model_2_1 model_2_2 model_2_3 model_2_4 model_2_5 model_2_6
rzut
III_9.2 Wzorcowe modele zabudowy miejskiej - porównanie wydajności w pozyskiwaniu promieniowania słonecznego
Modele 2.1 - 2.6 tabela_3
Założenia
W celu skontrastowania otrzymanych w poprzednim badaniu wyników, przebadano wzorce zabudowy miejskiej, opracowane przez Leslie Martina i Lionela Marcha66 opisane wcześniej w rozdziale „II_2.9 Przestrzeń urbanistyczna - badania nad formą budynków w kontekście optymalizacji wykorzystania terenu”.
Zadaniem było sprawdzenie, który z nich zapewnia najlepszy potencjał do konwersji energii słonecznej.
Celem było wskazanie, spośród sześciu reprezentujących rożne typy zabudowy, rozwiązania optymal-nego z punktu widzenia dostępu do światła słoneczoptymal-nego. Dążono do ustalenia, która z form pawilonowa czy dziedzińcowa stwarza lepsze warunki od pozyskiwania energii słonecznej.
Wymodelowano sześć wzorców zabudowy, zgodnie z wyznacznikami Leslie Martina i Lionela Marcha.
By umożliwić obiektywną ocenę poszczególnych rozwiązań i dostosować do pozostałych kryteriów pracy, ujednolicono powierzchnię zabudowy i kubaturę. W poprzednim zadaniu badawczym wykazano, iż średnia powierzchnia zabudowy określona jako stosunek powierzchni „działki” do powierzchni za-budowanej, wynosi dla fragmentów zabudowy mieszkaniowej Poznania z różnych okresów ok. 20%.
Wykazano także, iż zabudowa śródmiejska posiada średnio pięć pięter o wysokości 3,3 m. W ten sposób wyznaczono wysokość maksymalną 16,5 m. Wraz z nią ustalono wartość kubatury dla fragmentu za-budowy, ograniczonego do wymiarów 300 x 300 m jako 297 000 m³. Na poziomych dachach budynków wymodelowano „instalację solarną” serię płaszczyzn o szerokości 2 m, odchylonych od poziomu o kąt 37°. Płaszczyzny ustawiono prostopadle do kierunku południowego. Rozstaw pomiędzy kolejnymi rzę-dami instalacji fotowoltaicznej wynosi 15,3°. Wszystkie badane wzory posiadają zatem cechy:
- powierzchnia „próbki” 300 x 300 m tj. 90 000 m²
- powierzchnia zabudowy 18 000 m² - 20 % powierzchni „próbki / działki”
66. Leslie Martin, Lionel March, 1972, Urban Space and Structures, Cambridge Univer-sity Press
III
183
model_2_7 model_2_8 model_2_9 model_2_10 model_2_11 model_2_12
rzut
- łączna kubatura budynków 297 000 m³ - wysokość maksymalna budynków 16,5 m - dachy płaskie pod kątem 0°,
- instalacja PV pod kątem 38°
- odchylenie zabudowy od kąta azymutalnego 0° -etap 1 (modele 2_1 - 2_6) - odchylenie zabudowy od kąta azymutalnego 45°- etap 2 (modele 2_7 - 2_12)
Opis wyników
Najsłabszy wynik łączny 10 927 MWh osiąga model 2_1 - typowa forma zabudowy pawilonowej o budynkach na planie kwadratu. Największa wartość energii słońca, dociera do płaszczyzn instalacji solarnej i ścian południowych w modelu 2_2 - 17 247 MWh w ciągu roku. Model 2_2 wykazuje się poza tym najlepszymi wynikami w niemal wszystkich kategoriach: płaszczyzny obudowy modelu otrzymują łącznie najwięcej energii - 454 kWh/m², mają także najmniejsze zacienienie 40,5%, ściany południowe otrzymują 553 kWh/m² przy 14,4 % zacienieniu co jest trzecim najlepszym wynikiem spośród badanych próbek. Model 2_2 pozwala na zamontowanie największej łącznej powierzchni paneli fotowoltaicznych 8 320 m². W okresie badania są ona zacieniane w zaledwie 4,0% co pozwala uzyskać 7 750 MWh co jest wynikiem najlepszym w grupie.
Pozostałe modele osiągają zbliżony do siebie wynik łączny od 15 475 do 15 785 MWh. Obiekty w za-budowie pawilonowej, a w szczególności budynki w zaza-budowie liniowej osiągają najmniejsze zacienienie ścian południowych 13,6 - 16,9% Dla zabudowy kwartałowej (modele 2_4 i 2_5) zacienianie ścian połu-dniowych jest dwukrotnie większe i wynosi 26,6 - 26,8% co należy ocenić jako niekorzystne. Najgorsze wyniki w większości kategorii otrzymuje model 2_6 - najmniejsza ilość energii docierająca do wszystkich płaszczyzn 411 kWh/m², największe łączne zacienienie 57,7%, najmniejsza wartości energii docierającej do wszystkich ścian 398 kWh/m² przy 59,5% zacienieniu. Mimo tego w modelu 2_6 ze względu na ob-szerne dziedzińce ściany południowe są najlepiej oświetlone 565 kWh/m² i najmniej zacienione 12,0%
Wnioski
Pozytywnie wyróżniają się dwa typy zabudowy - model 2_2 oraz 2_3. Mają one największy łączny potencjał pozyskiwania energii i wiodące wyniki dla większości badanych czynników. Wyróżnia się także model dziedzińcowy 2_6 o bardzo wysokiej dostępności promieni słonecznych dla ścian południowych ale nie osiągający dobrych wyników w pozostałych kategoriach.
