Oszczędność energii dzięki cieniowaniu fasady roślinami

Rośliny zacieniające fasadę mogą obniżyć temperaturę ściany i ograniczyć ilość energii potrzebnej do chłodzenia budynku. Największa korzyść pojawia się tam, gdzie elewacja jest silnie nasłoneczniona, a pomieszczenia latem się przegrzewają. Nie ma jednak jednej wartości oszczędności, którą można przypisać każdej zielonej fasadzie. Efekt zależy między innymi od klimatu, położenia ściany, pokrycia jej liśćmi oraz konstrukcji osłony.

Jak cieniowanie fasady zmniejsza zapotrzebowanie na chłodzenie?

Nieosłonięta elewacja pochłania część promieniowania słonecznego. Jej powierzchnia się nagrzewa, a ciepło może następnie przenikać przez przegrodę do wnętrza. Jeśli budynek jest klimatyzowany, instalacja chłodnicza musi usuwać napływające ciepło. Jeżeli klimatyzacji nie ma, skutkiem może być wzrost temperatury w pomieszczeniach.

Liście działają jak osłona ustawiona przed ścianą: przechwytują część promieniowania, zanim dotrze ono do elewacji. Roślinność pomaga również chłodzić najbliższe otoczenie dzięki parowaniu wody z liści. W systemach, w których między roślinami a ścianą pozostawiono szczelinę, znaczenie mogą mieć także warunki panujące w tej przestrzeni. Dlatego zielona fasada działa nie tylko jako cień, lecz również jako warstwa oddzielająca elewację od bezpośredniego wpływu słońca.

Najłatwiej zauważyć różnicę na zewnętrznej powierzchni ściany. Nie jest to jednak to samo co oszczędność energii. Niższa temperatura elewacji nie oznacza identycznego procentowo spadku rachunku za prąd. Na zużycie energii wpływają też izolacyjność budynku, wielkość okien, sposób wentylacji, nastawy klimatyzacji i codzienne korzystanie z pomieszczeń.

Jakich oszczędności można się spodziewać?

Wyniki badań pokazują potencjał zielonych fasad, ale także dużą rozpiętość efektów. Przegląd badań nad zielonymi elewacjami przytacza przykłady oszczędności energii bliskich 9% w Vancouver i 30% w Madrycie. Różnica pokazuje, dlaczego wyniku uzyskanego w jednym mieście nie można bezpośrednio przenieść na budynek w innym klimacie.

W tym samym przeglądzie opisano symulacje dla klimatu subtropikalnego, w których odpowiednio zaprojektowana zielona fasada pozwalała ograniczyć roczne zużycie energii na chłodzenie nawet o 25%. To wynik dotyczący określonych założeń symulacji, a nie prognoza dla każdej ściany porośniętej pnączami.

Badania mierzą również wielkości inne niż zużycie energii. Analiza termicznego działania zielonych fasad wykazała, że w gorących okresach osłonięte ściany były o 3,2–3,5°C chłodniejsze od ścian bez roślinności. W badaniu prowadzonym w ośrodku ENEA w lipcu temperatura powierzchni zielonej elewacji była miejscami niższa nawet o 13°C. W warunkach tego ośrodka oszacowano także letnią oszczędność energii elektrycznej na chłodzenie na 2,22 kWh/m² w 2019 r. i 1,94 kWh/m² w 2020 r.

Te liczby opisują różne zjawiska: temperaturę powierzchni, zużycie energii w przeliczeniu na powierzchnię oraz procentową oszczędność. Nie należy ich ze sobą utożsamiać. Chłodniejsza ściana jest oznaką skutecznego zacienienia, lecz ostateczny wpływ na pracę klimatyzacji trzeba oceniać osobno.

Od czego zależy skuteczność zielonej fasady?

Położenie ściany względem słońca

W polskich warunkach warto w pierwszej kolejności przyjrzeć się elewacjom południowym i zachodnim. Są narażone na silne nasłonecznienie, a ściana zachodnia może nagrzewać się szczególnie wtedy, gdy budynek jest już rozgrzany po kilku godzinach letniego dnia. Polskie opracowanie dotyczące zielonej infrastruktury wskazuje właśnie te elewacje jako miejsca, w których rośliny mogą chronić budynek przed nadmiernym nagrzewaniem.

Nie oznacza to, że każda południowa lub zachodnia ściana wymaga takiej samej osłony. Sąsiedni budynek albo drzewa mogą już rzucać na nią cień. Przed wyborem miejsca dobrze sprawdzić, kiedy słońce rzeczywiście pada na fasadę i które pomieszczenia najbardziej się przegrzewają.

Gęstość liści i powierzchnia pokrycia

Roślinność osłania przede wszystkim tę część elewacji, którą faktycznie pokrywa. Rzadkie pędy na dużej ścianie nie dadzą takiego cienia jak dobrze rozwinięte ulistnienie. Przegląd badań wskazuje udział powierzchni ściany pokrytej roślinnością jako jeden z istotnych parametrów wpływających na wynik energetyczny.

