Szklana fasada o podwójnym przepływie powietrza – aspekt energetyczny

We współczesnej architekturze bardzo często spotykamy się z budynkami o wysokim udziale powierzchni przezroczystych w ich zewnętrznej obudowie. W szczególności dotyczy to obiektów użyteczności publicznej, biurowców, ale także coraz częściej budynków jednorodzinnych. Jest to związane przede wszystkim z dużą estetyką takiego rozwiązania. Należy pamiętać, że rosnące wymagania w zakresie efektywności energetycznej budynków narzucają konieczność stosowania rozwiązań energooszczędnych. Z kolei w pogoni za optymalizacją energetyczną nie można zapominać o zachowaniu komfortu termicznego wewnątrz obiektów. Jest to szczególnie trudne w przypadku elewacji przeszklonych. Z dużymi powierzchniami tego typu wiążą się bowiem intensywnie przebiegające procesy wymiany ciepła.

Jednym z najprostszych sposobów rozwiązania tego problemu jest zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i klimatyzacji. Wadą takiego podejścia jest jednak niepożądane zwiększenie zużycia energii elektrycznej zasilającej systemy HVAC oraz konieczność uwzględnienia rozwiązań instalacyjnych w projekcie architektonicznym. Estetyka obiektu budowlanego i efektywne wykorzystanie przestrzeni skłaniają do redukowania kubatury zajmowanej przez pomieszczenia techniczne i infrastrukturę wyposażenia technicznego, dlatego projektanci skłaniają się coraz częściej ku tzw. zdecentralizowanym systemom wentylacji wykorzystującym fasadę budynku.

Optymalnym rozwiązaniem byłyby fasady współpracujące z systemami ogrzewania i wentylacji w budynku, tworzące układ zapewniający pożądany mikroklimat w pomieszczeniach przy możliwie najniższym zużyciu energii. Dlatego w ostatnich latach w budynkach wysokich o dużych przeszkleniach coraz chętniej stosuje się tzw. fasady podwójne. W rozwiązaniu takim udaje się „pogodzić” trzy istotne aspekty: architektoniczny, użytkowy i energetyczny [1, 2, 3, 4, 5].

Istota podwójnej fasady polega na zestawieniu dwóch szklanych przegród tworzących wolną przestrzeń buforową o szerokości od 10 cm do 2 m. Od strony pomieszczenia stosuje się najczęściej zestawy szybowe o podwójnym oszkleniu, natomiast fasada wykonywana jest ze wzmocnionego pojedynczego szkła. Konstrukcję taką często dodatkowo wyposaża się w systemy regulujące dopływ promieniowania słonecznego do pomieszczeń (rolety, żaluzje) [1, 2, 3, 4, 5]. Na rys. 1 przedstawiono przykładową fasadę podwójną.

Rys. 1. Przykładowa fasada podwójna

Opisane powyżej rozwiązanie może zostać zmodyfikowane poprzez wprowadzenie przepływu powietrza przez przestrzeń buforową. Przepływ powietrza może być związany z wentylacją naturalną lub mechaniczną. Dążąc do poprawy efektywności energetycznej podwójnej fasady, zaproponowano modyfikację sposobu przepływu powietrza w przestrzeni buforowej, przekształcając ją w wymiennik ciepła. Rozwiązanie takie nawiązuje do konstrukcji np. krzyżowego wymiennika ciepła stosowanego w systemach wentylacyjnych. Strumień powietrza wywiewanego z budynku, przepływając przez wymiennik, przekazuje energię cieplną strumieniowi powietrza nawiewanego, dzięki czemu do budynku wprowadzone zostaje powietrze o temperaturze wyższej od temperatury powietrza zewnętrznego. Wymiennik krzyżowy tworzą równolegle ułożone kanały, którymi strumienie powietrza zimnego i ciepłego przepływają obok siebie, nie mieszając się [1, 2, 3, 4, 5]. Powyższa zasada działania została zobrazowana na rys. 2.

Rys. 2. Schemat krzyżowego wymiennika ciepła

Podobny efekt uzyskano, wprowadzając do konstrukcji podwójnej fasady trzecią przegrodę przezroczystą. Przestrzeń buforowa zostaje dzięki temu rozdzielona na dwie niezależne części, którymi może przepływać powietrze wentylacyjne i zachodzi tym samym możliwość rozdzielenia przepływającego strumienia powietrza na strumień nawiewany i wywiewany z pomieszczenia. W rozwiązaniu tym wytworzony zostaje układ podobny do płytowego wymiennika ciepła stosowanego w wentylacji mechanicznej – schemat działania takiego rozwiązania przedstawia rys. 3. Taka modyfikacja powinna pozwolić na rozszerzenie możliwości w zakresie regulacji przepływu energii do i z budynku. W okresie grzewczym rozwiązanie to powinno zmniejszać straty ciepła przez przenikanie i wentylację, dodatkowo wprowadzając zyski ciepła od nasłonecznienia do ogólnego bilansu energetycznego budynku. W okresie letnim fasada powinna efektywnie chronić pomieszczenia przed zyskami ciepła od nasłonecznienia, równocześnie umożliwiając oświetlenie pomieszczeń światłem naturalnym, oraz zapewnić, jeśli jest to możliwe, chłodzenie pomieszczeń powietrzem zewnętrznym [1, 2, 3, 4, 5].

Rys. 3. Schemat przepływu powietrza przez szklaną fasadę tworzącą przeciwprądowy wymiennik ciepła

Autorzy podjęli w artykule próbę określenia aspektu energetycznego szklanej fasady tworzącej przeciwprądowy wymiennik ciepła na przykładzie budynku biurowego.

Czytaj też: Analiza kosztów budowy kanalizacji deszczowej metodą wykopową i bezwykopową >>

---

Literatura

1. Bugaj Andrzej, Podwójna fasada – efektywny element systemu wentylacji budynku, „Rynek Instalacyjny” 11/2013, rynekinstalacyjny.pl.
2. Bugaj Andrzej, Praktyczne zastosowanie podwójnej fasady w systemie wentylacji budynku, „Rynek Instalacyjny” 12/2013, rynekinstalacyjny.pl.
3. Charkowska Anna, Wentylacja fasadowa, „Rynek Instalacyjny” 1-2/2013, rynekinstalacyjny.pl.
4. Fasady ze skórą podwójną: wybór odpowiedniego zestawienia szkła dla optymalizacji płynących z ich zastosowania korzyści, https://www.swiat-szkła.pl (dostęp: 15.08.2019).
5. Elewacje dwupowłokowe: zaawansowane okrycia budynków. Charakterystyka i wyzwania, https://www.swiat-szkla.pl (dostęp: 15.08.2019).
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
7. https://www.esru.strath.ac.uk/programs (dostęp: 5.09.2019).
8. https://openstudio.net (dostęp: 5.09.2019).
9. https://windows.lbl.gov/software/window (dostęp: 5.09.2019).

[podwójna fasada wentylowana, przestrzeń buforowa, przeciwprądowy wymiennik ciepła, zużycie energii na grzanie i chłodzenie, szklana fasada, przepływ powietrza]