Serge Salat to francuski badacz szeroko pojętej urbanistyki bioklimatycznej. W swojej pracy badawczej zajmuje się wieloma aspektami morfologii miasta. W licznych publikacjach oraz sążnistym wydaniu książki „Cities and Forms on Sustainable Urbanism” zajmuje istotny głos w dyskusji nad współczesną urba-nistyką, dając recepty na większość jej problemów takich jak:
- „miejskie wyspy ciepła”(eng. Urban Hot Islands)
- rozrastanie się przedmieść, eksurbanizacja (eng. Urban Sprawl) - implementacja wiedzy o fraktalach w urbanistyce
- pozyskiwanie energii odnawialnej w strukturze miast
- miasta kompaktowe, wydajność wykorzystania terenów miejskich i wynikająca z tego forma zabudowy
- projektowanie urbanistyki umożliwiającej kształtowanie architektury bioklimatycznej, zapewnienie doświetlenia wnętrz światłem naturalnym oraz ich naturalne przewietrzanie.
35. Analiza przeprowadzona na podstawie publikacji:
II
Ilustracja II_2_14a
Struktura i działanie drzewa oraz liścia różnią się między sobą. Budowa gałęzi jest otwarta. Dwie gałązki nawet jeśli są blisko siebie, gdy nie należą do jednej gałęzi nie są zsobą w „kontakcie”. By ga-łęzie mogły się zsobą „skon-taktować” konieczne jest ich połączenie poprzez konar.
Liście natomiast mają struk-turę zamkniętą. Kolejne połą-czenia użylenia liścia, umożli-wia różnorodne alternatywne połączenie każdego z frag-mentów blaszki. Struktura liści zapewnia optymalne działanie rośliny. Inspirowana budową liścia struktura miasta po-zwolić może na zmniejszenie ilości infrastruktury drogowej, przy jednoczesnym zapew-nieniu optymalnie wydajnej komunikacji.
[Serge Salat, Cities and Forms]
Ilustracja II_2_14b
Struktura fraktali o w różnej skali, kontekście ifunkcji. Za-obserwować można, rekuren-cyjnie narastającą budowę.
Zmienna jest waga - szerokość ciągów komunikacyjnych.
[Serge Salat, Cities and Forms]
II
Serge Salat formułuje po analizie morfologii i funkcjonowania różnorodnych tkanek urbanistycznych for-mułuje liczne wnioski. W jego książce znaleźć można niezwykle liczne badania dotyczące morfologii za-budowy miast historycznych, współczesnych a także projektowanych, takich jak propozycje Le Corbusiera na przebudowę Paryża. Jest zawziętym krytykiem urbanistyki modernistycznej. Twierdzi, że rozwiązania zaproponowane przez Le Corbusiera a później bezkrytycznie powielane są przyczyną problemów miast współczesnych. Zajmuje się także analizą miast budowanych na innych kontynentach. Niezwykle ciekawe są jego spostrzeżenia na temat formy zabudowy historycznych i współczesnych miast chińskich.
Praca i dokonania Serga Salata są bardzo rozbudowane, a wszystkie niezwykle cenne w kontekście ni-niejszej pracy doktorskiej. Autor wybrał i w telegraficznym skrócie opisał tylko niektóre efekty badań francuskiego urbanisty.
Paryż plan Voisin
W swojej pracy Salat analizuje właściwości modernistycznej zabudowy urbanistycznej. Bezwzględnie krytykuje większość przyjętych w tym okresie rozwiązań. Wielokrotnie w swoich opracowaniach po-równuje istniejącą zabudowę Paryża do projektu jego przebudowy przez Le Corbusiera. Zamiarem Planu Voisin zaproponowanego w 1925 była zamiana dużej części XIX -wiecznej zabudowy Paryża nową strukturą będącą wariantem koncepcji Radiant City. Wyeliminowano kwartały i ulice, relacje między bu-dynkami nie były uwarunkowane przez lokalizację czy sąsiedztwo. Miasto zredukowane zostało do pro-stych powtórzeń jednakowych obiektów w przestrzeni. Stara struktura kontynuacji kwartałów, zastą-piona została pozbawioną granic wolną przestrzenią w której rozmieszczono pojedyncze ale olbrzymie budynki. Zarekomendowana przez Le Corbusiera zmiana wydaje się nieludzka w skali, szczególnie gdy jej plan zestawimy z rzutami istniejących wieloskalowych miast XIX wiecznej Europy.
