W planowaniu urbanistycznym i wspó³czesnych strategiach zrów- nowa¿onego rozwoju szczególn¹ uwagê zwraca siê na gospodarowa- nie zasobami wody pitnej, d¹¿¹c do zminimalizowania jej zu¿ycia i za- nieczyszczenia. Celem jest nie tylko ograniczenie poboru, ale tak¿e wy- korzystanie wód opadowych do ce- lów gospodarczych oraz do regulo- wania mikroklimatu budynków i osiedli1.
r¹ wodê4 rozprowadza siê grawita- cyjnie niezale¿n¹ instalacj¹ m.in. do sp³ukiwania toalet lub nape³niania zbiorników przeciwpo¿arowych (gdzie s³u¿y do zasilania zraszaczy na wypadek pojawienia siê ognia w budynku). Miêkka woda deszczo- wa doskonale nadaje siê równie¿ do prania oraz mycia samochodów jako
„bezpieczny i oszczêdny ekwiwalent wody pitnej”5, która w procesie uzdatnienia staje siê twardsza i wy- maga wiêcej detergentów.
Ponadto, zatrzymanie deszczów- ki na dzia³ce w znaczny sposób redukuje parametry sieci i obni¿a koszty oczyszczania œcieków komu- nalnych. Alternatyw¹ dla budowy kanalizacji burzowej jest tu infiltra- cja wód opadowych na dzia³ce6, co w skali miasta przynosi wymierne efekty ekonomiczne. Utrzymanie lo- kalnej retencji w znacznym stopniu zapobiega wahaniom poziomu lustra wody gruntowej, a co za tym idzie – przyczynia siê do zachowania pier- wotnych (sprzed etapu inwestowa- nia), terenowych warunków hydro- geologicznych. Minimalna ingerencja w stosunki wodne oznacza minimal- ne zagro¿enie dla œrodowiska natu- ralnego.
Ze wzglêdu na istnienie wielu zanieczyszczeñ i wahaj¹ce siê pH, rury instalacyjne dla wody szarej po- winny byæ odporne na dzia³anie agre- sywnych zwi¹zków chemicznych i rozpuszczonych tlenków metali.
Najbardziej odpowiednim do tego celu materia³em jest nierdzewna,
Woda w s¹sie dztwie nowoczesnych budynków
Wykorzystanie wody deszczowej
Badania prowadzone w typo- wych gospodarstwach domowych i budynkach biurowych wykaza³y, ¿e zaledwie 40% wody uzdatnionej pobieranej z sieci miejskiej wykorzys- tuje siê do konsumpcji2, za to a¿ 33%
trafia do kanalizacji przy sp³ukiwa- niu toalet. Sk³oni³o to inwestorów i projektantów do poszukiwania roz- wi¹zañ, ograniczaj¹cych zu¿ycie wo- dy pitnej, któr¹ w ponad 50% mo¿- na zast¹piæ wod¹ nieuzdatnion¹.
W strefie klimatu umiarkowa- nego, gdzie w cyklu rocznym spoty- kamy siê ze zmienn¹ intensywnoœci¹ opadów, podjêto udane próby wyko- rzystania wody deszczowej. Jej po- tencjalne zasoby szacuje siê na pod- stawie danych meteorologicznych i powierzchni dachów budynków, a nastêpnie gromadzi w czasie inten- sywnych opadów w cysternach, umieszczanych w najwy¿szych par- tiach budynku i pod ziemi¹3. Tê sza-
Water and
Modern
Buildings
chromoniklowa stal. Wi¹¿e siê to tak-
¿e z koniecznoœci¹ monta¿u specjal- nej ceramicznej armatury ³azienko- wej i niestandardowymi parametrami kanalizacji. Koszty wykonania takich instalacji s¹ wiêc wysokie i znajduj¹ uzasadnienie tylko przy odpowied- nio du¿ych realizacjach7.
Gromadzona woda deszczowa s³u¿y równie¿ do podlewania zieleni znajduj¹cej siê w budynku, zw³asz- cza podczas upalnych i suchych mie- siêcy, kiedy wykorzystuje siê j¹ do regularnego nawadniania ocieniaj¹- cych budynek drzew i krzewów.
Rozwi¹zania tego typu zastoso- wano w osiedlu mieszkaniowym z lat 80., w berliñskiej dzielnicy Kreu- zberg8. Zespó³ budynków, który po- wsta³ w ramach projektu: Block 6 – integrated water concept, wyposa¿o- no w niezale¿n¹ instalacjê wodn¹.
W ³azienkach zamontowano osz- czêdne sp³uczki (3 lub 6 l), a dziêki wodomierzom zaczêto rozliczaæ gos- podarstwa domowe w sposób indy- widualny9. Pompa cieplna odzysku- je do celów grzewczych wiêkszoœæ energii ze zu¿ytej ciep³ej wody (zmy- wanie naczyñ, pranie), któr¹ nastêp- nie poddaje siê obróbce w oczysz-
czalni biologicznej znajduj¹cej siê na terenie kompleksu. Stopieñ uzdat- nienia wody jest wystarczaj¹cy, aby mo¿na ni¹ sp³ukiwaæ toalety i podle- waæ zieleñ na terenie osiedla. W cen- trum zabudowy znajduje siê brodzik dla dzieci i system po³¹czonych ze sob¹ oczek wodnych, zasilanych deszczówk¹ zbieran¹ z terenu i z da- chów budynków. Znaczna powierzch- nia akwenów we wnêtrzu kwarta³u wp³ywa ³agodz¹co na mikroklimat, szczególnie w gor¹ce, letnie dni.
W wyniku zastosowanych roz- wi¹zañ technicznych osi¹gniêto nie- mal 50% redukcjê zu¿ycia wody pit- nej. Osiedle zrealizowane przez Öko Inc. jest pierwszym przyk³adem zra- cjonalizowania gospodarki wodnej w skali miejskiego kwarta³u. Analo- giczne, bardziej zaawansowane tech- nologicznie rozwi¹zania pojawi³y siê w latach 90., np. w Centrum Inno- wacyjnych Technologii Proekolo- gicznych w Berlinie10 (arch. B.A.E.R.
Landschaftarchitekten, 1996) lub w kwartale 103 w dzielnicy Kreu- zberg (inw. Land Berlin, 199211).
