W najbliższym czasie budownictwo będzie musiało ulec znacznym zmianom, dostosowanym do wymogów wynikających ze zmian klimatycznych, kurczących się zasobów i przemian energetycznych.
O najważniejszych trendach w budownictwie fasadowym organizatorzy Glasstec 2022 rozmawiali z Jochenem Hölscherem, dyrektorem zarządzającym firmy Hölscher zajmującej się wykonywaniem elewacji z zastosowaniem specjalnych własnych rozwiązań i technologii.
Hasłami przewodnimi w realizacji nowoczesnych fasad są: zrównoważony rozwój, standaryzacja, aby ułatwić realizację rozwiązań seryjnych i modułowych, bazy danych materiałów dla efektywnego projektowania w 2D i 3D – BIM, drukowanie komponentów w 3D, inteligentny budynek z adaptacyjnymi fasadami oraz koncepcje budynków, które mają służyć jako banki materiałów (odzyskiwanych w czasie rozbiórki budynków po upływie czasu ich efektywnej eksploatacji). Kluczem do pomyślnego wdrożenia tych wszystkich idei jest cyfryzacja.
Jochen Hölscher, dyrektor zarządzający firmy Hölscher zajmującej się inżynierią elewacji. Fot.: Hölscher GmbH & Co. KG
Spojrzenie na specyfikacje wszystkich sektorów zaangażowanych w budownictwo przemawia jasnym językiem w odniesieniu do zmian klimatycznych, ograniczonych zasobów i zmienionej sytuacji geopolitycznej: świat przechodzi zasadniczą zmianę technologiczną i strukturalną. Nie kończy się to na wykonaniu elewacji. W świetle tych wydarzeń oczywiste jest, że cyfryzacja jest ważnym kluczem do prawie wszystkich ważnych tematów/ problemów przyszłości.
Potwierdza to Jochen Hölscher: – Cyfryzacja jest kluczem, także w przypadku udanych aplikacji BIM (Building Information Modelling). Dane BIM są ważniejsze niż kiedykolwiek w przypadku wznoszenia fasad, ponieważ możliwości techniczne szybko się rozwijają, a ilość danych, którymi należy zarządzać w procesie planowania, rośnie.
Wykorzystując digitalizację, procesy – od planowania budynku oraz jego oczekiwanych cykli remontowych i modernizacyjnych, po jego „koniec życia” i ponowne wprowadzenie materiałów/surowców związanych z budynkiem do następnych cykli technicznych – mogą być odwzorowane cyfrowo w znacznie bardziej kompleksowy, efektywny i przejrzysty sposób
Dotyczy to w szczególności gospodarki o obiegu zamkniętym, do której wszyscy dążymy i która już teraz stanowi integralną część traktatu koalicyjnego rządu niemieckiego. Miejmy nadzieję, że nie minie zbyt wiele czasu, zanim znajdzie to również odzwierciedlenie w odpowiednich przepisach.”
Niektóre władze lokalne już wprowadzają „Paszport cyrkularny w budynkach” (patrz EPEA) dla nowych budynków. – BIM oferuje tutaj ogromne możliwości, ale aby to zadziałało, producenci materiałów budowlanych muszą tworzyć cyfrowe bliźniaki swoich produktów i najlepiej dostarczać ich modele w 2D i 3D – wyjaśnia Hölscher.
Znaczenie ich cyfrowej widoczności staje się szczególnie widoczne, gdy przyjrzymy się obecnym ograniczeniom (tzw. wąskim gardłom) w dostawach wielu materiałów i produktów. Zrównoważone metody budownictwa modułowego i seryjnego są również obecnie możliwe tylko dzięki cyfryzacji – w przyszłości dostęp do procedur wyboru materiałów będzie ograniczony do tych, którzy dysponują cyfrowymi asortymentami certyfikowanych zrównoważonych produktów odpowiednich do recyklingu – właściwych dla gospodarki cyrkularnej (o obiegu zamkniętym materiałów/surowców).
