Panele obracające się przed przeszkleniami, składane moduły i przesuwne ekrany potrafią w ciągu dnia całkowicie zmienić wygląd budynku. Ich ruch może ograniczać dopływ bezpośredniego promieniowania, poprawiać warunki we wnętrzach i odsłaniać okna wtedy, gdy zacienienie nie jest potrzebne. Za efektowną elewacją może kryć się rozbudowany układ konstrukcji, napędów, czujników i sterowania.
Fasada zmienia się razem z warunkami
Fasada kinetyczna jest rodzajem elewacji adaptacyjnej, w której wybrane elementy fizycznie zmieniają położenie. Mogą obracać się wokół osi, przesuwać po prowadnicach, rozkładać, składać albo odchylać od powierzchni budynku. Najczęściej tworzą dodatkową warstwę umieszczoną przed przeszkleniami.
Nie każda elewacja adaptacyjna jest kinetyczna. Do tej szerszej grupy zalicza się również przeszklenia o zmiennej przepuszczalności światła oraz systemy regulujące wentylację bez ruchomych paneli. O kinetyce można mówić wtedy, gdy reakcja budynku wiąże się ze zmianą geometrii albo ustawienia elementów osłonowych.
Taka konstrukcja może pracować na całej elewacji lub jedynie w wybranych strefach. Poszczególne moduły nie muszą poruszać się jednocześnie. Część osłaniająca nasłonecznione okna może się zamknąć, podczas gdy panele znajdujące się w cieniu pozostaną otwarte.
Sterownik oblicza, gdzie znajduje się słońce
Podstawą działania systemu może być zegar astronomiczny uwzględniający datę, godzinę i położenie budynku. Na tej podstawie sterownik wyznacza przewidywaną drogę słońca i dobiera ustawienie paneli dla poszczególnych fragmentów elewacji. Znaczenie ma więc wcześniejsze ustawienie budynku względem stron świata.
Bardziej rozbudowane instalacje korzystają również z czujników promieniowania, natężenia światła, temperatury oraz prędkości wiatru. Dane trafiają do systemu zarządzania budynkiem, który steruje napędami. Algorytm może na bieżąco korygować położenie osłon, zamiast opierać się wyłącznie na zaprogramowanym harmonogramie.
Zasada przypomina automatykę stosowaną przy roletach i żaluzjach fasadowych chroniących wnętrza przed słońcem. Różnica dotyczy przede wszystkim skali, geometrii oraz stopnia zintegrowania osłony z architekturą obiektu. W fasadzie kinetycznej jeden układ może obejmować setki modułów sterowanych indywidualnie albo grupowo.
Zacienienie nie oznacza całkowitego zamknięcia
Celem systemu nie zawsze jest zasłonięcie całej szyby. Zbyt szczelne zamknięcie paneli ograniczyłoby dostęp światła dziennego i pogorszyło widok z pomieszczeń. Osłony mogą więc zatrzymywać się w wielu położeniach pośrednich.
Przy intensywnym promieniowaniu panel ustawia się tak, aby rzucał cień na przeszklenie. Po przesunięciu się słońca może częściowo lub całkowicie się otworzyć. Odpowiednio ukształtowany moduł bywa też wykorzystywany do rozpraszania światła i kierowania go w głąb wnętrza.
Sterowanie musi pogodzić kilka potrzeb. Ograniczenie zysków słonecznych pomaga zmniejszyć ryzyko przegrzewania, ale nadmierne zacienienie może zwiększyć zapotrzebowanie na sztuczne oświetlenie. Projektanci analizują więc nasłonecznienie, widoczność, możliwość wystąpienia olśnienia oraz przewidywany sposób użytkowania pomieszczeń.
Zewnętrzne osłony stanowią część szerszej strategii chłodzenia pasywnego budynku. Zatrzymanie części promieniowania przed szybą pozwala ograniczyć ilość ciepła docierającego do wnętrza, zanim konieczne stanie się jego usuwanie przez instalację chłodniczą.
Al Bahr Towers zmieniają wygląd w ciągu dnia
Jednym z najbardziej znanych przykładów takiej architektury są Al Bahr Towers w Abu Zabi. Przed wschodnią, południową i zachodnią częścią szklanych elewacji umieszczono dynamiczne osłony inspirowane tradycyjną arabską maszrabiją.
Trójkątne moduły składają się i rozkładają w sposób przypominający pracę parasola. System reaguje na zmianę położenia słońca, osłaniając te fragmenty wież, które w danym momencie są najbardziej narażone na bezpośrednie promieniowanie. Ruch paneli wpływa jednocześnie na wygląd całych budynków.
Tego projektu nie należy jednak traktować jako gotowego modelu do powielania w innym miejscu. Geometria osłon, sposób sterowania i zakres ruchu muszą odpowiadać lokalnemu klimatowi, orientacji elewacji, rodzajowi szkła oraz funkcji wnętrz. System przeznaczony dla Abu Zabi nie będzie pracował w taki sam sposób w Europie Środkowej.
Wiatr może zatrzymać ruch paneli
Na zewnętrzne elementy oddziałują wiatr, opady, zabrudzenia oraz zmiany temperatury. Panel powinien zachować bezpieczne położenie również wtedy, gdy przestanie działać jeden z czujników albo dojdzie do przerwy w zasilaniu. W projekcie określa się więc tryby awaryjne oraz ustawienia ograniczające obciążenie konstrukcji podczas niekorzystnej pogody.
Układ obejmuje siłowniki, zawiasy, łożyska, prowadnice, przewody i połączenia między modułami. Każdy z tych elementów wykonuje w okresie eksploatacji dużą liczbę cykli. Dostęp do mechanizmu powinien umożliwiać jego kontrolę, czyszczenie, regulację i wymianę bez rozbierania znacznej części elewacji.
Projekt powinien przewidywać bezpieczne zatrzymanie i odłączenie systemu oraz dostęp potrzebny do kontroli lub wymiany poszczególnych elementów. Automatyczna reakcja na słońce nie zwalnia z regularnych przeglądów konstrukcji, napędów i połączeń.
Materiał jest częścią mechanizmu
Ruchome osłony mogą powstawać z perforowanej blachy, aluminium, tkanin technicznych, tworzyw, szkła, kompozytów albo elementów wyposażonych w ogniwa fotowoltaiczne. Materiał musi być dostatecznie odporny na warunki atmosferyczne, a jednocześnie możliwie lekki, aby nie zwiększać nadmiernie obciążenia napędów i podkonstrukcji.
W wielu projektach wykorzystuje się lamele obracające się wokół pionowej lub poziomej osi. Zasady doboru materiałów na lamele zewnętrzne pozostają istotne także wtedy, gdy element przestaje być nieruchomą dekoracją i staje się częścią systemu sterowanego.
Fasada kinetyczna powinna powstawać równolegle z konstrukcją budynku, przeszkleniami i instalacjami. Dodanie ruchomych paneli do gotowej bryły wyłącznie dla efektu wizualnego może stworzyć kosztowny mechanizm bez wyraźnego zadania. Gdy geometria, sterowanie i dostęp serwisowy są projektowane wspólnie, zmienny wygląd elewacji wynika z realnej kontroli światła, a nie z samej potrzeby wprawienia budynku w ruch.