Nie mniej ciekawy pod tym wzglêdem jest zespó³ mieszkaniowy w Kronsberg – wzniesiony na wzgó-
rzu przyleg³ym do terenów targo- wych EXPO 2000 w Hanowerze. Ze wzglêdu na walory krajobrazowe i wysok¹ jakoœæ gleb uprawnych, zabudowê ograniczono tylko do za- chodniego stoku. Naturalne ukszta³- towanie powierzchni pozwala tu na odpowiednie odwodnienie, bez bu- dowy kosztownej infrastruktury pod- ziemnej i ingerowania w rzeŸbê te- renu. U stóp wzgórza znajduje siê szeroki na 16-25 m pas zieleni, który przejmuje namiar sp³ywów po- wierzchniowych z terenu osiedla. Do systemu zagospodarowania wody deszczowej nale¿y tak¿e zespó³ ogól- nodostêpnych terenów rekreacyjnych:
parków, placów i boisk szkolnych.
Piêciu pasom zieleni, przecinaj¹cym osiedle, towarzysz¹ cieki, strumyki i wy³o¿one kamieniami rynny, sk¹d nadmiar wody przelewa siê przez progi i wp³ywa do oczek wodnych.
Tarasowy uk³ad u³atwia odbiór desz- czówki, uskoki umo¿liwiaj¹ jej prze- p³yw w naturalnych zag³êbieniach terenu, ró¿nice poziomów zazwy- czaj pokonuje siê tworz¹c atrakcyj- ne kaskady. Autorom koncepcji kra- jobrazowo-urbanistycznej (arch.
Atelier Dreiseitl, 1991) szczególnie zale¿a³o na tym, aby walorom u¿yt- kowym i sprawnoœci systemu towa- rzyszy³o tak¿e zwiêkszenie œwiado- moœci ekologicznej mieszkañców.
Na zakoñczeniach poszczególnych odcinków retencyjnych znajduj¹ siê wiêc przestrzenie publiczne: parki i skwery, gdzie cieki wodne zyskuj¹ szczególn¹ oprawê – wydzielone
Hannover. W osiedlu Kronsberg drobne tamy w rowach odprowadzaj¹cych wodê opóŸniaj¹ jej sp³yw do podziemnych zbiorników i u³at- wiaj¹ przesi¹kanie do gleby.
Small dykes in drainage ditches in Kronsberg housing estate delay water flow to the subter- ranean tanks and facilitate the process of soil irrigation.
miejsce w posadzce placu, atrakcyj- nie obudowane koryta i starannie obsadzone zieleni¹ miejsca wodnych gier i zabaw dla najm³odszych.
System powierzchniowego od- wodnienia w Kronsberg funkcjonuje skuteczne tak¿e przy intensywnych opadach deszczu. Sp³ywy powierzch- niowe z terenów zielonych s¹ gro- madzone oddzielnie; natomiast woda zbierana z ulic podlega proce- som wstêpnego oczyszczenia zanim zostanie skierowana w ogólny nurt12. Opady z terenu szko³y podstawowej w Kronsberg gromadzone s¹ w zbior- nikach i wykorzystywane do sp³uki- wania toalet i podlewania zieleni13. Choæ w czasie d³u¿szych okresów suszy i upa³ów mo¿e dojœæ do wysy- chania pojedynczych strumieni, to jednak oczka wodne i mniejsze, oto- czone zieleni¹ zbiorniki pozostaj¹ nadal wype³nione.
Program dotycz¹cy wykorzysta- nia wody deszczowej zosta³ rozsze- rzony tak¿e na s¹siaduj¹ce tereny Wystawy Œwiatowej EXPO14. Mode- lowe symulacje wykaza³y, ¿e po za- koñczeniu wszystkich inwestycji przewidzianych w rejonie Kronsberg, oszczêdnoœci wody pitnej siêgn¹ ok.
100 000 m3 rocznie.
Nie wszystkie przedsiêwziêcia okazuj¹ siê równie udane. Projekt zespo³u mieszkaniowego Küppers- busch15 w Gelsenkirchen, wy³onio- ny w drodze konkursu ju¿ w 1990 r.
(arch. Szyszkowitz & Szyszkowitz), zak³ada³ wysoki standard rozwi¹zañ funkcjonalnych i ekologicznych, jak
wszystkie inwestycje realizowane w ramach Miêdzynarodowej Wysta- wy Budownictwa (IBA) Emscher Park.
Szczególnie ciekawy wydawa³ siê zaproponowany przez projektantów nowatorski system odprowadzenia wody deszczowej napowietrznym systemem rynien. Pierwotne zamie- rzenia zosta³y jednak zniweczone przez samego inwestora, który reali- zacjê osiedla powierzy³ kilku zespo-
³om architektonicznym. Poszczególne czêœci by³y realizowane oddzielnie, bez nadzoru architekta krajobrazu;
brak koordynacji dzia³añ spowodo- wa³ zaœ powa¿ne b³êdy przy tworze- niu systemu odwodnienia. Kosztowne, aluminiowe rynny nie funkcjonuj¹ tak, jak przewidywa³y projekty. Cen- tralny obszar retencyjny – soczewko- wy plac wewn¹trz zabudowy – jest za ma³y i nie spe³nia wymogów dla tego typu powierzchni. Zespó³ miesz- kaniowy w Küppersbusch ju¿ w mo- mencie wybudowania sta³ siê sensa- cj¹, jednak nie z powodu systemu odwodnienia, lecz ze wzglêdu na kontrowersyjne stalowe konstrukcje wsporcze rynien.
Inne inicjatywy, w których ustrze¿ono siê b³êdów niemieckiej realizacji, by³y podejmowane tak¿e na kontynencie amerykañskim. Pro- jekt Toronto Healthy House jest jed- n¹ z wielu, dobrze udokumentowa- nych inwestycji16.
Stabilizacja temperatury wewn¹trz budynków
Zasoby wodne mog¹ byæ tak¿e wykorzystywane do regulowania mikroklimatu budynków. Ch³odzenie przez parowanie lub wspomaganie zdolnoœci akumulacyjnych konstruk- cji – to jedne z bardziej popularnych sposobów niekonsumpcyjnego wy- korzystywania wody. W ograniczo- nym zakresie mog¹ one konkurowaæ z energoch³onn¹ klimatyzacj¹ jako alternatywne techniki ch³odzenia.