Hölscher wie, że cyfryzacja niesie ze sobą również wiele wyzwań: – Ilość danych będzie prawdopodobnie bardzo szybko rosła (wręcz wykładniczo), będą one szybko się zmieniały (ich użyteczność będzie krótkotrwała) i będą jeszcze nadal słabo ustrukturyzowane. Oznacza to, że nie będą nadawały się do zarządzania i udostępniania/ wyszukiwania za pomocą konwencjonalnych baz danych SQL, ponieważ przy tak złożonych zestawach danych szybko przekraczają one założone ograniczenia.
Remont i rozbudowa budynku mieszkalnego, Paryż, JAVA Architecture, fot.: Caroline Dethier
Zamiast tego potrzebne są nowsze i nowocześniejsze systemy baz danych, które pozwalają analizować sieciowe/ połaczone informacje, znajdować wspólne węzły danych i czynić te informacje/dane użytecznymi. Algorytmy do rozpoznawania wzorców upraszczają i przyspieszają wyszukiwanie nawet bardzo złożonych danych (wyszukują odpowiedzi na nawet najbardziej złożone zapytania).
Bazy danych tego typu już istnieją, na przykład dla dużych sieci społecznościowych i sklepów internetowych, aby rejestrować relacje między użytkownikami lub analizować potencjalne zachowania zakupowe.
Budynki jako banki materiałów
Od powodzenia cyfryzacji zależy także inny trend: budynki mają stać się „bankami materiałów”. Większość budynków powstałych w latach 50- i 70-tych XX wieku pod koniec cyklu swojego życia oferuje ogromne ilości materiałów budowlanych nadających się do recyklingu: beton, cegły, stal, szkło, drewno, gips, tworzywa sztuczne i wiele innych.
Planowane „wydobycie” tych zasobów jest ważnym krokiem w kierunku neutralności klimatycznej, ponieważ tylko około 50% emisji CO2 w nowych budynkach powstaje podczas eksploatacji. Druga połowa to „szara energia” powstającą podczas produkcji i transportu materiałów budowlanych, a także podczas rozbiórki i utylizacji budynku.
Dlatego też szara energia i koszty w całym cyklu życia wyrobów budowlanych powinny być uwzględnione w przyszłym cyfrowym paszporcie materiałów i budynków. – Oprócz niezbędnych decyzji politycznych, cyfryzacja jest tu również niezbędnym imperatywem, aby architekci myśleli o rozbiórce każdego budynku już na wczesnym etapie planowania – dodaje Hölscher.
Będzie to miało również kluczowe znaczenie dla przyszłych decyzji inwestycyjnych: inwestorzy i kredytodawcy chcą być w stanie ocenić, w jaki sposób wartość i potencjał ponownego wykorzystania budynku będą się kształtować na przestrzeni dziesięcioleci. Wszystkie zarejestrowane surowce stanowią wymierne policzalne aktywa.
Wzrost wykorzystania materiałów budowlanych pochodzących z recyklingu jest również popierany przez stowarzyszenie budowlane i środowiskowe, dlatego potrzebne są bazy danych, które umożliwią identyfikację i katalogowanie zasobów, następnie za pomocą BIM można stworzyć cyfrowe bliźniaki każdego budynku.
– Równie ważne, jak recykling surowców odzyskanych z budynków podczas ich rozbiórki, jest jednak przebudowa istniejących. W końcu energetyczna renowacja nienaruszonych strukturalnie starych budynków ma w większości przypadków znacznie mniejszy ślad węglowy niż nowy budynek. Ponadto, mniej nowych terenów budowlanych jest do wykorzystania – więc zrównoważone, modułowe kondygnacje są dodawane do istniejących budynków, aby stworzyć nową przestrzeń życiową – wyjaśnia Hölscher.