Miasto fraktalne
Salat dowodzi, że forma miasta a nawet budynków powinna być wieloskalowa i przypominać strukturę fraktali. Jako przykład doskonale skomunikowanej przestrzeni podaje powierzchnię liścia. Są one zbudo-wane z serii połączeń pośrednich. Oznacza to, że substancje odżywcze, woda, energia, informacje prze-pływając przez liść mają możliwość „wyboru” szeregu pośrednich ścieżek przepływu. Badacz podkreśla, że w ten sposób powinny być budowane miasta. „Budowa fraktalna organizmów wyewoluowała przez mi-liony lat nie jako pre-definiowany projekt lecz raczej jako rezultat naturalnej selekcji rozwiązań umożliwiających rozwój i przetrwanie”. Podobnie historyczne miasta kształtowane przez ludzki umysł, historię i siły natu-ry przypominają swoją budową żywe organizmy. Ich struktura zorganizowana jest w sposób zbliżony do liścia. Hierarchiczna, umożliwiająca komunikowanie się dzięki rozbudowanej siatce połączeń pomiędzy komórkami - kwartałami. Tkanka tego typu zbudowana jest z wielu wąskich, krętych uliczek połączonych z większymi, szerszymi ulicami, te zaś łączą się z szerokimi bulwarami. Zupełnie inną strukturę mają miasta współczesne oparte o paradygmaty modernizmu, których archetypem jest Radiant City Le Corbusiera. Są zbudowane jednoskalowo, poprzez nieludzkie, monotonne powtórzenie jednostek mieszkalnych pomię-dzy którymi przebiegają wielopasmowe drogi szybkiego ruchu zarezerwowane tylko dla samochodów.
Morfologia urbanistyczna miasta ma najbardziej wydajną strukturę jeśli jest zbudowana zgodnie z budową fraktali
- jest to jedno z nadrzędnych stwierdzeń Salata mające wpływ na pozostałe postulaty zawarte w książce
„Cities and Forms”. Przestrzenna struktura takich miast opiera się na dystrybucji Pareto, obowiązującej w budowie żywych organizmów a także w systemach ekonomicznych.
II
na górze stroony:
Ilustracja II_2_15a
Porównanie zakresu strefy pasywnej w tkankach urba-nistycznych Londynu, Tuluzy i Berlina; Londyn PVR 77%;
Tuluza PVR 84%; Berlin PVR 61%. Diagram poniżej pre-zentuje fragmenty budynków pozbawiane naturalnego szeroko-ści wynoszącej dwukrotnoszeroko-ści wysokości pomieszcznia, nie więcej jednak niż 6 m. Strefa Pasywna zapewnia dostęp do naturalnego oświetlenia oraz naturalnej wentylacji.
[opracowanie własne na pod-stawie Serge Salat,Cities and Forms]
pośrodku, po prawej:
Ilustracja II_2_15c
Dywan Sierpińskiego to frak-tal na bazie kwadratu, kwa-dratów. Używając struktury tego fraktala jesteśmy w
Passive Volume Ratio (PVR) - (procentowa objętość strefy pasywnej) Analiza stosunku przestrzeni pasywnej do wiedzę ofraktalach możemy konstruować budynki w któ-rych 100% rzutu będzie po-wierzchnią pasywną.
[opracowanie własne na pod-stawie Serge Salat, Cities and Forms]
II
Ilustracja II_2_16a
Porównanie skali i formy zabudowy Paryża, Buenos Aires i Nowego Jorku na tle propozycji Le Corbusiera - Radiant City. Rekomendowa-na zmiaRekomendowa-na jest zdaniem Serga Salata szkodliwa i niehumani-tarna. Twierdzi on że struktura zabudowy miast XIX-wiecz-nych opartych na fraktalach ułatwia zorganizowanie wy-dajnej komunikacji.