Ju¿ w czasach antycznych doceniono znaczny wp³yw du¿ych, otwartych zbiorników wodnych na obni¿enie temperatury i wzrost wil- gotnoœci w ich bezpoœrednim s¹- siedztwie. W budynkach i ich otocze- niu lokalizowano baseny, fontanny
Gelsenkirchen. W osiedlu Küppers- busch rynnom zbieraj¹cym wodê opa- dow¹ z budynków towarzysz¹ rowy odprowadzaj¹ce wodê z pozosta³ego terenu.
Küppersbusch housing estate. Gutters drain rainwater from buildings and drainage ditches from open areas.
Europie w XIX wieku zaczêto stoso- waæ systemy tzw. centralnego ogrze- wania, wykorzystuj¹ce zdolnoœæ wody do akumulacji znacznych iloœ- ci energii. Woda sta³a siê popular- nym medium, które s³u¿y³o do dys- trybucji ciep³a w budynkach18. Wspó³czeœnie, odwracaj¹c sposób pracy instalacji grzewczych, woda sta- je siê jednym z g³ównych mediów wy- korzystywanych do ch³odzenia bu- dynków.
Akumulacja ciep³a w wodzie.
Woda jako czynnik ch³odz¹cy
Lustrzane œciany sta³y siê wspó³- czeœnie nieod³¹cznym elementem miejskiego krajobrazu. Siêgaj¹ce chmur budynki pokryte s¹ hektarami refleksyjnego szk³a. Fascynacja szkla- nym mitem mia³a wiele Ÿróde³. Szkla- ne budynki, pozornie uwolnione od ciê¿aru, nie przygniataj¹c ziemi, lecz unosz¹c nad ni¹, g³osi³y zwyciêstwo ludzkiego ducha nad materi¹. Wczo- rajsze cywilizacje zniewoli³y cz³owie- ka, odgradzaj¹c go od natury ciê¿ki- mi, pe³noœciennymi murami19.
Przeszklone fasady tylko pozor- nie uwalnia³y cz³owieka od wielu doczesnych problemów. Zwiêksze- nie powierzchni przeszkleñ wi¹za³o siê z akumulacj¹ znacznych iloœci ciep³a (efekt szklarniowy) i, co za tym idzie, przegrzewaniem pomiesz- czeñ, które wymaga³y dodatkowego ch³odzenia. W obawie przed nie- przewidzianymi zjawiskami cieplno- -wilgotnoœciowymi, twórcy syste- mów regulacji mikroklimatu budyn- ków doprowadzili do uszczelnienia fasad i wyeliminowania przewie- trzania.
i kaskady. Intensywnie paruj¹ca wo- da obni¿a³a temperaturê wnêtrza, wp³ywaj¹c korzystnie na mikroklimat w obrêbie zabudowy. Przegl¹d tych historycznych rozwi¹zañ dostarczyæ mo¿e fascynuj¹cych inspiracji dla wspó³czesnych architektów17. O ran- dze, jak¹ nadawano temu proble- mowi, niech œwiadczy fakt, i¿ w ar- chitekturze staro¿ytnego Rzymu, szafowano wod¹ hojnie, mimo ogra- niczonych zasobów. W pó³nocnej
Gelsenkirchen. Dziêki integracji prze- szklonej œciany Parku Nauki ze sztucznym akwenem, woda stabilizuje klimat we wnê- trzu i otoczeniu budynku.
The glazed wall of the Park of Science has been integrated with an artificial pond; the presence of the water reservoir helps stabi- lize climatic conditions inside and around the building.
Wykorzystanie zasobów wód
powierzchniowych i podziemnych
Woda mo¿e s³u¿yæ do rozpro- wadzania nie tylko ciep³a w zimie, ale i ch³odu w lecie. W instalacji cen- tralnego ogrzewania do podgrzania wody wykorzystuje siê piece; w in- stalacji centralnego ch³odzenia ko- nieczne jest wykorzystanie systemów obni¿aj¹cych temperaturê, podob- nych do tych, stosowanych w cen- tralach klimatyzacyjnych. Wobec znacznej energoch³onnoœci tego typu urz¹dzeñ poszukuje siê jednak roz- wi¹zañ alternatywnych.
Zastosowanie wody jako p³yn- nego medium jest niew¹tpliwie ko- rzystniejsze z punktu widzenia ochro- ny œrodowiska i ze wzglêdu na ograniczenie zu¿ycia energii ni¿ po- s³ugiwanie siê powietrzem. Woda charakteryzuje siê wiêksz¹ pojemnoœ- ci¹ ciepln¹, do jej rozprowadzenia u¿ywa siê przewodów o zdecydowa- nie mniejszych rozmiarach, a ponad- to mo¿e kr¹¿yæ w obiegu zamkniê- tym, podczas gdy zu¿yte powietrze, zanieczyszczone CO2 i odorami, nie mo¿e zostaæ ponownie wprowadzo- ne do wnêtrz.
Efektywnym rozwi¹zaniem jest wykorzystanie du¿ych zbiorników naturalnych o sta³ej, niskiej tempe- raturze, z których czerpie siê wodê.
Jako czynnik ch³odz¹cy – woda aku- muluje ciep³o i zastêpuje energo-
ch³onne, elektryczne urz¹dzenia ch³odnicze, niebezpieczne dla œro- dowiska ze wzglêdu na stosowane freony. Po nieznacznym podgrzaniu w instalacjach budynków woda po- wraca do naturalnych akwenów. Je- ziora, rzeki i morskie zatoki charak- teryzuj¹ siê znaczn¹ pojemnoœci¹ ciepln¹20, jednak ich eksploatacja nie jest w pe³ni bezpieczna. Nawet nie- znaczny wzrost temperatury wody mo¿e przyczyniæ siê do niekontrolo- wanego rozwoju flory, szczególnie alg i wodorostów, co w konsekwencji prowadzi do defi-
cytu tlenu i maso- wego œniêcia ryb.
W du¿ych zbior- nikach równowa- gê hydrotermicz- n¹ utrzymuje siê dziêki naturalnym zjawiskom infiltra- cji, sp³ywów po- wierzchniowych i parowania. De-
cyzja o zastosowaniu okreœlonego roz- wi¹zania, wymaga odpowiednich ba- dañ hydrogeologicznych i oszacowañ mo¿liwego wp³ywu na ekosystem.