Szeregowe, modułowe budynki
To prowadzi nas do kolejnego przyszłego trendu: seryjnego, modułowego budownictwa. Hölscher zauważa: – Mówi się o tym od dawna, ale niestety niemiecki przemysł budowlany traktuje nadal każdy nowy projekt jako „unikatowy prototyp. Zamiast tego potrzebna jest coraz większa standaryzacja komponentów, co jest powszechne i doskonale sprawdza się w przemyśle motoryzacyjnym od wielu dziesięcioleci.”
Gdyby istniało więcej standardowych komponentów dla różnych typów budynków, na przykład okna lub elementy elewacji, mogłyby one być potencjalnie wielokrotnie „używane” i tylko co jakiś czas wymieniane na „aktualne energetycznie“ egzemplarze. Procesy budowlane byłyby bardziej wydajne i szybsze.
Budynki mogłyby pozostać w użyciu znacznie dłużej. Głównym powodem, dla którego budownictwo modułowe powoli się rozwija, a produktywność stoi w miejscu, jest – ponownie – brak cyfryzacji.
Hölscher jest przekonany: – Bez cyfryzacji nie ma standaryzacji, bez standaryzacji nie ma produkcji seryjnej, a bez produkcji seryjnej nie ma trwałego zrównoważonego budownictwa modułowego. Ponadto, realizacja nowych koncepcji i zrównoważonych pomysłów jest utrudniona przez zbyt dużą liczbę bardzo różniących się przepisów budowlanych obowiązujących w różnych krajach związkowych w Niemczech.
Ograniczenie biurokracji i ujednolicenie/harmonizacja przepisów budowlanych bez dodawania przez władze lokalne własnych dodatkowych wymagań jest zatem jednym z największych i najistotniejszych wyzwań. – Nie ma już powodu, dla którego przepisy budowlane w Monachium miałyby się różnić od tych w Berlinie czy Barcelonie – mówi Hölscher.
Druk komponentów w 3D
Dwa lata pandemii, potem wojna na Ukrainie – te wydarzenia wpływają paraliżująco na branżę budowlaną. Branża od lat cierpi z powodu wąskich gardeł w zamówieniach, a obecnie jeszcze nasila się niedobór wykwalifikowanych pracowników, a ponadto ceny w budownictwie rosną z powodu zakłócenia/zerwania łańcuchów towarowych i surowcowych.
Dlatego coraz więcej wykonawców budowlanych poszukuje alternatywnych metod budowy lub produkcji komponentów. Szczególnie atrakcyjną alternatywą jest tutaj druk 3D, ponieważ jest ekonomiczny i wydajny już od wielkości partii w ilości jednej sztuki.
Hölscher już stosuje to rozwiązanie: – Budynki betonowe są często wyposażone w fasadę w postaci ściany osłonowej. Fasada stanowi tutaj zewnętrzną powłokę/warstwę budynku, która jest mocowana do konstrukcji betonowej stanu surowego za pomocą tzw. łączników elewacyjnych. Ich zadaniem jest kompensacja wszelkich tolerancji w łączonych elementach konstrukcyjnych. Pomiar i regulacja konstrukcji elewacji we wszystkich trzech kierunkach przestrzennych jest obecnie wykonywana ręcznie, co wiąże się z dużym nakładem pracy.
Te czasochłonne etapy prac znacznie opóźniają postęp budowy i pociągają za sobą wysokie koszty. Dlatego naszym celem było opracowanie łańcucha technologicznego, za pomocą którego można by indywidualnie produkować mocowania fasadowe z kompensacją tolerancji.
Opracowano procedurę skanowania z nową metodą oceny, który umożliwia rejestrację tolerancji na ścianie budynku. Ponadto opracowano oprogramowanie do projektowania geometrii i statyki mocowań/łączników elewacji.
Są one następnie wytwarzane za pomocą druku 3D (metodą przyrostową/napawanie). – Nowy proces skanowania i oceny pozwala inżynierom elewacji zmierzyć powłokę budynku z dokładnością do 1 milimetra i przenieść ją na model 3D.
