Fasady szklano-aluminiowe zachwycają nowoczesną formą i transparentnością, ale ich szczelność i izolacyjność termiczna zależą od detali. Od profili po uszczelki i kleje – wszystko musi działać perfekcyjnie, by elewacja nie przepuszczała wody, powietrza i zimna.
Rola uszczelnień w fasadach całoszklanych
Szklane fasady zachwycają lekkością, finezją, ciekawą formą architektoniczną i kolorystyką. Przeszklenie biegnące przez wszystkie kondygnacje może dawać wspaniały widok na okolicę i nasycić pomieszczenia naturalnym światłem. W przeciwieństwie do fasad wentylowanych w szklanych brak ciągłej warstwy termoizolacyjnej. W zamian konieczne są więc ciepłe pakiety szybowe oraz systemy ich szczelnego łączenia gwarantujące, że elewacja nie będzie generować nadmiernych kosztów ogrzewania powierzchni użytkowych budynku zimą i ich chłodzenia latem. Współczynnik przenikania ciepła nie powinien być wyższy niż 0,9 W/m2K.
Dobierając metodę uszczelniania, firma opracowująca system elewacyjny uwzględnia potrzebę izolacyjności termicznej ściany osłonowej, jej odporność na działanie wiatru, deszczu oraz wilgoci. Ma też na względzie ruch elementów wynikający z naprężeń, zwłaszcza termicznych, a także kompatybilność materiałową elementów fasady.
Budowa fasad słupowo-ryglowych
Ta typowa technologia wznoszenia szklanych fasad polega na wykonaniu konstrukcji nośnej słupowo-ryglowej dostawianej do budynku, którą wypełnia się przeszkleniami. Jest to de facto odrębna ściana osłonowa. Pełni ona wszystkie funkcje ściany zewnętrznej z wyjątkiem nośnej. W tej metodzie pojedyncze szyby lub pakiety szybowe dostawia się doczołowo do konstrukcji, po czym mocuje mechanicznie. Uszczelki dystansowe – inne do połączeń pionowych i poziomych – umieszczane są wzdłuż słupów i rygli. W systemie Stabalux SR są to uszczelki z EPDM. Mocuje się je na wcisk, co jest możliwe dzięki wrębom przygotowanym fabrycznie w stalowych profilach. Po ustawieniu szyb przykłada się wzdłuż spoin pionowych i poziomych uszczelki systemowe, a do nich dostawia dopasowane kształtem listwy dociskowe, które są łączone z profilami nośnymi śrubami. Tym sposobem szyby zostają dociśnięte, a połączenia między nimi szczelne. Listwy dociskowe maskuje się profilami osłonowymi stalowymi lub aluminiowymi (zależnie od systemu), wpinanymi w listwy na zatrzask. Wspomniany system ma klasę przepuszczalności powietrza AS oraz wodoszczelności RE 1650 Pa. Współczynnik Uf wynosi od 1,0 do 0,67 W/m²K. Uszczelki łączy się na styk, a styki uszczelnia masą systemową. Gdy przeszklenie ma być nachylone pod kątem dochodzącym do 20°, wówczas proponowane są uszczelki do łączenia na zakład. Styki także wymagają uszczelnienia. Otwarte przekroje listew dociskowych oraz uszczelek na krańcach słupów lub rygli należy uszczelniać masą butylową. Uszczelki z EPDM przewiduje także system fasadowy Yawalu Fasada 50N (FA50N).
W systemach fasadowych stosowane są ponadto taśmy z EPDM służące do tworzenia wodoszczelnych i hermetycznych połączeń wokół okien i drzwi. Dobrym przykładem będą produkty Obex Cortex, także w wersji z warstwą butylową. Dostarczane są w zestawach, wraz z narzędziami do aplikacji i podkładem.
W systemach słupowo-ryglowych materiałem uszczelniającym mogą być także samoprzylepne taśmy butylowe – elastyczne i trwale plastyczne, łatwo dostosowujące się do kształtu zabezpieczanych elementów, np. taśmy ISO-Butyl od ISO-Chemie. Cenione są: dobra przyczepność do różnych podłoży (bez potrzeby stosowania primerów), szczelność, odporność na warunki pogodowe, promienie UV i zdolność kompensowania naprężeń. Taśmy zachowują właściwości w temperaturze od -40°C do +90°C. Wykazują też zdolność do samonaprawy. Co istotne, są dostępne w wielu kolorach.