Ma to praktyczne znaczenie przy ocenie nowo założonej fasady. Rośliny potrzebują czasu i odpowiednich warunków, by się rozrosnąć. Efekt uzyskany tuż po posadzeniu może być znacznie słabszy niż po pokryciu zaplanowanej powierzchni. Z drugiej strony wzrost wymaga kontroli, aby liście i pędy nie zasłaniały miejsc, które muszą pozostać dostępne.

Konstrukcja i warunki wzrostu

Pnącza mogą rosnąć przy elewacji albo po konstrukcji odsuniętej od ściany. Istnieją też systemy zielonych ścian, w których rośliny rosną w specjalnie przygotowanych modułach. Nie są to rozwiązania zamienne pod względem montażu i pielęgnacji. Różnią się sposobem podparcia roślin, dostępem do wody i relacją między roślinnością a powierzchnią budynku.

Przeglądy badań wskazują, że na działanie termiczne fasady wpływają rodzaj konstrukcji, odstęp od ściany, orientacja oraz gęstość ulistnienia. Przy wyborze rozwiązania trzeba więc brać pod uwagę nie tylko wygląd, ale też stan elewacji, możliwość zamocowania podpór, podlewanie, odpływ wody i dostęp do przycinania. Osłona, która nie zapewnia roślinom warunków do wzrostu, nie utrzyma zakładanego zacienienia.

Gdzie zielona osłona przyniesie największą korzyść?

Najbardziej uzasadnione jest jej zastosowanie tam, gdzie słońce mocno ogrzewa ścianę, a ograniczenie dopływu ciepła może odciążyć klimatyzację lub poprawić warunki w pomieszczeniach bez chłodzenia. Warto zacząć od ustalenia, czy problemem jest przede wszystkim nagrzewająca się ściana, czy promieniowanie wpadające przez okna.

To rozróżnienie ma znaczenie dla wyboru rozwiązania. Rośliny osłaniające nieprzezroczystą część fasady ograniczają nagrzewanie tej powierzchni, ale nie zatrzymają słońca wpadającego przez nieosłonięte przeszklenie. Jeśli przegrzewanie wiąże się głównie z oknami, potrzebne może być również ich zacienienie. Zieloną fasadę najlepiej traktować jako część projektu ograniczania letnich zysków ciepła, a nie zamiennik wszystkich pozostałych działań.

Znaczenie ma też klimat. Przytoczone wyniki z Vancouver i Madrytu oraz symulacje dla klimatu subtropikalnego pokazują, że korzyści energetyczne zależą od lokalnych warunków. Nie wystarczy więc wybrać najwyższego wyniku z badań i zastosować go do polskiego domu lub biura. Dla konkretnego budynku ważniejsze są jego rzeczywiste nasłonecznienie, zapotrzebowanie na chłodzenie i projekt osłony.

Czy rośliny na elewacji pomagają również zimą?

Wpływ zielonej fasady w sezonie grzewczym nie jest prostym odwróceniem jej letniego działania. Analiza badań wykazała, że w chłodnych okresach osłonięte ściany mogły być cieplejsze od nieosłoniętych. Nie oznacza to jednak, że każda zielona fasada obniży zużycie energii na ogrzewanie. Efekt zależy od klimatu, rodzaju konstrukcji i cech budynku.

Trzeba też uwzględnić dostęp słońca do elewacji zimą. Osłona korzystna podczas upałów może ograniczać nasłonecznienie w porze, gdy jest ono pożądane. Przy projektowaniu całorocznym należy zatem rozpatrywać osobno korzyść z letniego cienia i wpływ rozwiązania na sezon grzewczy. Samo stwierdzenie, że rośliny tworzą dodatkową warstwę przy ścianie, nie wystarcza do obliczenia rocznej oszczędności.

Jak ocenić, czy inwestycja ograniczy zużycie energii?

Przed wykonaniem zielonej fasady warto odpowiedzieć na trzy pytania: kiedy ściana jest nasłoneczniona, jak dużą jej część rośliny będą mogły osłonić oraz czy chłodzenie pomieszczeń rzeczywiście stanowi istotną część zużycia energii w budynku. Pozwala to dobrać miejsce i zakres osłony do rzeczywistego problemu, zamiast kierować się samą powierzchnią dostępnej elewacji.

Po założeniu roślin nie warto oceniać rezultatu wyłącznie na podstawie temperatury liści albo ściany. Jeśli celem jest oszczędność energii, właściwą miarą pozostaje zużycie energii na chłodzenie. Można je porównywać w podobnych okresach, uwzględniając pogodę, sposób korzystania z budynku i to, czy rośliny zdążyły już pokryć planowaną powierzchnię. Inaczej trudno oddzielić wpływ zielonej fasady od chłodniejszego lata lub zmiany ustawień klimatyzacji.

Roślinna osłona może więc skutecznie ograniczać nagrzewanie elewacji, ale jej wartość energetyczna wynika z dopasowania do konkretnej ściany i budynku. Badania pokazują, że oszczędności są możliwe; projekt powinien jednak opierać się na warunkach panujących na miejscu, a nie na założeniu, że każdy procent uzyskany w badaniu da się powtórzyć.