Podobnie wykorzystywane s¹ równie¿ sztuczne akweny. Zbiorniki w centrach miast maj¹ zwykle nie- wielk¹ objêtoœæ i powierzchniê.
Chc¹c zwiêkszyæ intensywnoœæ ch³o- dzenia – instaluje siê fontanny, kaska- dy i wodotryski, gdy¿ nieustanny prze- p³yw obni¿a temperaturê nie tylko wody, ale tak¿e powietrza w s¹siedz- twie budynków. Praca pompy wyma-
ga co prawda poboru energii, jednak-
¿e zu¿ywa jej znacznie mniej ni¿ kon- wencjonalna klimatyzacja, przy ana- logicznej sprawnoœci dzia³ania.
Rozwi¹zanie oparte na wyko- rzystaniu wód morskich zosta³o zre- alizowane w macierzystej siedzi- bie Hongkong Banku. Podczas budo- wy obiektu wykonano podwójny ka- na³ prowadz¹cy od znajduj¹cej siê w podziemiach budynku centrali kli- matyzacyjnej do pobliskiej zatoki hongkoñskiej. Jednym z kana³ów czerpie siê zimn¹ wodê morsk¹ (ok.
1000 l/s) do ch³odzenia powietrza w systemie klimatyzacyjnym budyn- ku. Po ogrzaniu powraca ona do akwenu drugim kana³em. Inwestycja zwróci³a siê w ci¹gu 10 lat, ponie- wa¿ w budynku nie musia³a powsta- waæ konwencjonalna klimatyzator- nia, która zajê³aby ok. 2300 m2 21. W obawie o zachwianie równowagi ekosystemu projektanci zwrócili siê o opiniê do fachowców: Byliœmy nie- co zaniepokojeni potencjaln¹ kata- strof¹ ekologiczn¹, jaka mog³aby siê wydarzyæ w obrêbie zatoki, wiêc Przeszklone fasady tylko pozornie uwalnia³y cz³owieka od wielu doczesnych problemów. Zwiêkszenie powierzch- ni przeszkleñ wi¹za³o siê z akumulacj¹ znacznych iloœci ciep³a (efekt szklarniowy) i, co za tym idzie, przegrze- waniem pomieszczeñ, które wymaga³y dodatkowego ch³odzenia. W obawie przed nieprzewidzianymi zjawis- kami cieplno-wilgotnoœciowymi twórcy systemów regu- lacji mikroklimatu budynków doprowadzili do uszczel- nienia fasad i wyeliminowania przewietrzania.
zatrudniliœmy specjalistów z British Hydraulic Research Institute, aby przeprowadzili cykl symulacji i te- stów. W wyniku tych badañ zrzut odpadowej ciep³ej wody zosta³ zlo- kalizowany w pobli¿u przystani. Co osiem minut z przystani odp³ywaj¹ promy i dziêki temu osi¹gamy ca³- kowite wymieszanie wody w akwe- nie portu, bez ponoszenia ¿adnych dodatkowych kosztów22.
Eksploatacja wód powierzch- niowych i podskórnych wi¹¿e siê ze znacznymi wydatkami ponoszonymi przez inwestorów, uniezale¿nia ich jednak od dostawców energii i wa- hañ cen, ogranicza koszty ch³odze- nia budynku w lecie i zmniejsza za- nieczyszczenia œrodowiska, przez ograniczenie wykorzystania standar- dowej klimatyzacji. Jak ka¿de dzia-
³anie cz³owieka, tak¿e nowatorskie, energooszczêdne metody ch³odzenia
budynków nie pozostaj¹ obojêtne dla równowagi w œrodowisku zewnêtrz- nym. Wykorzystanie wód powierzch- niowych powinno siê wiêc poprze- dzaæ dok³adnymi analizami wp³ywu na ekosystem.
parowanie powierzchni wody sto- j¹cej (baseny, oczka wodne), parowanie wody rozproszonej (fontanny, wodotryski, kaskady), parowanie wody w postaci aero- zolu,
parowanie zmoczonych, wilgot- nych powierzchni25.
Ch³odzenie przez parowanie wody
Zjawiskiem znanym i powszech- nym jest te¿ ch³odzenie przez paro- wanie cieczy. Wspó³czeœnie prze- prowadza siê wiele eksperymentów i badañ, aby w pe³ni je wykorzystaæ w profesjonalnych urz¹dzeniach kli- matyzacyjnych23.
Podczas parowania temperatu- ra cieczy obni¿a siê, poniewa¿ pra- ca zwi¹zana z rozluŸnieniem si³ spa- jaj¹cych poszczególne cz¹steczki wody „wykonywana jest kosztem energii wewnêtrznej”24. Ubytek ener- gii uzupe³nia siê z otoczenia: z po- wietrza, œcian zbiorników lub p³asz- czyzn, po których sp³ywa woda.
Ciep³o zostaje wrêcz wyssane z po- wierzchni, które maj¹ bezpoœredni¹ stycznoœæ z paruj¹c¹ ciecz¹.
We wspó³czesnych technolo- giach wykorzystuje siê ten znany od dawna mechanizm w nowy, niespo- tykany dot¹d sposób. Ch³odzenie budynków jest szczególnie efektyw- ne w klimatach gor¹cych i suchych, o niskiej wilgotnoœæ powietrza. Nie mniej wymierne wyniki osi¹ga siê tak¿e w strefach umiarkowanych. Ist- niej¹ ró¿ne typy wykorzystywania parowania wody:
Regulacja
mikroklimatu w s¹siedztwie budynków
Na potrzeby lokalnego obni¿e- nia temperatury najczêœciej wykorzys- tuje siê otwarte baseny, fontanny i kas- kady. Wa¿nymi czynnikami, które decyduj¹ o skutecznoœci wybranych rozwi¹zañ s¹ rozmiary zbiorników, ich lokalizacja w stosunku do kierun- ków œwiata i powi¹zanie z zieleni¹26. Drzewa daj¹ koj¹cy cieñ, wp³ywa- j¹c na zmniejszenie iloœci ciep³a, któ- re gromadzi siê w budynkach. Base- ny mog¹ tak¿e oddzia³ywaæ na mikro- klimat wnêtrz przez och³adzanie po- wietrza znajduj¹cego siê w bezpo- œrednim s¹siedztwie okien, loggi czy balkonów. Lokalizuje siê je w otwar- tych atriach i wzd³u¿ œcian budyn- ków tak, aby ch³odniejsze powietrze mog³o nap³ywaæ do wnêtrz przez okna.