Opracowane połączenie fasadowe (tzw. sprzęgło fasadowe) kompensujące tolerancje ma konstrukcję wieloramienną/ wielowspornikową i może być stosowane do różnych systemów fasadowych (np. fasady szklane, okładziny z blachy). W zależności od systemu elewacyjnego standardowe łączniki do paneli elewacyjnych można mocować do końcówek ramion/wsporników za pomocą różnych technik łączenia.
Poprzez zmianę długości i ustawienia ramion kompensowane są tolerancje przegród budowlanych/powłoki fasady. Zastosowanie tego systemu może skrócić czas montażu o ponad 20% (w stosunku do konwencjonalnych modeli), ponieważ łączniki/sprzęgła te nie wymagają regulacji na placu budowy, co jest bardzo czasochłonne/pracochłonne.
Druk 3D: Budynek mieszkalny, Beckum, fot.: Mense-Korte ingenieure+architekten
Tutaj jednak obowiązujące przepisy i wymagane zezwolenia ponownie stoją na drodze do powszechnego ogólnokrajowego stosowania. Ponadto moce produkcyjne i popyt nie są wystarczająco wysokie, aby osiągnąć ceny zakupu, które są efektywne ekonomicznie w przypadku standardowych zastosowań.
BIPV na fasadach adaptacyjnych
Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem (BIPV) była dotychczas w niemieckiej architekturze niestety tylko wyjątkiem. Jednak aby osiągnąć cele klimatyczne i większą niezależność, wytwarzanie energii za pomocą BIPV staje się potencjalnym rynkiem masowym.
– Jeśli architekci uwzględnią BIPV w swoich koncepcjach już w początkowej fazie planowania, to powłoka budynku oferuje znaczny potencjał dla zrównoważonego zaopatrzenia w energię.
W odpowiednio wyposażonych budynkach zmniejsza się ślad CO2 (ślad węglowy) i powstaje trwała dodatkowa wartość. Każdy remontowany i nowy budynek, wniósłby cenny wkład w transformację energetyczną, jednocześnie generując przychody dla operatorów budynków – co stanowi dobry argument dla inwestorów – przekonuje Hölscher.
Fasady adaptacyjne wydają się Hölscherowi szczególnie interesujące: – Główka słonecznika w naturze „samodzielnie“ dostosowuje się do pozycji słońca w ciągu dnia – porusza się wraz z nim (zawsze zwraca się „twarzą“ w stronę słońca). Ruchome moduły BIPV ze specjanym napędem też mogłyby to robić.
W obecnym projekcie realizowanym w ETH Zurich naukowcy zastosowali ruchome cienkowarstwowe ogniwa słoneczne w Domu Zasobów Naturalnych. W tym celu moduły zostały zamontowane na siatce z lin rozciągniętych przed drewnianą elewacją budynku – gdzie służą do wytwarzania energii elektrycznej i jednocześnie zapewniają zmienne zacienienie
Ogniwa słoneczne mogą być sterowane ręcznie lub podążać za słońcem automatycznie, aby zmaksymalizować ilość dostarczanej energii (zysk energetyczny). – Rozwój takich systemów do dojrzałości rynkowej wydaje mi się szczególnie atrakcyjny, jeśli pozostają one ruchome/ zmienne, a planiści mogą je wykorzystywać w zakresie projektowania – dostosowując projekt pod względem siatki, kształtu i koloru.
Ta elastyczność i mobilność nadałaby elewacji organiczny, żywy wygląd, który nieustannie/stale się zmienia w ciągu dnia. Jestem pewien, że w nadchodzących latach czeka nas ekscytujący rozwój.
Odwiedzający targi glasstec 2022 mogą również śledzić ekscytujące wydarzenia dotyczące tych i innych trendów w bogatym programie konferencji oraz na Międzynarodowym Kongresie Architektury zorganizowanym podczas targów.
Źródło: www.glasstec-online.com