Modele 2_7 - 2_12 tabela_4
Założenia
Badanie podzielono na 2 etapy w pierwszym (modele 2_1 - 2_6) wszystkie obiekty są zorientowanie zgodnie z kierunkami kardynalnymi. W drugim etapie (modele 2_7 - 2_12) budynki obrócono pod kątem
model_2_7
III
45° w kierunku południowo - wschodnim i południowo - zachodnim. Powodem tego zróżnicowania jest potrzeba określenia, jaki kąt azymutalny zabudowy 0° czy 45° pozwala na zwiększenie wydajności ener-getycznej. Autor ma na celu także odniesienie się do wcześniej opisywanych zalet zabudowy dzielnicy Barcelony Eixample (porównaj z rozdziałem: II_2.2 Eixample - historyczna tkanka urbanistyczna Barcelony w kontekście dostępu do światła słonecznego). W badaniach dotyczących tej dzielnicy badacze podkreślają, że oktogonalne zorientowanie zabudowy poprawia nasłonecznienie tkanki urbanistycznej [Knowels 1981, De Decker K., 2012]. Autor chciał potwierdzić czy w warunkach klimatycznych Poznania kąt azymutalny zabudowy ma wpływ na wydajność pozyskiwania energii słonecznej.
Podstawowym wynikiem poprzez, który należy porównywać poszczególne modele przestrzenne jest łączna ilość energii słonecznej docierająca do płaszczyzny południowej i dachów (ostatnia rubryka każdej z tabel). Jednakże wynik całościowy nie zawsze jest reprezentatywny, nie mówi o wszystkich aspektach badania. By obiektywnie ocenić poszczególne próbki należy prześledzić wszystkie wyniki zawarte w tabelach [patrz Rozdział IV, Wyniki badań].
Opis wyników
Dla modeli 2_7 - 2_12 wyniki są średnio aż o 26% lepsze od właściwości modeli usytuowanych równo-legle do kierunku wschód - zachód. Najlepsze wskaźniki cząstkowe w większości badanych kryteriów uzyskuje model 2_8 - forma zabudowy pawilonowej, o wydłużonych rzutach. Wraz ze zmianą kąta azymutalnego, dwukrotnie zwiększa się powierzchnia ścian południowych. Zorientowane pod kątem 45° płaszczyzny są zacieniane w zakresie 25,0 - 40,8 % a zatem niemal dwukrotnie więcej niż ściany ustawione południkowo. Najlepszy łączny wynik badania 23 620 MWh osiągnął model 2_12 - w ukła-dzie zabudowy ukła-dziedzińcowej. Wynika to z największej powierzchni ścian południowych, która w tym przypadku wynosi aż 35 112 m². W przypadku modeli 2_7 - 2_12 systemy solarne zamontowane na dachach pozyskują podobne ilości energii co związane jest z niemal jednakową ich powierzchnią i nie-mal identycznym stopniem zacieniania.
Wnioski
Dla modeli 2_1 - 2_6 najlepsze łączne wyniki osiąga model 2_2. Potwierdza to opinię większości bada-czy zajmujących się tematyką, iż najbardziej wydajne z punktu widzenia pozyskiwania energii słonecznej są formy zabudowy o rzucie prostokątnym, rozciągniętym wzdłuż osi wschód - zachód.
III
Spośród struktur2_7 - 2_12 najlepsze wyniki osiąga model 2_12. Dziedzińcowa forma zabudowy po-sadowiona pod kątem azymutalnym 45°, pozwala na uzyskanie najlepszego dla badanych form wyniku 23 628 MWh. Jest to wartość ponad dwukrotnie większa od zabudowy typu pawilonowego z budynkami o rzutach na planie kwadratu.
Nie ma konieczności kształtowania rzutów prostopadle do kierunku południowego w celu za-pewnienia wysokiej wydajności. Obrócenie zabudowy o 45° zwiększa dwukrotnie powierzchnię płaszczyzn aktywnych.
Pomimo zwiększenia ich zacieniania do ok. 35 - 50% łączna ilość dostępnej energii znacząco wzrasta.
W obu wariantach badania 0° i 45°, najbardziej efektywnym rozwiązaniem, które osiąga najlepsze wy-niki cząstkowe jest zabudowa pawilonowa o szeregu budynków na rzucie wydłużonego prostokąta.
Wyniki badań nie są jednoznaczne, trudno definitywnie ocenić i wybrać jedno rozwiązanie. Zauważyć można tendencję, iż pomimo słabych wyników cząstkowych dany model uzyskuje doskonałe rezulta-ty łączne. Wzorcowe zaś wyniki cząstkowe nie są gwarancją uzyskania najlepszego wyniku łącznego.
Zauważono, że najistotniejsze znaczenie ma wartość powierzchni wystawionej na działanie promieni słonecznych. Przy tej samej powierzchni i kubaturze zabudowy można uzyskać różnorodne powierzch-nie ścian aktywnych „południowych”. Należy stwierdzić, że model zabudowy 2_12 ma większy potencjał pozyskiwania energii, niż badane wcześniej różnorodne fragmenty zabudowy Poznania.
Duże różnice sum energii otrzymane w poszczególnych przebadanych dotąd modelach, udowad-niają jedną z tez pracy, iż kształt zabudowy ma kluczowe znaczenie w wydajności energetycznej tkanki urbanistycznej.
Daje to nadzieję na znalezienie rozwiązania optymalnego, którego wyniki będą znacząco lepsze od uzyskiwanych przez obecne formy zabudowy.