W systemach podwójnych fa- sad stosuje siê fosy umieszczane u podnó¿a budynków, w miejscach zlokalizowania czerpni. W¹skie zbior- niki i rynny z wod¹ pe³ni¹ funkcjê
Hannover, EXPO 2000. Woda ch³o- dzi³a wnêtrze pawilonu Islandii sp³y- waj¹c po brezentowej pow³oce.
Interior of the Icelandic pavilion was cooled off by water flowing down the canvas coating.
filtra uzdatniaj¹cego: przechwytuj¹ czêœæ zanieczyszczeñ, obni¿aj¹ tem- peraturê i podnosz¹ wilgotnoœæ su- chego powietrza.
Zjawiskiem niepo¿¹danym, któ- re towarzyszy odbieraniu ciep³a z oto- czenia przez baseny i fontanny, jest wzrost wilgotnoœci wzglêdnej nawet do 62%. Zwiêksza ono odczucie dys- komfortu zarówno przy wysokich, jak i przy niskich temperaturach27. Istot- ne jest wiêc stworzenie systemu, w którym okreœlona iloœæ paruj¹cej wody dawa³aby maksymalny spadek temperatury, przy jednoczesnym naj- mniejszym wzroœcie wilgotnoœci po- wietrza. Systemy ch³odzenia przez parowanie charakteryzuj¹ siê znacz- n¹ sprawnoœci¹. Szacuje siê, ¿e z 1 m2 wyparowuje ok. 0,1-0,2 kg wody w ci¹gu godziny, a to umo¿li- wia odprowadzenie ciep³a w iloœci od 65 do 135 W/m2/h. By uzyskaæ te same rezultaty przy u¿yciu konwen- cjonalnej klimatyzacji, nale¿a³oby zu¿yæ od 3 do 5 razy energii wiêcej.
Ró¿ne próby zastosowania tych systemów spotyka siê tak¿e krajach równikowych. Jedna z najprostszych metod polega na umieszczaniu du-
¿ych, otwartych basenów na da- chach budynków, zw³aszcza w ni- skich obiektach o du¿ej powierzchni przekrycia. Woda intensywnie paruje odbieraj¹c ciep³o od œcian zbiorni- ka. Wewn¹trz pomieszczeñ odczu- walny staje siê efekt stropu ch³o- dz¹cego, bowiem betonowe dno zbiornika poch³ania ciep³o z wnêtrza budynku. Sprawnoœæ systemu zale¿y
od naturalnej wilgotnoœci wzglêdnej powietrza i w praktyce ogranicza siê niestety jedynie do kilku godzin w ci¹gu dnia. Mimo to baseny op³a- ca siê stosowaæ tak¿e w wy¿szych obiektach. Prekursorem tego typu rozwi¹zañ jest malezyjski architekt Keneth Yeang. Otwarte zbiorniki wodne pojawiaj¹ siê te¿ w realiza- cjach i koncepcjach innych projek- tantów, np. Menara Messinga (1992).
W przypadku fontann istotny jest sposób rozpraszania wody. Du¿a liczba drobnych kropel ma wiêksz¹ powierzchniê wymiany ciep³a z oto- czeniem ni¿ lustro wody w basenie, dlatego te¿ poszukuje siê takich me- tod rozpraszania wody, które zapew- ni¹ najbardziej skuteczny odbiór cie- p³a. Ich wdro¿enie wymaga jednak znacznych inwestycji: konieczne jest przygotowanie odpowiednio szczel- nej instalacji oraz urz¹dzeñ uzdat- niaj¹cych deszczówkê. Mimo to, w budownictwie mieszkaniowym w Europie po³udniowej nie brak przy- k³adów stosowania takich systemów w po³¹czeniu z naturaln¹ wentylacj¹.
Wykorzystuje siê np. zmodyfikowa- ne porêcze balkonów z tryskaczami rozpraszaj¹cymi wodê na ca³ej wy- sokoœci elewacji. Paruj¹c poch³ania ona znaczne iloœci ciep³a. Powietrze w bezpoœrednim s¹siedztwie budyn- ku staje siê wiêc ch³odniejsze, a na- turalna wentylacja mieszkañ przez otwarte okna i drzwi balkonowe ob- ni¿a temperaturê wnêtrz.
W ci¹gu ostatniej dekady znacz- nie zaawansowano prace nad dzia-
³aniem tego typu systemów ch³odz¹- cych. Jedno z pierwszych rozwi¹zañ pojawi³o siê w pawilonie francu- skim28, na wystawie œwiatowej Expo w Sewilli w 1992 roku. W strefie wejœciowej, pod zadaszeniem umiesz- czono kilkanaœcie dysz rozpylaj¹- cych wodny aerozol. W tej postaci woda tak intensywnie absorbuje cie- p³o, ¿e osoby znajduj¹ce siê pod aerozolow¹ chmur¹, odczuwaj¹ je- dynie ch³ód, a nie wilgoæ. Rozwi¹- zanie to okaza³o siê jednym z naj- bardziej skutecznych systemów regulacji mikroklimatu nie tylko w otoczeniu budynku, lecz tak¿e – poœrednio – w jego wnêtrzu.
Regulacja mikroklimatu budynków.
Woda na fasadach
Na tej samej wystawie zapre- zentowano kilka interesuj¹cych przy- k³adów ch³odzenia budynków przez nawil¿ane pow³oki. Zastosowanie wilgotnych tkanin jest znane od wie- ków (np. w krajach o gor¹cym, su- chym klimacie czêsto spotyka siê mokre zas³ony wieszane w oknach po nas³onecznionej stronie budynku).
Podobn¹ zasadê zastosowano w pa- wilonie holenderskim (arch. M.