[Serge Salat, Cities and Forms]
Ilustracja II_2_16b
Le Corbusier Paryż, Plan Voisin 1925. Propozycja zamiany dużego fragmentu istnieją-cej zabudowy Paryża jednym z wariantów idei Radiant City. Modernistyczna reduk-cja miasta do uproszczonej powtarzalności jednakowych budynków.
[Serge Salat, Cities and Forms]
Ilustracja II_2_16c
Porównanie zabudowy Paryża - zdjęcie satelitarne z wyróż-nieniem jedynie obrysu bu-dynków. Po lewej nowoczes-na modernistycznowoczes-na dzielnica La Defense - zawiera szereg wyizolowanych obiektów. Po prawej kompaktowa zabu-dowa dzielnicy XIX-wiecznej zszeregiem atriów wewnątrz kwartałów. Miasto ma struk-turę fraktala. Powierzchnia pa-sywna zabudowy jest znaczna [Serge Salat, Cities and Forms]
II
Salat porównuje miasto do liścia. Każdy liść jest indywidualną odpowiedzią na zmieniające się warunki otoczenia, strukturą zależną od grawitacji, kąta padających promieni słonecznych, insektów i chorób, po-zostałych liści. Także miasto jest indywidualną strukturą, której kształt determinowany jest przez szereg czynników historię, ekonomię, demografię, politykę, czynniki przyrodnicze. itd. Liść i miasto przebudo-wują swoją strukturę. Czerpią energię z zewnątrz i kumulują i przetwarzają ją tworząc nowe struktury.
Miasto musi posiadać zdolność przeobrażania przebudowywania, dostosowywania się do zmiennego
„otoczenia”. By spełnić te zadania morfologia miasta musi być zdaniem Salata oparta o strukturę fraktali.
Conectivity
Ważną częścią pracy Serga Salata są poszukiwania rozwiązań urbanistycznych sprzyjających zmniejsza-niu zużycia energii przez struktury miasta. Jednym z aspektów wydajnej zabudowy urbanistycznej jest zapewnienie sprawnej ekonomicznie, przestrznnie i energetycznie infrastruktury komunikacyjnej. Tutaj ponownie francuski badacz opiera się na fraktalnej strukturze żywych organizmów. Twierdzi że ścieżki połączeń powinny być nieregularne w formie i wielokrotne tzn. umożliwiać dotarcie do danego punktu na wiele sposobów różnymi drogami. Nieregularność układu komunikacyjnego zwiększa jego łączność / komunikacyjność (eng. conectivity). Powołuje się przy tym na stwierdzenie Nikosa Salingarosa. Zauważył on prostą prawidłowość - dwa punkty mogą zostać połączone tylko w jeden sposób prostą linią. Mogą jednakże zostać połączone nieskończoną ilością linii zakrzywionych. Salat twierdzi także, że miasto po-trzebuje do prawidłowego funkcjonowania fraktalnego układu komunikacji. Le Corbusier i Buchanan za-proponowali likwidację małych i pośrednich połączeń komunikacyjnych o nieregularnej formie by przy-spieszyć ruch samochodowy. Modernistyczne uproszczenie i poszerzenie szlaków komunikacyjnych jest uznawane współcześnie za jeden z największych jego błędów. Poszerzanie szlaków komunikacji samochodowej zadziałało dokładnie odwrotnie, paradoksalnie powoduje jego zapychanie się. Zachęcało do ruchu samochodowego eliminując ruch pieszy, przyczyniło się do rozwoju motoryzacji na olbrzymią skale i w konsekwencji powoduje narastanie korków. To skutkuje z kolei naciskami społeczeństwa przy-zwyczajonego do użycia samochodów do poszerzania ulic ponownie nie rozwiązując problemów ko-munikacji. Obsesja modernistyczny projektantów na punkcie dużej skali spowodowało wyeliminowania kapilarnych połączeń i przyczyniło do rozdzielenia struktur zabudowy. Jak pisze Salat: „Błędem było nie uwzględnienie w strukturze miasta sieci wielokrotnych połączeń, które muszą mieć formę fraktali by zapewnić połączenie między sobą.”