Z kolei wysoka izolacyjność termiczna systemu Yawal TM 77HI wynika m.in. z użycia termoizolowanych profili aluminiowych o przekroju skrzynkowym. Składają się one z dwóch części rozdzielonych taśmami izolacyjnymi. Znaczenie mają też ukształtowanie komór, dwukomponentowe uszczelnienie centralne oraz wypełnienie strefy mostka termicznego materiałem izolacyjnym (izolator międzyszybowy).
Schüco proponuje pasywne systemy fasadowe FW 50+.SI oraz FW 60+.SI. Oba uzyskały certyfikat Instytutu Domów Pasywnych w Darmstadt. Ich współczynnik przenikania ciepła Ucw wynosi 0,8 W/m²K, z pakietami trzyszybowymi o Ug = 0,70 W/m²K. Za szczelność odpowiadają m.in. odpowiednio skonstruowane listwy dociskowe z tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem szklanym mocowane śrubami. We wrębie przyszybowym zastosowano spieniony polipropylen.
Jednym z „najcieplejszych” systemów słupowo-ryglowych jest MB-TT50 Aluprofu o współczynniku Uf 0,5 W/m²K. To w dużej mierze zasługa dwukomorowych pakietów szybowych. Uzupełnieniem elementów uszczelnieniowych trzypoziomowy kaskadowy system odwodnienia i odpowietrzenia. Fasadzie tej przyznano klasę przepuszczalności powietrza AE 1350 Pa (wg EN 12152) i wodoszczelności RE 1800 Pa (wg EN 12154). Ma też certyfikat Instytutu Domów Pasywnych w Darmstadt.
W systemach fasadowych o wysokiej klasie ochrony przeciwpożarowej stosowane są uszczelki ogniochronne. Zawierają one obok elastomerów dodatek substancji nieorganicznych. Te niestety zmniejszają elastyczność materiału i jego wytrzymałość mechaniczną. Systemy takie, np. Procuralu PF152 PPOŻ, obok szyb ogniochronnych zawierają wkładki ogniochronne w aluminiowych kształtownikach. Taśmy pęczniejące chronią przekładki termiczne oraz uszczelniają połączenia pomiędzy konstrukcją a szybami lub wypełnieniami nieprzezroczystymi.
W tradycyjnych fasadach słupowo-ryglowych stosuje się też uszczelniacz silikonowy przeznaczony do takich rozwiązań. Zabezpiecza on kanały wentylacyjno-odwadniające. Projektanci przewidują także wsporniki podszybowe. Są to elementy przekazujące obciążenie z szyb na konstrukcję nośną. Umieszcza się je we wrębach rygli i przykręca lub – rzadziej – spawa. Wkręty przechodzą przez uszczelkę rygla. Aby osadzić wspornik we wrębie, trzeba naciąć uszczelkę. Wielkość i rozstaw wsporników zależą od ciężaru szyb. W pasywnych systemach Schüco FW 50+.SI oraz FW 60+.SI wsporniki zrobione są ze stali nierdzewnej, bowiem ma ona niższą przewodność termiczną niż aluminium.
Elementami poprawiającymi izolacyjność termiczną przegrody są też izolatory – wkładki w przestrzeni międzyszybowej, umieszczane przed zamocowaniem listwy dociskowej. Wówczas zamiast jednej szerokiej uszczelki pod listwą dociskową stosuje się dwie wąskie na bokach. Izolatory wykonywane są z kompozytu polietylenowego PET/PE lub tworzyw ABS/TPE. Oba typy (wymiennie) znajdują się m.in. w systemie Aluprof MB-MT50 N o współczynniku Uf 0,55 W/m²K; ma on certyfikat instytutu w Darmstadt.
Izolator z polietylenu niskiej gęstości LDPE jest z kolei w systemie Aluprofu MB-SR50N HI+, także dopuszczonym do stosowania w budownictwie pasywnym. Izolator piankowy przewiduje system Yawal FA 50N HI.
Wspomniane kształtki dopasowane do całej szczeliny mogą być zastępowane jednym lub dwoma sznurami dylatacyjnymi z poliuretanu, które również podnoszą izolacyjność termiczną między szybami. Takie rozwiązanie znajdziemy w systemie Aluprofu MB-SR80 czy MB-SR100.