Zwarts, R. Jansma, 1992)29. Ca³y bu- dynek zosta³ os³oniêty gêstymi siat- kami z tworzywa sztucznego (oczko ok. 2-5 mm)30. Po p³achtach, naprê-
¿onych na stalowym stela¿u, sp³ywa-
³a woda. Dziêki napiêciu powierzch- niowemu cienka warstewka cieczy rozpina³a siê na niewielkich oczkach siatki, podobnie jak krople, które zatrzymuj¹ siê na zmoczonym kuchennym sicie. Nieodparowana woda sp³ywa³a do rynny opasuj¹cej budynek w poziome terenu i powra- ca³a do obiegu zamkniêtego. Dziêki zastosowaniu polimerowych siatek stworzono niemal skóropodobn¹ ele- wacjê – przeponê przepuszczaln¹ dla powietrza. Ch³odzenie przez paro- wanie w suchym klimacie sprawdzi-
³o siê znakomicie. Pomys³ spotka³ siê z uznaniem i zosta³ wykorzystany po- nownie w Pawilonie Holenderskim (arch. MVRVD, 2000) na wystawie œwiatowej w Hanowerze.
Architekci ju¿ w latach 60. kon- sekwentnie d¹¿yli do wykorzystania wszystkich mo¿liwoœci ch³odzenia przez parowanie. Inspiracj¹ dla pro- jektantów sta³a siê popularna w kra- jach Afryki Pó³nocnej niecodzienna metoda ch³odzenia hal stalowych krytych blach¹ trapezow¹. Wszêdzie tam, gdzie by³y dostêpne zasoby wody przemys³owej (niezdatnej do u¿ytku spo¿ywczego) wykorzystywa- no j¹ do ch³odzenia, przepompowu- j¹c j¹ na dachy i rozprowadzaj¹c wzd³u¿ kalenicy za pomoc¹ perforo- wanych rur. Skutecznoœæ systemu by³a zaskakuj¹ca. Woda parowa³a tak intensywnie, ¿e w ogóle nie do- ciera³a do podstawy budynku. Iloœæ ciep³a gromadz¹cego siê w blasza- nych halach redukowano nawet do
Hannover, EXPO 2000. Sch³adza- ne wod¹ œciany pawilonu holender- skiego tworzy³y skóropodobn¹ ele- wacjê, przepuszczaln¹ dla powie- trza.
Water-cooled walls of the Dutch pavilion created a skin-like mem-
60%, przy ustabilizowanym pozio- mie nasycenia powietrza par¹ wod- n¹31. W ten sposób uda³o siê wyeli- minowaæ trudny do przewidzenia wzrost wilgotnoœci w budynku i ogra- niczon¹ mo¿liwoœæ regulowana tem- peratury32. W Stanach Zjednoczo- nych i Indiach ju¿ od 50 lat stosuje siê systemy pomp, rurek i tryskaczy rozprowadzaj¹cych wodê, znane pod nazw¹ handlow¹ ch³odny dach (ang.: cool roof )33.
Jedno z pierwszych pó³nocno- europejskich rozwi¹zañ, w którym zastosowano metodê ch³odzenia przez natryskiwanie wody, wdro¿o- no w Wielkiej Brytanii w 1970 roku.
W Hemmel Hampsted powsta³o tym- czasowe biuro dla firmy Computer Technology (arch. Foster Associates, 1970). By³o to rozwi¹zanie prowizo- ryczne, przewidziane na ograniczo- ny czas funkcjonowania. Foster po- s³u¿y³ siê pow³ok¹ pneumatyczn¹ – rêkawem o rozmiarach 30 x 70 m wykonanym z PCV wzmacnianym nylonem (Swedish Polydrom). Trzy zespo³y wentylatorów nieustannie wt³acza³y do budynku niewielk¹ iloœæ powietrza, zapewniaj¹c utrzymanie odpowiedniego kszta³tu nadêtej po- w³oki34. Na zewn¹trz budynku, wzd³u¿ jego œcian, u³o¿ono zwyk³e wê¿e ogrodnicze ze zraszaczami.
W s³oneczne dni na beczkowat¹ po- w³okê budynku natryskiwano wodê, która paruj¹c odbiera³a ciep³o zgro- madone we wnêtrzu. W zale¿noœci od temperatury regulowano iloœæ dostar- czanej wody. System dzia³a³ bardzo
dobrze, prosta i niedroga metoda po- zwala³a na utrzymanie niemal kom- fortowych warunków, obiekt zaœ – choæ zaprojektowany na rok, funkcjo- nowa³ prawie przez 20 lat.
Analogiczne rozwi¹zanie zasto- sowano tak¿e w pawilonie Islandii (arch. Árni Páll Jôhannsson, 2000), podczas wystawy EXPO 2000. Tam, brezentowa, nieprzepuszczalna po- w³oka budynku by³a stale zwil¿ana sp³ywaj¹c¹ po niej wod¹. Ciemno- niebieska przepona przepuszcza³a niewiele œwiat³a dziennego do wnê- trza, pozwalaj¹c jednak na wyekspo- nowanie wodnych p³aszczyzn, a co za tym idzie osi¹gniêcie wyj¹tkowe- go wyrazu plastycznego.
W podobny sposób poradzili sobie z problemem nadmiernych iloœ- ci ciep³a twórcy Glass Hall w Lipsku – architekci ze spó³ki von Grekan, Marg + Partners (1995). Ta wielka hala targowa akumuluje podczas upa³ów ogromn¹ iloœæ energii cieplnej. Na 250-metrowej elewacji zastosowano system kombinowany, ³¹cz¹c ¿aluzje przeciws³oneczne nanoszone na ta- fle metod¹ spiekania35 z jednocze- snym zraszaniem zewnêtrznej czêœci szklanej pow³oki. Dziêki temu tem- peratura wewn¹trz budynku bêdzie o 4o C ni¿sza ni¿ temperatura powie- trza na zewn¹trz.
Do zraszania elewacji wod¹ wykorzystano typowe tryskacze prze- ciwpo¿arowe, zamontowane na sta- lowej konstrukcji, do której podwie- szona jest szklana pow³oka hali.
Równomierne zroszenie wod¹ ca³ej
konstrukcji mo¿e jednak wymagaæ nawet 25 m3/h i w³aœnie dla takiej iloœ- ci zaprojektowano instalacjê zasila- j¹c¹. Poza wod¹ z wodoci¹gów prze- widziano tak¿e zasilanie deszczówk¹, zbieran¹ w betonowych cysternach w czasie ca³orocznych opadów.