Fasive zone - fraktale w strukturze budynku
Jak twierdzi Salat „miasto jako całość nie jest niczym innym jak wielką membraną wymieniającą z oto-czeniem szereg czynników takich jak powietrze, ciepło, promieniowanie słoneczne. Teoria fraktali może pomóc w optymalizacji przepływów pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wnętrzem budynku.
Zaproponowano by zewnętrzna „skóra” obiektów stanowiła strefę pasywną - pozwalająca na wymianę powietrza, światła i energii słonecznej. Koncepcja strefy pasywnej (eng. Passive Zone) zaproponowana została w 1996 przez Rattiego, Bakera i Steemersa. Jest to przestrzeń bliska płaszczyźnie zewnętrznej budynku zwykle o szerokości ok. 6 m. Jej maksymalna szerokość to dwukrotność wysokości pomiesz-czenia PVR (Passive Volume Ratio) [Ratti C., Naker N., Steemers K., 2004 ]. Strefa ta pozwala na pełne wykorzystanie oświetlenia naturalnego oraz naturalnej wentylacji. Strefa ta jest także narażona na straty energetyczne w postaci możliwej ucieczki ciepła przez płaszczyzny obudowy budynku a także jego prze-grzewanie nadmiarem światła podczerwonego. Jednakże postęp technologii w konstruowaniu fasad jest bardzo szybki i umożliwia ograniczenie ewentualnych strat. Biorąc pod uwagę poprawianie cech prze-szklenia i izolacji cieplnej znaczenie strefy pasywnej będzie z pewnością rosło. Połączenie
zastosowa-II
nia stref pasywnych z teorią fraktali może pomóc w optymalizacji przepływów pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a wnętrzem budynku. Możliwe jest bowiem takie kształtowanie tkanki urbanistycznej w której strefy pasywne stanowią znaczą część rzutu. W tym celu Serge Salat porównuje z sobą sze-reg typów zabudowy, pawilonową, linearną, kwartałową. Ich strefa pasywna stanowi od 33 do 58% po-wierzchni rzutu. Jednakże wykorzystując wiedzę o budowie fraktali oraz bazując na zabudowie kwartało-wej można tworzyć formy przestrzenne w których aż 100% powierzchni rzutu stanowi strefa pasywna.
Zaproponowane rozwiązanie bazuje na prostym układzie fraktalnym tzw. „dywanie Sierpińskiego”. Jest to szereg zmniejszających się względem siebie „dziedzińców”. W tym przypadku struktura jest trzystop-niowa, wieloskalowa. Hierarchia skali dziedzińców wynika z dystrybucji Pareto raz jeszcze podkreślając związki z budową organizmów. Ta prosta analiza geometryczna pokazuje, że złożona, wielowymiarowa struktura tkanki urbanistycznej, bazująca na teorii o fraktalach pozwala na uzyskanie miejskiej „memb-rany”, której morfologia pozwala na bardzo skuteczne współdziałanie ze środowiskiem. Kontynuując te badania S. Salat przeanalizował różnorodne istniejące tkanki urbanistyczne w celu sprawdzenia ich fak-tora strefy pasywnej. Potwierdziło to jego przypuszczenia, że złożona, wielowymiarowa tkanka urbani-styczna, której organiczna forma oparta jest na strukturze fraktali, pozwala zoptymalizować aktywną po-wierzchnię czynną budynków. Wiedza o strefach pasywnych w kontekście niniejszej pracy może zostać dodatkowo wykorzystana do spotęgowania efektywności konwersji energii słonecznej.
