ROZWIĄZANIA OBNIŻAJĄCE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ W BUDYNKACH TWORZĄCYCH ULICĘ

W porównaniu z terenem otwartym, przestrzeń ulicy ogranicza możliwości stosowa-nia rozwiązań nakierowanych na oszczędność energii i pozyskiwanie jej ze źródeł natu-ralnych. Do najpoważniejszych problemów zaliczyć można samozacienianie zabudowy, trudność jej optymalnego orientowania względem słońca, ograniczenie naturalnego wentylowania przestrzeni miejskich i budynków, tendencje do przegrzewania latem.

Powszechnie znane, „podręcznikowe” zasady kształtowania budynków energoosz-czędnych dotyczą sytuacji, w których kontekst otoczenia nie wpływa zasadniczo na uwarunkowania mikroklimatyczne. W przypadku zwartych ulic miejskich istnieje konieczność selektywnego wyboru znanych rozwiązań bądź ich modyfikowania tak, by odpowiadały indywidualnym możliwościom danej działki oraz potrzebom budyn-ków i przestrzeni miejskich. Zakres tego opracowania nie pozwala na obszerną analizę w tym zakresie. Omówiono jednak pewne kierunki, które wydają się właściwą drogą dochodzenia do rozwiązań przestrzennych dostosowanych do uwarunkowań mikro-klimatycznych ulicy.

3.1. PROFIL ULICY

Podstawowym zaleceniem dla budynków energooszczędnych jest dążenie do zwartości formy oraz wyeksponowania jej na zyski słoneczne. Układ ulicy sprzyja formom zwartym. Trudniejsze jest jednak dążenie do pasywnego pozyskiwania ener-gii cieplnej ze słońca. W przypadku głębokich kanionów ulicznych dolne partie bu-dynków czerpią ze słońca w niewielkim stopniu, nawet przy orientacji południowej. Trudno także wykorzystać możliwości formowania planu budynku tak, by otwierał się na ekspozycję południową, a elewacja północna została zminimalizowana (zasada tzw. koperty słonecznej). Podczas projektowania warto jednak rozważyć możliwości

K. ZIELONKO-JUNG 46

ukształtowania profilu pionowego ulicy w sposób zgodny z tą zasadą. Przykładowe rozwiązania pokazano na rys. 2 [1].

Rys. 2. Schematyczne przykłady różnicowania wysokości zabudowy w układzie ulicy prowadzącego do maksymalizacji zysków słonecznych

i minimalizacji strat ciepła, opracowanie własne na podstawie [1]

Korzystne może okazać się wprowadzenie asymetrii profilu ulicznego, płaszczyzn skośnych lub zaokrąglonych. Dzięki temu można „otworzyć” nawet niezbyt szeroką ulicę na słońce oraz zróżnicować powierzchnie elewacji dobrze i słabo nasłonecznio-nych na korzyść tych pierwszych (rys. 3). Powierzchnie nachylone mogą zaś posłużyć do sytuowania instalacji aktywnie pozyskujących energię słoneczną. Podobne zasady kształtowania profilu ulicy mają także znaczenie dla cyrkulacji powietrza. Rozszerza-nie ulic w górnych strefach może ograniczyć opisywane w rozdziale 2.2 trudności wentylowania wąskich ulic przy wiatrach prostopadłych.

Rys. 3. Osiedle mieszkaniowe BedZED w Londynie (proj. ZEDfactory).

Przekrój budynku ukształtowanego wg zasady tzw. koperty słonecznej w układzie pionowym, oprac. własne na podstawie [7]

IV. Uwarunkowania energetyczne budynków tworzących ulicę miejską 47 3.2. STREFOWANIE WERTYKALNE

Wytyczne do projektowania energooszczędnych budynków zalecają grupowanie po-mieszczeń wg potrzeb termicznych i świetlnych, czyli tzw. strefowanie funkcji. I tak, pomieszczenia o dużym zapotrzebowaniu na ciepło i światło (np. strefy dzienne miesz-kań) o dużych rozmiarach, powinny zajmować strefy lepiej eksponowane na słońce (południowe, zachodnie), a pomieszczenia o mniejszym zapotrzebowaniu, generujące ciepło i niewielkie, strefy gorzej nasłonecznione. W przestrzeni ulicy, zastosowanie ty-powego strefowania funkcji nie zawsze jest możliwe, zwłaszcza, gdy proporcje profilu ulicy powodują zacienienie dolnej strefy przez znaczną część dnia. W tej sytuacji rozwa-żać można różnicowanie funkcji budynków w pionie, w zależności od warunków nasło-necznienia. Dolne kondygnacje powinny mieścić funkcje niewymagające bezpośrednie-go dostępu promieniowania oraz o dużym obciążeniu termicznym. Górne kondygnacje, o znacznie większych możliwościach w zakresie pasywnego pozyskiwania energii sło-necznej, powinny mieścić funkcje związane ze stałym przebywaniem ludzi i dużych potrzebach w zakresie bezpośredniego oświetlenia światłem dziennym.

Podobna zamiana układu horyzontalnego na wertykalny dotyczyć może zasad rozmieszczania elementów przeszklonych, ukierunkowanych na pasywne pozyskiwa-nie energii słonecznej. W pozyskiwa-niezacienianych budynkach wolnostojących należy umiesz-czać duże okna i struktury szklarniowe od południa. Od wschodu i zachodu udział przeszkleń względem ścian pełnych powinien być mniejszy, a od północy powinno być ich jak najmniej. Tak, więc różnicowanie wielkości przeszkleń odbywa się na obwodzie budynku. W przypadku ulic różnicowanie to może przebiegać wertykalnie, czyli dolne strefy powinny mieć mniej okien niż górne, lepiej nasłonecznione. Analo-gicznie, zewnętrzne elementy ochrony przeciwsłonecznej (np. wysunięte części ele-wacji, okiennice, żaluzje, rolety) mogą być potrzebne jedynie w górnych pasach ścian.