Pawilon brytyjski na Wystawie Œwiatowej w Sewilli
Organizacja œwiatowych eks- pozycji sprzyja propagowaniu nowi- nek technologicznych i rozwi¹zañ, dot¹d w architekturze niespotyka- nych. W 1992 roku w Sewilli szcze- gólne zainteresowanie wzbudzi³ pa- wilon brytyjski zaprojektowany przez N. Grimshawa36. Aby zapewniæ od- powiedni komfort w gor¹cym i suchym klimacie Katalonii, uwzglêdniono zarówno doœwiadczenia tradycyjne- go budownictwa, jak i najnowsze zdobycze techniki. W lokalnej trady- cji rolê poch³aniaczy ciep³a pe³ni³y ciê¿kie, masywne œciany, pawilon mia³ jednak lekk¹ konstrukcjê, prze- widzian¹ do szybkiego demonta¿u, o znikomej masie akumulacyjnej.
Projektanci postanowili wiêc pos³u-
¿yæ siê wod¹, jako materia³em po- wszechnie dostêpnym, o znacznej pojemnoœci cieplnej. Wype³niono ni¹ standardowe kontenery, zwykle sto- sowane do transportu morskiego, na- stêpnie zaœ obudowano nimi zachod- ni¹ elewacjê obiektu, najbardziej
nara¿on¹ na d³ugotrwa³¹ i siln¹ insolacjê. Œciana pe³ni³a funkcjê bu- fora, który chroni³ budynek przed wp³ywem bezpoœredniego promie- niowania s³onecznego: akumulowa³ ciep³o i nie dopuszcza³ do przegrza- nia obiektu.
W celu dalszego obni¿enia tem- peratury wewn¹trz pawilonu, wyko- rzystano zjawisko ch³odzenia przez parowanie. Za pomoc¹ skompliko- wanych instalacji technicznych – wschodni¹, przeszklon¹ fasadê obiektu zamieniono w wodn¹ kaska- dê37. Ch³odzona tafla szk³a dzia³a³a jak cieplny odkurzacz, usuwaj¹c cie- p³o gromadz¹ce siê w œrodku pawi- lonu. System sprawdzi³ siê znakomi- cie. Nie tylko wp³ywa³ na obni¿enie temperatury wewn¹trz, ale odpo- wiednio nawil¿a³ powietrze w oto- czeniu budynku. Po³udniowa fasada i dach by³y chronione przed promie- niowaniem s³onecznym za pomoc¹ p³óciennych ¿agli, których kszta³t do- brano tak, by nie dopuszczaæ do bezpoœredniej penetracji œwiat³a. Na ich stalowej konstrukcji umieszczo- no fotoogniwa – przyjêto bowiem zasadê wykorzystania wszelkich do- stêpnych na miejscu Ÿróde³ energii38. Pawilon brytyjski nawi¹zywa³ do tradycji rzeŸbienia wod¹ wywo- dz¹cej siê z w³oskiego baroku. Za- razem by³ rodzajem manifestu, ob- wieszcza³ oto, ¿e uchodz¹ca za antyekologiczn¹ architektura high- -tech, usilnie poszukuje proekolo-
gicznych rozwi¹zañ. Rozwi¹zañ, w których procesy zachodz¹ce na zewn¹trz obiektu, w otaczaj¹cym go krajobrazie, ³¹cz¹ siê w jedn¹ spój- n¹ ca³oœæ z procesami zachodz¹cy- mi wewn¹trz budynku. Przyjmuje siê,
¿e w³aœnie pawilon Grimshawa za- pocz¹tkowa³ zmianê priorytetów, choæ w rzeczywistoœci nast¹pi³o to ju¿ wczeœniej. Dziêki eksperymental- nej realizacji w eksponowanym miejs- cu skupi³ na sobie zarówno zainte- resowanie zwiedzaj¹cych, jak i miê- dzynarodowych mediów. Tak jak Centrum Pompidou æwieræ wieku wczeœniej wieœci³o miêdzynarodo- wej spo³ecznoœci narodziny high- -tech, tak pawilon og³asza³ powsta- nie eco-tech. Sta³ siê manifestem œwiadomoœci ekologicznej i drogo- wskazem dla wielu powstaj¹cych póŸniej obiektów. Chcieliœmy wyra- ziæ nasze odczucia na temat epoki, w której ¿yjemy. Chcieliœmy pokazaæ nasze zainteresowanie oszczêdza- niem energii i to, ¿e mamy mo¿liwoœæ powtórnego przetworzenia wszyst- kich u¿ytych materia³ów39.
Marcin Brzezicki
Zak³ad Architektury Przemys³owej,
Wydzia³ Architektury, Politechnika Wroc³aw- ska
Department of Industrial Architecture, Faculty of Architecture,
University of Technology, Wroc³aw
Przypisy
1 W tekœcie wykorzystano obszerne fragmen- ty pracy doktorskiej autora, wykonanej na Wy- dziale Architektury Politechniki Wroc³awskiej:
Brzezicki M., Zastosowanie zaawansowanych technologii w rozwi¹zaniach proekologicznych w architekturze, Wroc³aw 2001, promotor: dr hab. in¿. arch. Jadwiga S³awiñska prof. PWr.
2 Daniels K., The Technology of Ecological Building, Berlin-Boston 1997, s. 56.
3 http://www.paradigma.com.pl/Regenwasser- Sammelanlagen.htm
4 ang.: grey water znaczy dos³ownie szara woda.
W Polsce przyjê³o siê to dos³owne t³umacze- nie na okreœlenie wody nadaj¹cej siê do celów niekonsumpcyjnych.
5 Daniels K., The Technology... op. cit., s. 56.
6 W naturalnych warunkach, opad przesi¹ka przez ziemiê i dop³ywa do wód gruntowych.
W gruncie macierzystym (wierzchnia warstwa gruntu) woda opadowa podlega procesowi oczyszczania przez miliony bakterii i drobno- ustrojów; stanowi on swego rodzaju biologicz- n¹ oczyszczalniê œcieków, zatrzymuje metale ciê¿kie i inne substancje; dziêki swojemu na- turalnemu dzia³aniu filtracyjnemu zwiêksza trwa³oœæ studzienek ch³onnych: Gotsch E., Wy- korzystanie wody deszczowej, http://www.
polskiinstalator.com.pl/artyk/06-01/wada.htm
7 W podobny sposób wykorzystuje siê równie¿
niezdatn¹ do picia wodê gruntow¹ lub – szcze- gólnie w klimacie suchym i gor¹cym – wodê o niewielkim stopniu zasolenia. W tym ostat- nim wypadku rury wykonywane s¹ ze specjal- nie dobranych tworzyw sztucznych, instalacje wymagaj¹ zaœ okresowego p³ukania w celu usuniêcia resztek soli mineralnych osadzaj¹- cych siê na wewnêtrznych œciankach rur.