Fasady strukturalne i semistrukturalne
Nazywane są SSGS (Struktural Sealant Glazing Systems) lub VEC (Vitrages Exterieurs Colles). Mają bardzo wiele odmian, w zależności od sposobu łączenia modułów szklanych z konstrukcją nośną, ale ich wspólną cechą jest to, że elewacja jest płaska i jednorodna, a spoiny między modułami wypełnione szczeliwem. Profile nośne ani żadne inne elementy nie wystają poza lico fasady. Moduły mocuje się do konstrukcji z profili aluminiowych przeważnie na klej. Oprócz takich systemów, tzw. niepodpartych, są też podparte – w linii rygli.
Elementy fasady mogą być montowane w zakładzie produkcyjnym, gdzie powstają większe elementy prefabrykowane, zestawiane ze sobą na miejscu budowy (fasady elementowe) lub bezpośrednio na budowie.
Według polskich przepisów od wysokości powyżej 10 m oprócz mocowania klejowego muszą też być wprowadzone zabezpieczenia mechaniczne w postaci listew krawędziowych lub zabezpieczenia narożne. W fasadach strukturalnych także można montować elementy otwierane, np. okna wychylne.
Odmianą tego rozwiązania jest strukturalna fasada odwrócona. Zakłada ona mocowanie szkła od strony wewnętrznej, podczas gdy konstrukcja słupowo-ryglowa skierowana jest na zewnątrz budynku. Daje to wyjątkowy efekt architektoniczny. Fasady takie mogą być wykonywane w oparciu o typowe systemy szklenia strukturalnego.
Inną drogą do uzyskania szklanej fasady jest wykorzystanie technologii mieszanej – półstrukturalnej. Zespolenia są mocowane mechanicznie do konstrukcji nośnej za pomocą ceowników wklejanych w zagłębienia między taflami szkła. Ceowniki łączy się z profilami aluminiowymi płytkami montażowymi. Lico fasady jest więc gładkie, jak ma to miejsce w systemach strukturalnych. Przykładami takich systemów są Aliplast MC-Glass i Aluprof MB-SR50N-Efekt. W niektórych systemach semistrukturalnych profile wystają w niewiele poza lico fasady. Przestrzenie między przeszkleniami są wypełniane uszczelniaczem silikonowym. Przykładem jest system Aluprof MB-SR85 Semi.
W szkleniu strukturalnym pakiety szybowe łączone są z konstrukcją wsporczą klejem silikonowym. Nanosi się go pasami wzdłuż połączonych z profilami przekładek dystansowych, które mają na celu ustalenie grubości spoiny. Oprócz tego wypełnia się spoiny między szybami. Tu stosowane są sznury dylatacyjne lub taśmy separacyjne z polietylenu lub polipropylenu. Są one odpowiednikiem izolatorów wykorzystywanych w typowych fasadach słupowo-ryglowych, gdzie szyby mocowane są listwami dociskowymi. Po ich umieszczeniu spoiny wypełnia się , który się do nich się nie przykleja.
Stosunek głębokości do grubości (szerokości) spoiny powinien wynosić minimum 1:1 i maksimum 3:1. Minimalna szerokość spoiny to 6 mm. Zaleca się jednak, by miała 12 mm. Spoina klejąca może być wykonana wokół wszystkich krawędzi przeszklenia albo – rzadziej – tylko dwóch. Wtedy pozostałe boki są mocowane mechanicznie i – inaczej niż przy klejeniu czterostronnym – wyłącznie połączenie mechaniczne przenosi obciążenia statyczne na konstrukcję. Obciążenia dynamiczne przenoszone są natomiast przez wszystkie cztery połączenia.
Inna technologia zakłada użycie sworzni połączonych z konstrukcją nośną, a płaszczyzny przeszkleń przykleja się do nich. Typowym systemem strukturalnym, w którym wykorzystano czterostronne klejenie modułów, jest Aluprof MB-SE80 SG.
Ciekawym rozwiązaniem są też fasady semistrukturalne, w których moduły szklane mocuje się do profili aluminiowych mechanicznie, w czym pomocne są specjalne zaciski, które po obróceniu dokręca się. Spoiny między modułami wypełnia się sznurem dylatacyjnym i silikonuje. Taki system proponuje np. niemiecka Wicona. Za szczególny uznać można system, w którym elewację usztywniają dodatkowo żebra szklane, przeklejane do konstrukcji budynku. Rygle często są tak ukształtowane, że zapewniają dodatkowe podparcie modułom szklanym za pośrednictwem klocków podszybowych, np. silikonowych. Konieczne są jednak szyby, z tak zwanym stepem, czyli dłuższą taflą zewnętrzną, która w tym przypadku także jest klejona z profilem.
