Фасадният инженеринг – от идеята към функционалност и устойчивост

Създаването на фасадата на една сграда включва множество взаимно свързани и двупосочни процеси, изисквания за материали, структура, технически характеристики, критерии и параметри, но най-вече то зависи от екипната работа на много добри специалисти – инженери, архитекти, дизайнери, учени, строители и изпълнители.

Ключови за един проект са инвестиционното намерение, заданието и бюджетът, но те винаги следва да се съобразят с географско разположение и терена, върху който ще се изгражда обекта, както и климатичните условия, характерни за дадена територия.

Формата и дизайнът са определящи за всяка съвременна фасада, както и нейната функционалност. Изборът на материали е определящ за енергийната ефективност за фасадата и сградата като цяло, с което се покриват и нормите на едно устойчиво строителство.

Всички тези изисквания и възможности на съвременното строителство бяха представени от водещи на световно ниво архитекти, инженери, учени и дизайнери по време на Втората международна конференция за фасаден инженеринг, организирана от фирма Етем.

Лектори на форума бяха проф. Улрих Кнаак, инж. Даниел Пфанер и арх. Абдулмаджид Каранух. От българска страна участваха инж. Венета Новакова, директор R&D на Етем Груп, арх. Ангел Захариев и арх. Димитър Паскалев, които представиха ролята на архитектурата за създаването на съвременни сгради с ниско енергийно потребление.

Фасадата се променя по-често от сградата

Различните конструкции от стъкло, бетон и други материали е необходимо е да се комбинират по подходящ начин за сградната обвивка, акцентира проф. Кнаак в презентацията си, посветена на фасадите на бъдещето. Една от тезите му е, че фасадните елементи трябва да са съобразени с различните климати.

Фасадата се променя по-често от сградата, смята проф. Кнаак. Възможностите тя да се подмени е ригелната конструкция, която е достъпна отвън или да се проектират отворени системи. „Имаме една матрица, проектирана като колонно-гредова конструкция, която позволява към нея да се интегрират допълнителни елементи, в зависимост от конкретните условия”, обясни той.

Фасадата трябва да може да се адаптира дори и при нейната експлоатация, бе друга водеща теза. В тази връзка се мисли как да се използват монолитните конструкции от бетон и зидария за внедряване на обвивки, така че да се подобри тяхната функционалност, включвайки и елементи от различните инсталации. Може би първите такива конструкции ще могат да се купят след 5 години, а след 15 да бъдат масово прилагани, прогнозира ученият. Той даде примери с приложението на материали и технологии в различни точки на света.

Друг важен момент при проектирането на фасадите е възможността влаганите материали да могат да се рециклират. Да не забравяме и процесите, които се случват във фасадата, отбеляза проф. Кнаак.

Структурният дизайн е водещ

Хубавото на инженеринга, е че най-ранните идеи се доближават до крайния резултат, смята инж. Даниел Пфанер, ръководител на отдел по фасаден дизайн в Bollinger+Grohmann, Германия. Темата на презентацията му бе „Form& perform – фасаден инженеринг в устойчиви времена”.

Той представи в подробен план целия процес на създаване на дизайна на една фасада – от идеята до реализацията, съобразявайки се с първоначалния бюджет, материалите и параметричните изисквания към тях, технически характеристики на сградата и архитектурната визия.

Един от водещите проекти на компанията е библиотеката Дайхман, разположена в близост до пристанището в Осло, Норвегия. Предизвикателството при проектирането й са изискванията на инвеститора по отношение на концепцията за дневна светлина, енергийните изисквания и подбора на материалите. Решението е вертикално ориентирана изчистена фасадна система, която да отговаря на тези критерии. Използвани са два типа фасади – с 50% и със 100% остъкленост. Цялото собствено тегло на фасадата се носи от висящи вертикални елементи.
Концепцията на сградата е да се създаде първата библиотека пасивна сграда в света.

Друг проект на компанията е Кула в Братислава – Куленова. Предизвикателството тук е създаването на външната структура, с прилагането на фиксирана слънцезащита. Решението на инженерите е традиционна окачена фасада, с 10 различни типа панели.

Друг пример за сложно фасадно изпълнение е изложбен център на автомобилна компания в Сеул, който е със сложна геометрия, като водеща е покривната конструкция. Предизвикателството тук е изискването за високо ниво на дневна светлина в изложбения център, която да влиза през фасадата и покрива.

Най-новият проект на компанията е сградата Кристал – в Сеул, с архитект Ренцо Пияно. Съвсем скоро е започнал монтажът на окачената фасада. Изборът е компактна двойна фасада.