Wydajność energetyczna tkanki urbanistycznej
By zapewnić miastu samowystarczalność energetyczną najpierw należy w sposób zdecydowany ogra-niczyć zużycie energii przez jego infrastrukturę. Użycie zaawansowanych technologii pozwalających na ograniczenie strat energetycznych nie jest wystarczające przy konstruowaniu budynków i sieci przesyło-wych. Wielu badacz w tym min. Carlo Ratti oraz Serge Salat zwracają uwagę że to morfologia zabudowy miasta pozwala osiągnąć nie tylko zmniejszenie zużycia energii ale także umożliwić jej produkcję ze źró-deł odnawialnych takich jak np. słońce. W tym celu prowadzi się liczne badania nad zoptymalizowaniem formy urbanistycznej do jej wydajności energetycznej. Na bazie orientacji zabudowy, rzutu, przekroju użytych na fasadzie materiałów można przewidzieć ile energii pochłonie struktura miasta na oświetlenie, ogrzewanie, wentylację, chłodzenie. Analiza i użycie tych danych pozwala na kształtowanie zabudowy, której forma sprzyja zmniejszeniu zużycia mediów. Przykładowo zwiększenie powierzchni przeszklonych zmniejszy zużycie energii niezbędnej do oświetlenia ale zwiększy zużycie energii na chłodzenie wnętrz.
Olbrzymią rolę pełnią tu układ i orientacja zabudowy. Przykładowo orientacja wzdłuż linii północ -połu-dnie jest najbardziej energochłonną formą zabudowy. Bierne i czynne pozyskiwanie energii słonecznej jest tu ograniczone. Niski jest poziom docierającej do płaszczyzn elewacji energii słonecznej, przyczynia się do tego duże zacienienie. Należy tak kształtować zabudowę by współczynnik powierzchni obudowy budynku do jego objętości był wysoki. Duża powierzchnia ścian w stosunku do kubatury pozwala na użycie fasady jako membrany pozyskującej energię aktywnie poprzez instalacje PV oraz pozyskiwanie światła dziennego. Umożliwia także naturalne wentylowanie pomieszczeń. Istotnym w tym przypad-ku czynnikiem jest wspomniana wyżej „strefa pasywna”. A zatem należy tak kształtować zabudowę by jak największa powierzchnia rzutu pomieszczeń, mogła zostać w sposób naturalny doświetlona i prze-wietrzona. Istotnym czynnikiem jest także współczynnik widoczności nieba - otwarcie struktury urbani-stycznej na niebo. Jest to wartość kątowa pomiędzy sąsiadującymi z sobą budynkami mierzona na pozio-mie zero. Duże otwarcie na niebo pozwala ogrzewać i oświetlać budynki światłem słonecznym w ciągu dnia. Zapewnia także, odpowiedni poziom przewietrzania oraz chłodzenia zabudowy w trakcie nocy.
Odpowiednie skonstruowanie proporcji otwarcia na niebo pozwala ograniczyć efekt tzw. „wyspy ciepła”.
Kolejnym czynnikiem badanym w przypadku wydajności energetycznej jest forma zabudowy. Zabudowa
II
kwartałowa jest oceniana przez większość badaczy jako najbardziej wydajna energetycznie. Często przeciwstawiana jest zabudowie pawilonowej czy linearnej. Jak twierdzą Carlo Ratti, Dana Raydan, Koen Steemers oraz Serge Salat zabudowa tego typu ma szereg zalet:
- dużą masę termalną
- dużą powierzchnię obudowy budynku - dużą dostępność świtała słonecznego - dużą wartość strefy pasywnej.
Badania obejmują bardzo wiele typów budynków, rodzajów klimatu związanych z różnorodnymi loka-lizacjami, badane czynniki i ich ocena różnią się miedzy sobą. W związku z tym brak absolutnie jedno-znacznych sformułowań czy wyznaczników projektowych.
