ODDZIAŁYWANIE ZAGADNIEŃ ENERGETYCZNYCH NA KSZTAŁTOWANIE PRZESTRZENNE BUDYNKU

Koncepcja wykorzystania energii słonecznej powiązana z ograniczeniem zużycia energii w budynkach znajduje odzwierciedlenie w pasywnych rozwiązaniach archi-tektonicznych. Ich dobór w projekcie ma charakter indywidualny i zależy od licznych uwarunkowań: urbanistycznych, klimatycznych, fizjograficznych terenu, funkcjonal-nych projektowanego obiektu oraz ekonomiczfunkcjonal-nych.

Oddziaływanie zagadnień energetycznych na kształtowanie architektury uwidacz-nia się w następujących cechach:

– Geometria budynku – Zminimalizowanie strat ciepła poprzez ukształtowanie zwartej bryły, aby uzyskać korzystny stosunek powierzchni przegród zewnętrz-nych do kubatury (A/V). Odpowiednie uformowanie bryły oraz fasady pozwala regulować klimat wnętrza, chroniąc pomieszczenia przed przegrzewaniem w okresach letnich;

– Orientacja budynku względem stron świata – Optymalne zorientowanie budyn-ku względem stron świata w zależności od potrzeb funkcjonalnych i energe-tycznych, dotyczących wykorzystania ciepła i światła słonecznego. Ma to istot-ny wpływ na kształtowanie stref funkcjonalistot-nych, przestrzeni pośrednich (struktury szklarniowe), rozmieszczenia elementów przegród akumulacyjnych, przeziernych i innych rozwiązań technicznych, mających ostateczny wpływ na formę budynku. Decyduje o przestrzenności wnętrz po stronie nasłonecznionej i zagęszczeniu wewnętrznej struktury budynku po stronie zimnej, północnej; – Strefowanie pomieszczeń w zależności od ich funkcji i czasu użytkowania

– Strefowanie termiczne polega na optymalnym wykorzystaniu ciepła, w tym pozyskiwaniu ciepła słonecznego w sposób ograniczający wymagania grzewcze w przestrzeni wewnętrznej od strony nasłonecznionej. Strefowanie termiczne i świetlne wymaga hierarchizacji elementów funkcji użytkowej budynku we-dług potrzeb grzewczych, a także zapewnienia znacznego udziału światła natu-ralnego w przestrzeni przeznaczonej na stały pobyt ludzi;

– Sezonowa zmienność podziałów termicznych – Struktura wnętrza, umożliwia-jąca ograniczenie powierzchni użytkowej o wysokim standardzie cieplnym zi-mą, a zwiększenie jej latem;

J. BIEDROŃSKA, J. FIGASZEWSKI 64

– Perforacja rzutu – Wykorzystanie przekrytych szkłem przestrzeni atrialnych do poprawy warunków oświetleniowych i cieplnych wnętrza;

– Stopień przeszklenia elewacji w odniesieniu do orientacji – Z uwagi na zyski słoneczne maksymalne przeszklenie powinno być zadysponowanie od strony południowej, a z uwagi na straty ciepła – minimalne od strony północnej; – Stosowanie przestrzeni termobuforowych – Tworzą je wydzielone przestrzenie

szklarniowe, znajdujące się zarówno po stronie nasłonecznionej, jak również zacienionej, do których nie dopływa bezpośrednio promieniowanie słoneczne. Stanowią bufor termiczny pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a mikrokli-matem wnętrza, powodując np. ograniczenie strat nagromadzonego ciepła w okresie zimy;

– Helioaktywność rozwiązań strukturalnych, będąca wynikiem ukształtowania budynku pod kątem maksymalnych zysków słonecznych, zapewniająca efek-tywność energetyczną systemu pasywnego ogrzewania słonecznego części bu-dynku.

Rys. 1. Atrium wewnętrzne. Praca stud. Edyty Wiśniewskiej, wykonana w ramach przedmiotu „Projektowanie architektury energooszczędnej” na III sem. (r.ak. 2011/2012), fot. J. Figaszewski

Pożądane efekty energetyczne mogą być osiągane dzięki wykorzystaniu zjawisk fizycznych zachodzących w budynku i jego sąsiedztwie, przy udziale podstawowych elementów struktury obiektu i komponentów addytywnych (zamocowanych do struk-tury budynku przy pomocy konstrukcji wyłącznie im przypisanych), w pełni podpo-rządkowanych wymogom energetycznym. Poszczególnym elementom przypisuje się role w strategii pasywnego ogrzewania i chłodzenia, które nabierają znaczenia zależ-nie od pór roku:

VI. Wykorzystanie schematów energetycznych w projektowaniu budynków energooszczędnych 65

a. architektoniczne osłony przezroczyste i przeświecające, odpowiedzialne za po-zyskanie energii promieniowania słonecznego dla celów grzewczych oraz dają-ce całoroczny dostęp światła dziennego. Zakres rozwiązań obejmuje: okna, przeszklone perforacje przegród, przeszklone fasady (rys. 5), struktury szklane przekryć dachowych, świetliki z regulacją stopnia zacienienia, czerpnie sło-neczne (specjalna postać uwydatnionych w obudowie świetlików, ukierunko-wanych na maksymalne zyski słoneczne, ang. sunscoops), przegrody transpa-rentno-izolujące, a w ujęciu przestrzennym: atria wewnętrzne (rys. 1 i rys. 2), pasaże, przeszklone przestrzenie buforowe i ogrody zimowe. W celu zwiększe-nia efektywności pozyskazwiększe-nia energii stosuje się powierzchnie refleksyjne (rys. 5). Przy 60% przezroczystości fasady zachowany jest zrównoważony stosunek pomiędzy otrzymywaną energią słoneczną w zimie i wykorzystaniem światła a ograniczeniem przegrzania w miesiącach letnich;

Rys. 2. Atrium wewnętrzne. Praca stud. Ewy Piszczek, wykonana w ramach przedmiotu „Projektowanie architektury energooszczędnej” na III sem. (r.ak. 2011/2012), fot. J. Figaszewski

Rys. 3. Elementy izolujące: ściany buforowe i zielony dach. Praca stud. Piotra Nowickiego, wykonana w ramach „Projektowania architektury energooszczędnej” na III sem. (r.ak.2010/2011),

J. BIEDROŃSKA, J. FIGASZEWSKI 66

Rys. 4. Magazyny ciepła w budynku. Praca stud. Bartosza Bernackiego,

wykonana w ramach przedmiotu „Projektowanie architektury energooszczędnej” na IV sem. (r.ak. 2007/2008), fot. J. Figaszewski

Rys. 5. Zaznaczenie w strukturze budynku systemów odpowiedzialnych za pozyskanie energii. Praca stud. Katarzyny Sroki, wykonana w ramach przedmiotu „Projektowanie architektury

energooszczędnej” na III sem. (r.ak. 2010/2011), fot. J. Figaszewski

b. architektoniczne elementy izolujące, zabezpieczające budynek przed stratami ciepła w zimie i zyskami w lecie. Należą do nich: zielone dachy i elewacje (rys. 3), ściany i przestrzenie buforowe umieszczone od północy, zagłębienia części budynku w gruncie (rys. 6), stałe lub ruchome elementy zacieniające (np. żalu-zje, markizy, rolety, brise-soleil), regulowane osłony termiczne (np. współcze-sne formy okiennic, ciepłochronne kotary, folie mikroperforowane, obrotowe lamele termoizolacyjne), zestawy szklane wypełnione izolacją transparentną, szkło o ograniczonej stałej lub zmiennej przepuszczalności promieniowania słonecznego;

VI. Wykorzystanie schematów energetycznych w projektowaniu budynków energooszczędnych 67

c. architektoniczne elementy o dużej pojemności cieplnej, akumulujące energię do celów grzewczych. Do tej grupy rozwiązań należą: masywne, nie izolowane termicznie przegrody wewnętrzne budynku, w tym stropy, podłogi i ściany wy-konane z tradycyjnych materiałów (np. ceramika, beton, kamień), a także lekkie przegrody zawierające materiały zmiennofazowe, ponadto zbiorniki wodne i ziemia w szklarniach, podziemne magazyny ciepła (rys. 3 i rys. 4);

d. architektoniczne elementy przeznaczone do rozprowadzeniu energii termicznej w sezonie grzewczym, a także służące wentylacji naturalnej, mającej na celu pozbycie się nadmiaru ciepła w okresie letnim. Ta grupa rozwiązań obejmuje: system kanałów w przegrodach do transportu ciepła, klapy regulujące przepływ powietrza, podwójne wentylowane fasady (rys. 5), przestrzenie buforowe w po-staci dodanej szklarni. Ważną rolę pełnią przeszklone atria wewnętrzne speł-niające rolę komina wentylacyjnego, gdzie w każdym przypadku cyrkulacja powietrza odbywa się przez otwory nawiewne umieszczone w dolnych partiach szklanych ścian i wywiewne w górnych partiach lub dachu, warunkując wenty-lację wyporową lub wentywenty-lację poprzeczną (rys. 6).

Rys. 6. Uwydatnienie w strukturze budynku komina wentylacyjnego.

Praca stud. Kamila Cierpioła, wykonana w ramach przedmiotu „Projektowanie architektury energooszczędnej” na IV sem. (r.ak. 2007/2008), fot. J. Figaszewski

Wyszczególnione komponenty energetyczne, składające się na systemy przeszkleń, magazynowania, rozprowadzenia i regulacji przepływu energii, a także systemy ochrony termicznej i przeciwsłonecznej, ujawniają się w różnych częściach budynku i współtworzą jeden organizm, odpowiedzialny za prawidłowy przebieg zachodzących w budynku procesów heliotermicznych.

J. BIEDROŃSKA, J. FIGASZEWSKI 68