Фасадата трябва да се проектира за най-лошия сценарий

Метрото в Дубай е сред първите големи предизвикателства на арх. инж. Абдулмаджид Каранух. Целта е постигане на оптимизирана конструкция, която да бъде подходяща за алуминиеви и стъклени панели, като се използва максимално пространството, за да се намали броя и количеството на вложените материали.

Арх. Каранух обясни подробно и процеса на проектиране на една сграда и отговорностите на всеки един участник в него – инвеститор, мениджър на проекта, проектантския екип, изпълнителите на специални елементи и строителите.

„Когато проектирате следва да мислите, че не работите сами по сградата. Има много различни страни, които са свързани с процеса на проектиране и изграждане на една сграда”.

Пример са важността на екипната работа е мегапроектът на двете кули Ал Бахар в Абу Даби, където Каранух изпълнява идейния проект и фасадния инженеринг. Решението е фасада, с добре контролирана слънчева светлина.

„Фасадата трябва да се проектира за най-лошия сценарий и обикновено това не е най-оптималното решение. И това е едно от нещата, които правят природата красива и устойчива”, акцентира той.

Трябва да намерим баланса

„Не толкова скъпа окачена фасада, но да я компенсираме с добра слънцезащита, когато е нужно”, изтъкна инж. Венета Новакова. Тя акцентира върху редуцирането на консумираната енергия и намаляването на енергийния баланс на сградата. Вариантите да се пести енергия са прилагането на фотоволтаични панели, вакуумни тръби на покрива или добра слънцезащита. „Допреди няколко години говорехме само за топлоизолация, водонепроницаемост, водонепропускливост и устойчивост на ветрово натоварване, след това на преден план бе комфорта, а днес са важни гъвкавите фасадни концепции”, направи ретроспекция в развитието на изискванията към една фасада инж. Новакова.

Фасадният инженеринг е основна дейността на екипа на фирмата от 4-5 години. „Преди мислехме за това как работят системите, а сега как те си взаимодействат с всички други пластове на фасадата”. Сега правим термоизчисления, симулации, структурни изчисления, т.е. целия набор от действия, които постигат действителния инженеринг на една сграда.

Според нея, екипността и комплексният подход при работата са особено важни при създаване на една цялостна визия.

Пример за цялостен подход е прилагането на „дабъл скин” фасадата на „Демир банк” в София, където две системи са свързани по подходящ начин.

Иновациите са друга активна част от дейността на компанията. Пример за това е „Странд мол” в Бургас, където за първи път се прилага профил с мембрана в TFT фасада. Най-новото предизвикателство пред екипа на Етем е проектът за сградата „Капитал Форт”, който сега е на втория етап от развитието си.

Проектът Капитал Форд – знакова за София сграда

Сградата бе представена от арх. Ангел Захариев от „А и А архитекти”, в контекста на градоустройствения план за развитие на града. Иновативното архитектурното бюро работи в партньорство с „Аткинс дизайн Студио”, като съвместно създават различни концепции, достигайки до финалния вариант за композиция от висока и ниска сграда, стъпили върху общ подиум. Целта е да се оформи впечатляваща и същевременно практична сграда, отговаряща на локалния пазар. Проектантите от „Аткинс” и „А и А Ахитекти” оформят общия изглед на сградата, след поредица от изследвания, свързани с ориентацията на сградата, слънцегреенето и други фактори, свързани с енергийната ефективност и прилагането на високотехнологични елементи.

Първото предизвикателство при строителството на сградата, което стартира през 2010 г., е фундирането на сградата, като за първи път се изпълнява комбинирано фундиране с пилоти и плочи. Друга иновативна технология, която за първи път се прилага у нас именно на този обект е системата за напрягане в конструкцията, с което се спестява сериозно количество бетон.

Фасадата е тествана специално на място и е един от малкото обекти на световно ниво, при които тестовете обхващат всички елементи на фасадата. Обикновено отделните системи по фасадата се сертифицират с малки участъци от тях, които представляват около 5% от сградата. Тук се прави 1 към 1 фасадна мостра, която се тества на място.

Изключително сложно от гледна точка на проектиране и изпълнение на фасадата е комбинацията от 15 фасади, групирани в 6 -7 концептуални типа фасади, които се прилагат на този обект. Всички елементи са част от една сценографска архитектура. Освен компоненти, създаващи визуалния ефект, са използвани и алуминиеви панели, изнесени извън плоскостта на фасадата. Търсеният ефект е слънцето да не нагрява плоскостта на фасадата.