Zasady projektowania eko - dzielnic
Jak pisze Serge Salat: „Ekologiczne miasto jest jak system ożywiony, który nigdy nie jest statyczny. Wykazuje się tymi samymi cechami co żywe organizmy, ewoluując w czasie. Jego umiejętność do adaptacji zapewnia mu przetrwanie. W symbiotycznej relacji z naturą i klimatem jego energia pochodzi w głównej mierze z pobliskich źródeł naturalnych, zwiększając tym samym ich autonomiczność. Koncepcja ta wykorzystuje sztukę projekto-wania form urbanistycznych do tworzenia żywych organizmów, zamiast miast maszyn”.
W celu świadomego budowania ekologicznych struktur miejskich stworzył on ośmio-punktowy kodeks.
Jego implementacja ma pozwolić na budowanie ekologicznych dzielnic.
1. Duża gęstość zabudowy - miks funkcjonalny.
Wysoka gęstość zabudowy oraz zróżnicowanie funkcjonalne, tworzy bogatą sieć urozmaiconych destynacji co sprzyja rozwojowi ruchu pieszego i rowerowego. Struktura taka umożliwia także efek-tywne wykorzystanie transportu publicznego. Zaleca się konstruowanie budynków o wysokości 3 - 4 pięter oraz gęstość zabudowy wynosząca 2,5 - 3.
2. Sieć połączeń pieszych i rowerowych
Wewnątrz dzielnic polegać powinny na sieci ruchu pieszego i rowerowego umożliwiając dotarcie do przystanków komunikacji publicznej. Umożliwić to ma zmniejszenie ruchu samochodowego.
3. Gęsta sieć krótkich połączeń
Tekstura tkanki urbanistycznej powinna mieć odpowiednie natężenie. Małe wymiary kwartałów oto-czone przez gęstą sieć połączeń umożliwiają większą płynność przepływu ruchu oraz zwiększają dostępność do budynków. W Tokio i Kioto wymiary pojedynczego bloku zabudowy wynoszą 50 m, w historycznych centrach miast europejskich zaś 120 m. Natomiast we współcześnie konstruowa-nych miastach chińskich 500 - 600 m. W takiej sytuacji wymiary kwartałów zmuszają do korzystania z samochodu jako podstawowego środka komunikacji.
4. Przestrzeń publiczna
Zabudowa miast zrównoważonych powinna koncentrować się wokół przestrzeni publicznych.
Przyjazne, urozmaicone przestrzenie wspólne, zbudowane adekwatnie do ludzkiej skali są podsta-wą budowania więzi społecznych. Przestrzenie publiczne nie powinny być kształtowane jako homo-geniczne struktury stojące w opozycji do przestrzeni prywatnych. Powinny raczej stanowić szereg połączonych z sobą przestrzeni pół publicznych.
5. Samowystarczalność
Osiedle ekologiczne powinno produkować energię we własnym zakresie używając w tym celu źródeł odnawialnych. W celu ograniczenia ilość niezbędnej energii dużo uwagi poświęcić należy strategiom mającym na celu zmniejszanie zużycia mediów. Osiedle tego typu powinno także zagospodarowy-wać wodę opadową.
II
6. Zróżnicowana społeczność
Osiedla ekologiczne powinny umożliwiać budowanie lokalnych społeczności o różnorodnym skła-dzie demograficznym, czy poziomie dochodów. Ważnym elementem osiedli tego typu powinna być infrastruktura społeczna. Władze lokalne powinny zachęcać deweloperów do tworzenia zabudowy z przeznaczaniem dla różnorodnych grup społecznych.
7. Poszanowanie lokalnej kultury
Zrównoważone osiedle mieszkaniowe respektuje lokalną historię oraz naturalną topografię i uwarunkowanie przyrodnicze.
8. Relacja przestrzeni i ludzi.
Lokalna kultura tworzy indywidualne sposoby kreacji przestrzeni wokół ludzi.
Wnioski
- oparcie zabudowy na morfologii fraktali i żywych organizmów
- komunikacja zorganizowana jako multiskalowa na bazie budowy fraktali
- strefa pasywna jako ważny czynnik kształtowania formy zabudowy wpływająca także na architekturę - preferowanym typem kształtowania tkanki miast jest zabudowa kwartałowa
- mocna krytyka modernistycznych rozwiązań urbanistycznych.