8 ibidem, s. 57.
9 Wspó³czeœnie, przy wzrastaj¹cych cenach wody, takie rozwi¹zania sta³y siê standardem.
10 Becksei S., Innovative Regenwassernutzung in Berlin-Adlershof, Garten + Landschaft, 2000, 2, s. 27-30.
11 Schneider A., Solararchitektur für Europa, Berlin 1996, s. 116.
12 Leppert S., Parks und Plätze am Kronsberg, Garten + Landschaft, 2000, 6, s. 30-35.
13 http://www2.rudi.net/cs/kronsberg/2_2.html
14 Warunki gruntowe uniemo¿liwiaj¹ tam sku- teczn¹ retencjê du¿ych iloœci wody (nieprze- puszczalne gliny i i³y). Deszczówkê gromadzi siê wiêc do póŸniejszego wykorzystania.
15 Leppert S., Halb Plannung, halb Ahnung, Garten + Landschaft, 1999, 7, s. 16-18.
16 http://www.mha-net.org/msb/html/papers-n/
palo01/wastewa.htm
17 Niemczyk E., Motywy akwatyczne w archi- tekturze, Rzeki, t. 4, Katowice 1995, s. 75-122.
18 Pierwszy system konwekcyjnego centralne- go ogrzewania zosta³ opatentowany przez Tho- masa Fowlera w 1828 roku.
19 S³awiñska J., Ekspresja si³ w architekturze, Warszawa 1998, s. 65.
20 Hardy M., A Practical Guide to Free Cooling, Alternative Cooling, Night Cooling and Low Energy Systems, http://www.ambthair.com/
21 Lambot I. (red.), Norman Foster. Foster As- sociates. Buildings and Projects, t. 3, Hong- kong 1989, s. 200.
22 Guy R., wyk³ad ze stycznia 1986 roku w Bur- nell Museum, [w:] Lambot I. (red.), Norman Foster... op. cit., t. 3, s. 201.
23 por, tak¿e: diMarzo M., Tartarini P., Liao Y., Evans D., Baum R., Evaporative Cooling Due to a Gently Deposited Droplet, Interna- tional Journal of Heat and Mass Transfer, t.
36, 1993, 17, s. 4133 oraz: Pearlmutter D., Erell E., Etzion Y., Meir I. A., Di H., Refining the use of evaporation in an experimental down-draft cool tower, Energy and Buildings 1996, 23, s. 191- -197, http://www.bgu.ac.il/CDAUP/evaporati- ve/evapo1.html
24 Kryszewski W. (red.), Encyklopedia Po- wszechna PWN, Warszawa 1985, t. 3, s. 472.
25 Podzia³ ten podaje Daniels K., The Techno- logy... op. cit., s. 234.
26 Dreiseitl H., Raum und Zeit für Wasser, Gar- ten + Landschaft, 1998, 1, s. 17-20.
27 Podró¿nicy odwiedzaj¹cy Syberiê twierdz¹,
¿e dziêki niewielkiej wilgotnoœci powietrza mróz jest du¿o mniej dokuczliwy.
28 Daniels K., The Technology... op. cit., s. 236.
29 http://lava.ds.arch.tue.nl/modelshop/zwarts/
sevilla/
30 Daniels K., The Technology... op. cit., s. 235.
31 P. Gandhidasan z The University of the West India w wyniku badañ przeprowadzonych w 1989 wykaza³, ¿e ok. 60% energii cieplnej akumuluj¹cej siê w budynku przenika przez dach. Stosowane przez niego systemy pozwa- la³y na obni¿enie temperatury wewn¹trz budyn- ku z 45 do 25o C, http://www.cool-roof.com/
general.htm
32 Hamzah T.R., Yeang K., Bioclimatic Sky- scraper, Londyn 1994, s. 59.
33 http://www.cool-roof.com/general.htm
34 Konstrukcja obiektu rozpoczê³a siê od wy- lania na asfaltowym parkingu ¿elbetowego wieñca. PóŸnej, w obrysie posadzki, u³o¿ono nieprzepuszczaln¹ foliê. Po zamontowaniu tekstylnego rêkawa, po³¹czono szczelnie dwie pow³oki w miejscu styku. Ciœnienie wewn¹trz zmienia siê, poniewa¿ zawsze musi byæ nieco wy¿sze od ciœnienia atmosferycznego.
35 ang.: fritted glazing – metoda polegaj¹ca na nanoszeniu ceramicznego proszku na po- wierzchniê tafli szklanej w temperaturze ok.
600o C. Tak naniesiona pow³oka jest ca³kowi- cie odporna na czynniki atmosferyczne.
36 Drugie miejsce w tym konkursie zajmuje William Alsop, który zaprezentowa³ równie zaawansowany technologicznie i energetycznie efektywny budynek.
37 W kszta³towaniu wschodniej fasady Nicolas Grimshaw konsultowa³ siê z Williamen Pye, który jest znanym brytyjskim wodnym rzeŸbia- rzem.
38 W trakcie eksploatacji budynku napotkano jednak wiele trudnoœci, zwi¹zanych z zastoso- waniem eksperymentalnych technologii. Woda sp³ywaj¹ca po wschodniej fasadzie tak inten- sywnie parowa³a, ¿e musia³a byæ stale uzupe³- niana. Zasilane energi¹ s³oneczn¹ pompy nie pracowa³y w nocy. W stoj¹cej, ciep³ej wodzie zaczê³y rozwijaæ siê glony. Aby temu zapobiec system musia³ funkcjonowaæ ca³¹ dobê, pobie- raj¹c pr¹d z miejscowej sieci energetycznej.
Dodatkowe zasilanie by³o konieczne tak¿e w ci¹gu dnia. Okaza³o siê bowiem, ¿e na da- chu budynku zamontowano, ze wzglêdów oszczêdnoœciowych, niewystarczaj¹c¹ liczbê baterii s³onecznych.
39 Grimshaw N.,: Powel K., Structure, Space and Skin. The Work of Nicolas Grimshaw
& Partners, Phaidon Press, London 1993, s. 62.