Триизмерната форма на фасадата също е изключително сложна, като е проектирано съчетание на отделни сегменти, без да се налага да се заоблят стъклата. Избрана е елементна фасада с повече от 300 броя елементи, което е сериозно предизвикателство за проектантите.

„Характерното тук е, че една и съща фасада е едновременно обърната надолу като еркер и ориентирана нагоре като покрив. Определящи технически характеристики на фасадата са водоплътността, сигурността и възможността й да се движи (сеизмична активност)”, обяснява арх. Захариев.

Изключително сложно се оказа проектирането на фасадата, като всеки от декоративните елементите е преминал през дву- и триизмерно проектиране. Вложени са елементи с различни форми и функции.

Друго предизвикателство е създаването на елементите, определени от екипа като „бъчви” (заради формата), които са монтирани отстрани на фасадата на малката сграда. Решението е права бетонна стена, облечена с триизмерна стоманена конструкция, върху която са окачени облицовъчните пана. Част от празното пространство е използвано за внедряване на оборудването за климатизация и вентилация. Няколко различни екипи работят по металната конструкция и постигането на точната геометрична форма на алуминиевите елементи.

Специална роля има и машината за почистване на фасадата, монтирана върху покрива на високата сграда.

Най-сложните части от сградата се оказват ъгловите елементи, наречени „вилици”, преминаващи по цялата височина и пред фасадата.

„Въпреки сложното проектиране и изпълнение, успяваме да се доближим до първоначалния образ на сградата”, заключи в презентацията си арх. Захариев.

Как да решим въпроса с енергийното потребление чрез архитектура

Досега цивилизацията не е имала предизвикателството да решава този проблем, смята арх. Димитър Паскалев.

Защо продължават да се реализират сгради с единични стъкла, пита той и отговорът естествено би бил – защото за двойните фасади са двойно по-скъпи.

Истината е, че двойната фасада не е двойно по-скъпа, конкретизира архитектът. Защото тя има прекрасни функции и физика, управлява динамично дневната светлина, има прекрасни топлоизолационни качества и реагира много по-адекватно на променящата се външна среда. „Тя е по-скъпа от традиционната фасада, но когато тази концепция се обвърже с вътрешността на сградата, в търсене на оптимизиране на потреблението на енергия, с инсталираните мощности и с начина, по който се вкарва енергията в сградата, в крайна сметка резултатът е равен. Ако се пренасочат средства от ОВК системите или от решенията, които стандартно се прилагат в една офис-сграда към фасадата, ще получим една и съща цена на две сгради с коренно различна визия”.

Арх. Паскалев и колегите му от бюро „Архитектоника” са създали редица модели на фасади, решени в полза на оптимизиране климатизацията на сградите. „Направили сме толкова оптимизации на ОВК инсталациите и архитектурата, че сме освободили ресурс, който да инвестираме във фасадата”, обясни той.

Пример за такава концепция е надграждането на съществуващ стъклопакет с рамка, в която да се залепи предно стъкло, и така реализираната камера да бъде пространство, където да се постави активна слънцезащита.

Това просто решение, при което приоритет има „дабъл скин” фасадата със слънцезащита в предната камера на един стъклопакет, екипът от архитекти се надява да реализира на пазара, като приложение и при прозорците.

„Разбирането за енергийната ефективност на сградите е въпрос на мотивация”, твърди арх. Димитър Паскалев. Неговата теза е, че фасадната обвивка може да извлече максимално количество енергия от слънчевата енергия и дистрибутираната светлина, посредством фотоволтаични елементи.

Чрез нискоемесионни стъклопакети би могло слънчевата радиация да се трнсформира в топлинна, като се загрява флуид до високи температури и се транспортира по специални тръбички, като впоследствие тази температура се трансформира във фотоволтаична енергия.
Търсенето на технологии за превръщане на топлинната енергия в електричество е една от целите, които са си поставили арх. Паскалев и колегите му.

Кулите на Литекс и Софарма са един от знаковите проекти на студио „Архитектоника”.

С продуктови презентации бяха представени и партньорите на събитието Agrob Buchtal, Akzo Nobel, CCS и Elval Colour.

Всички лектори представиха подробно свои разработки и конкретни решения, свързани с изпълнението на различни проекти.

Търсеният краен ефект е устойчиво строителство, което покрива определени стандарти, с цел намаляване на експлоатационните разходи, по-добър начин на живот в сградата, както и по-висока цена за имота.