3.3. NIEZALEZNOŚĆ OD ORIENTACJI

Dla budynków tworzących zwarte ulice najwłaściwsze mogą sie okazać rozwiąza-nia prowadzące do oszczędności energii, które nie wymagają określonej orientacji względem stron świata. Należą do nich te, które wykorzystują płaszczyznę dachu, a nie elewacje. W zabudowie miejskiej to właśnie dachy tworzą najkorzystniejszą płaszczyznę do sytuowania instalacji aktywnie pozyskujących energię. Są, bowiem mniej narażone na zacienianie i przesłanianie niż ściany budynków. Dachy mają także znaczenie dla możliwości stosowania elementów przestrzennych pozyskujących ener-gię z sposób pasywny i regulujących mikroklimat wnętrz budynków np. przestrzeni atrialnych i elementów kominowych. O ile prawidłowe zastosowanie atrium z prze-szkloną elewacją w budynku tworzącym ulicę jest możliwe jedynie przy właściwej orientacji względem słońca i braku zacieniania przez sąsiednią zabudowę, o tyle atrium wewnętrzne jest rozwiązaniem uniwersalnym (rys. 4).

K. ZIELONKO-JUNG 48

Orientacja budynku i stopień zacienienia jego ścian nie wpływa zasadniczo na spo-sób działania takiego atrium. Pozwala ono także na poprawę warunków oświetlenia wnętrza światłem dziennym, które w przypadku głębokich kanionów ulicznych mogą być niezadowalające.

Korzystne mogą się także okazać mało popularne w Polsce, kominy słoneczne i wieże wiatrowe. Pod względem bioklimatycznym działają podobnie jak atria, ale mają charakter zdecentralizowany, przez co mniej wpływają na układ przestrzenny budynku. Dzięki nim budynki o głębokich traktach mogą osiągnąć komfortowe wa-runki mikroklimatu wnętrza (równomierne oświetlenie światłem dziennym, naturalna wymiana powietrza) i funkcjonalną elastyczność.

Rys. 4. Przekrój przez budynek biurowy w Cambridge, (USA, proj. Behnisch & Partner) ze schematem wentylacji i oświetlenia budynku światłem dziennym (instalacja heliostatyczna na dachu i w atrium); strzałkami szarymi zaznaczono drogę pozyskiwania słonecznego promieniowania

świetlnego, czarnymi – wentylację naturalną; heliostat (1), zwierciadło (2), przeszklenie dachu atrium (3), żaluzje ruchome (4), „ściana świetlna” z żaluzjami odbijającymi światło (5), panele stalowe (6), system płytek odbijających światło (7), naturalny ruch powietrza zużytego (8), ściana dwupowłokowa z otworami wentylacyjnymi (9), elewacje z otwieranymi oknami (10), oprac. własne na podstawie [7]

Dachy są także możliwością dla ekspansji roślinności. Wprowadzanie jej na płasz-czyzny dachowe w zwartej zabudowie jest bardziej uzasadnione niż na terenach otwartych, bogatych w tereny biologicznie czynne. Oprócz wielu innych zalet, zieleń

IV. Uwarunkowania energetyczne budynków tworzących ulicę miejską 49

dachowa korzystnie wpływa na warunki termiczne budynku izolując go przed zimnem i chroniąc przed przegrzewaniem.

3.4. TECHNOLOGIA I MOŻLIWOŚCI POZYSKIWANIA ENERGII

Trudności ze swobodą orientowania budynków w układzie ulicy i ich słaba ekspo-zycja na słońce ogranicza możliwości stosowania pasywnych metod pozyskiwania energii i racjonalnego nią gospodarowania. Proste, tradycyjne zasady związane z for-mowaniem budynków, kształtowaniem ich układu przestrzenno-funkcjonalnego, roz-wiązywaniem elewacji, zdecydowanie łatwiej wykorzystać w budynkach wolnostoją-cych. W układzie ulic, zwłaszcza intensywnie zabudowanych, konieczne jest ich przekształcanie oraz uzupełnianie rozwiązaniami technologicznymi.

O ile wykorzystanie energii cieplnej słońca jest utrudnione w przestrzeniach miej-skich, o tyle stanowią one unikatowy potencjał dla wykorzystania energii wiatru. Aktu-alny stan wiedzy i dostępne technologie nie pozwalają go w pełni wykorzystać, ale jest to z pewnością obszar rozwojowy. Przejawem zainteresowania tą formą energii są pierwsze realizacje obiektów wysokościowych z turbinami wiatrowymi (np. Bahrain World Trade Center w Manamie, proj. Atkins; Pearl River Tower w Guangzhou, proj. SOM; Castle House w Londynie, proj. Hamiltons Architects). Podejmowane są także próby integrowania drobnych nieuciążliwych elementów pozyskujących wiatr (np. tur-biny o pionowej osi obrotu, elementy z materiałów piezoelektrycznych) z budynkami o niewielkiej skali.

4. PROJEKTOWANIE ENERGOOSZCZĘDNE W PRZESTRZENI ULICY