovat organické fotovoltaické povrchy (filmy) o různých rozměrech, průhlednosti a v různých barevných odstínech k využití coby architektonické sklo.

Díky těmto filmům, tvrdí Heliatek, bude snazší rozličné prvky umisťovat a integrovat do fasád, než je tomu u dnešních solárních modulů, jež jsou založeny na relativně velkých silikonových solárních buňkách. Heliatek uvádí, že ve stavebnictví existuje veliký zájem o zakládání pilotních projektů založených na solárních prvcích. Veletrh Glasstec 2016 v Düsseldorfu dá firmám příležitost seznámit se s novými technologiemi a slibuje si podnícení spolupráce na projektech, čímž nakonec pomůže definovat cestu k energeticky úsporným budovám.

TEXT: Glasstec
FOTO: Festo, Econtrol-Glas, Merck, Seele

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.