Do fasad strukturalnych przeznaczone są konstrukcyjne, dwuskładnikowe bądź jednoskładnikowe kleje silikonowe o wyższej wytrzymałości i trwałości w porównaniu do innych klejów i szczeliw silikonowych. Złącza muszą utrzymać ciężar przeszkleń i przenieść obciążenia dynamiczne powodowane przez wiatr lub naprężenia termiczne.
Silikon to niejedyny materiał do klejenia modułów szklanych z konstrukcją. Służą do tego celu również dwustronnie klejące taśmy akrylowe VHB oferowane przez firmę 3M. Zapewniają one wysoką siłę połączenia i dużą trwałość. Ich zaletą jest wstępna siła klejenia (40 proc.), ponieważ inaczej niż w silikonach nie zachodzi tu proces utwardzania. Mają stałą grubość 2,3 mm, nie brudzą też krawędzi szyb, więc nie trzeba stosować taśm maskujących ani uszczelek dystansowych.
Uszczelniacze silikonowe muszą dodatkowo być odporne na destrukcyjne działanie promieni UV. Tak jak kleje, powinny zachowywać założoną odkształcalność w temperaturze od -40°C do +150°C. Ważne też, aby miały wysoką przyczepność do podłoża. Przy doborze trzeba się kierować planowaną szerokością spoin i rodzajem uszczelnianego materiału.
Szczeliwo powinno być każdorazowo dobrane przez projektanta fasady, zwłaszcza po uwzględnieniu spodziewanych wielkości przemieszczeń elementów w stosunku do szerokości szczeliny. Taki parametr nazywa się movement capability i podawany jest w procentach. Zasady jego ustalania podaje norma EN-ISO 9047. Obrazuje on zdolność uszczelniacza do powtarzalnego odkształcania się od pierwotnego wymiaru, bez utraty szczelności. Klasyfikację i parametry szczeliw opisuje natomiast norma PN-EN ISO 11600. Wysokiej jakości szczeliwa mają odkształcalność na poziomie około 50 proc.
Kleje oraz uszczelniacze powinny charakteryzować się utwardzaniem neutralnym, nie kwaśnym, nie powinny też zawierać w składzie rozpuszczalników organicznych. Silikon może być zastąpiony przez systemową uszczelkę z EPDM, wówczas spoina jest szersza o blisko 6 mm. Obie opcje uszczelniania fasadysą dostępne w systemie Procural PF152 ESG. Na uwagę zasługuje też system ISO3 firmy ISO-Chemie. W komplecie są m.in. taśmy do uszczelniania spoin, elastyczne taśmy do uszczelniania połączeń okiennych i drzwiowych oraz uszczelniająca masa fasadowa.
Fasada półstrukturalna Aluprof MB-SR50N Efekt pozwala uzyskać lekką szklaną przesłonę o jednolitej płaszczyźnie. Trzonem nośnym wciąż jest tu układ słupów i rygli, między które wstawiane są pakiety szybowe mocowane mechanicznie. Żadne elementy nie wystają poza płaszczyznę elewacji. Za szczelność połączenia odpowiada silikon nanoszony w trakcie montażu, który tworzy elastyczną spoinę termo- i wodoszczelną. Co ważne, jest dostępny w wielu kolorach. Jakość systemu potwierdzają wyniki testów, na podstawie których przyznano mu klasę przepuszczalności powietrza AE 1200 Pa (wg EN 12152) i wodoszczelności RE 1500 Pa (wg EN 12154).
Rozwiązania alternatywne
System mocowania punktowego przewiduje łączenie szkła z zespoloną z konstrukcją budynku np. stalowymi elementami przegubowymi zwanymi pająkami. Wyposażone są one w sworznie z elastycznymi uszczelkami. Sworznie umieszcza się w otworach nawierconych w szybach – w pobliżu ich narożników, i dokręca. Czasem stosuje się tu szklenie dwuwarstwowe. Warstwa zewnętrzna jest mocowana np. klejem silikonowym, dzięki czemu poza płaszczyznę fasady nie wystają łączniki. W szczelinach między przeszkleniami zewnętrznymi umieszczony zostaje sznur dylatacyjny, a spoiny wykonuje się ze spoiwa silikonowego. Uszczelnienie takie zapewnia wymaganą szczelność okładziny i zwiększa sztywność elewacji. Istnieje też system strukturalnego mocowania szkła do łączników punktowych silikonem klejącym Dow Corning TSSA.
Modyfikacją systemu słupowo-ryglowego jest fasada z tzw. poziomą linią. Tutaj wzdłuż rygli mocowane są odpowiednio ukształtowane listwy dociskowe, które tworzą na elewacji równoległe żebra, wyglądające nieco jak lamele wielkich żaluzji. Za przykład mogą posłużyć systemy Aluprof MB-SR50 PL i Yawal FA 50N HL/VL.
Szkło dobrane do fasady
Projektanci szklanych fasad mają do wyboru różne wersje. Zasadą podstawową jest zastosowanie szkła hartowanego, popularne jest też wyjątkowo przejrzyste hartowane szkło float lub przeciwsłoneczne – chroniące przed przegrzewaniem wnętrz w upalne dni. Aby ograniczyć to zjawisko, producenci proponują też szkło absobrcyjne (pochłaniające ciepło), refleksyjne – odbijające światło, oraz selektywne, łączące obie te cechy. Możliwe jest też stosowanie szkła giętego, a gdy zachodzi potrzeba zakrycia tych elementów ściany, które nie wyglądają szczególnie atrakcyjnie, polecane jest szkło nieprzeźroczyste: powlekane emalią ceramiczną lub metalizowane.
W sąsiedztwie szyb można też zainstalować moduły fotowoltaiczne BIPV pozyskujące prąd dla budynku, wytwarzane na zamówienie. Do wyboru mamy moduły cienkowarstwowe i moduły bifacjalne (glass-glass). Do wykonywania fotowoltaicznych fasad wykorzystywane są głównie te drugie obłożone z obu stron szkłem. Dostępne są także fotowoltaiczne wypełnienia, np. system AF 50 KW Quantum Aluronu. Moduł zastępuje w tym przypadku szybę zespoloną. Z okien takich budowane są fasady słupowo-ryglowe, dodatkowo produkujące prąd, nawet w pochmurne dni.
Niestety, ogniwa te odbierają przeszkleniom ich najważniejsze funkcje – doświetlenia i otwierania widoku na otoczenie. Aby temu zapobiec, oferowane są okna z ogniwami wielowarstwowymi o częściowej transparentności. Najnowocześniejsze z szyb fotowoltaicznych, jak choćby te w technologii PVGLASS+, mają zdolność nagrzewania się do 60°C. Mogą przekazywać ciepło do wnętrza, pozyskują prąd bez względu na stopień zachmurzenia nieba. Są odporne na mróz, wodę i grad. Ich unikalną cechą jest możliwość sterowania transparentnością szkła.
Fasady ze szkła samoczyszczącego
Do uszczelniania fasad zbudowanych ze szkła samoczyszczącego (o właściwościach hydrofilowych) nie wolno stosować tradycyjnych środków, czyli silikonów i poliuretanów (są hydrofobowe) ani uszczelek z syntetycznego kauczuku EPDM (są hydrofobizowane). Silikonowe substancje hydrofobizujące wypłukane z tych materiałów mogłyby spowodować miejscowe uszkodzenie powłoki fotokatalitycznej i częściową utratę właściwości. W tym przypadku zamiast klejów i mas silikonowych oraz poliuretanowych pozostaje zastosowanie uszczelniaczy hybrydowych typu MS polimer – przeznaczonych do fasad szklanych, a w miejsce uszczelek hydrofobizowanych – takich, które nie mają podobnej ochrony, np. z twardej gumy silikonowej. W razie jakichkolwiek wątpliwości najwłaściwsze środki wskaże producent szkła samoczyszczącego.
Uszczelnianie nieszczelności
Na naszym rynku działa wiele firm proponujących swoje usługi w zakresie naprawy fasad aluminiowo-szklanych, które zajmują się przeważnie uszczelnianiem. Uszczelniają miejsca pojawienia się pojedynczych nieszczelności lub całościowo bądź wymieniają uszczelnienia. Zajmują się również czyszczeniem fasad i konserwacją uszczelnień. Stosują różne materiały, ale najczęściej sięgają po silikony.