Seria. A R C H IT E K T U R A z. 27 Nr kol. 1282
EWA WALA
SZKLARNIA JAKO ŹRÓDŁO CIEPŁA ORAZ NOWA JAKOŚĆ PROJEKTOWANIA ARCHITEKTONICZNEGO
S tre s z c z e n ie . Poszukując najbardziej efektywnych rozwiązań architektonicznych, wpiywa ją cych na wykorzystanie niekonwencjonalnych metod pozyskiwania energii z otoczenia, nie m ożna pom inąć szklarni, działającej jako pasywny kolektor słoneczny, a w ięc pełniącej funkcję źródła energii. O prócz zalet energetycznych szklarnia tworzy nową atrakcyjną przestrzeń, służącą wypoczynkowi i rekreacji m ieszkańców oraz wprowadza nowe walory plastyczne, przede wszystkim nową jakość i estetykę projektowania architektonicznego.
GREENHOUSE AS A SOURCE OF HEAT AND NEW QUALITY OF ARCHITECTONIC DESINGN
S u m m a ry. Looking fo r most effective architectonic solutions applying non-conventional m ethods o f energy acquisition from environm ent greenhouse can not be overlooked, which operates as passive solar collector, and thus as a source o f energy. Beside energetic advantages greenhouse is a new attractive space, fo r inhabitantis’ resting and recreation, which is im plem enting new aesthetic value, most o f all new quality and aesthetics of architectonic design.
1. W PRO W ADZENIE
Zapotrzebowanie na energię do celów grzewczych stanowi obecnie ok. 80% całkowitej konsumpcji energii w budownictwie m ieszkaniowym i usługowym1^. Ograniczenie tego zapotrzebowania jest głównym celem stawianym przyszłemu budownictwu. Najprostszym sposobem realizacji tego celu jest zm niejszenie ilości ciepła, ja kie budynki oddają otoczeniu.
Doświadczenia krajów zachodnich, gdzie budynki energooszczędne realizowane są od wielu lat, wskazują, że nie da się osiągnąć zamierzonych efektów je dynie przez stosowanie m ateriałów o pod
wyższonej izolacyjności. Lepsze rezultaty w procesie oszczędzania daje wykorzystanie pasywnych instalacji słonecznych. W polskich warunkach klimatycznych i przy polskiej tradycji budowlanej systemy pasywne m ogą pokryć zapotrzebowanie na ciepło średnio 20-60%25. W systemach tych rolę kolektorów pasywnych spełniają przeszklenia i elementy lub całe fragm enty budynków, zaprojektowa-
ne w taki sposób, by um iejętnie przechwytywały promieniowanie słoneczne, przetwarzały je w energię cieplną, a następnie magazynowały i rozprowadzały ją w celach grzewczych.
2. S Z K L A R N IA JA K O PASYW N Y K O LE K TO R SŁO NECZNY
Jednym z najefektywniejszych pasywnych systemów wykorzystujących energię słoneczną, a zara
zem najsilniej wpływających na kształtowanie nowych wartości estetycznych w architekturze jest pasywny kolektor słoneczny w postaci szklarni.
O prócz roli przestrzeni izolacyjnej oraz źródła dodatkowego ciepła dla wnętrza budynku może pełnić funkcje czysto gospodarcze oraz funkcje mieszkalne, tworząc wymarzoną przez użytkowników oranżerię czy ogród zimowy.
Zasada działania szklarni opiera się na tzw. efekcie cieplarnianym. Promieniowanie słoneczne w postaci fa l widzialnych, podczerwonych i niewielkiej ilości ultrafioletowych, przechodząc przez powierzchnię szkła, przekształca się w energię cieplną, która uwięziona we wnętrzu zostaje grom a
dzona w elementach wyposażenia szklarni, a następnie emitowana jest w postaci długofalowego promieniowania cieplnego. Z promieniowania słonecznego, padającego na dachy i ściany szklarni, tylko część przenika do wnętrza, reszta je st odbita lub zaabsorbowana. Z promieniowania, które przeniknęło ju ż przez szkło do wnętrza szklarni, część energii zużyta jest w procesie fotosyntezy roślin, a pozostała ulega częściowemu odbiciu od podłoża i roślin, reszta zaś jest pochłonięta przez podłoże, rośliny i wszelkie inne elementy wnętrza (patrz ryc. 1).
Ryc.1. Rozkład energii słonecznej w szklarni [1], s. 21
Fig. 1. Solar energy distribution inside a greenhouse (acc. to ref. pos. 1 p. 21)
Żeby szklarnia była dobrym odbiornikiem energii słonecznej, musi uzyskać maksym alną ilość ciepła przy m inim alnych stratach, dlatego wymaga właściwego zaprojektowania konstrukcji, formy, indywidualnie dla każdej lokalizacji, zastosowania odpowiednich m ateriałów do je j wykonania oraz zapewnienia właściwej cyrkulacji powietrza pomiędzy szklarnią - w nętrzem i szklarnią - otoczeniem.
Ryc. 2. Nachylenie połać/ szklarni [1], s. 21
Fig. 2. Greenhouse area sloping (acc. to ref. pos. 1 p. 21)
Ilość prom ieniowania słonecznego skupionego i rozproszonego, docierającego do szklarni, zależy od:
- usytuowania szkłam i w stosunku do stron świata (wykorzystanie wystawy południowej, umożliwia
jącej penetrację słońca przez cały rok),
- natężenie prom ieniowania słonecznego, które zależy od pory roku i dnia, stopnia przejrzystości atmosfery i kąta padania prom ieni słonecznych (ryc.2),
- stopnia zacienienia spowodowanego elementam i konstrukcyjnymi szklarni i przeszkodami tereno
wymi,
- konstrukcji szklarni, która nie powinna przekraczać 10% ogólnej powierzchni szklenia
- rodzaju użytych m ateriałów, a w ięc odpowiednio dobranego rodzaju szkła (najkorzystniejsze szkło klejone, podwójnie) i m ateriału do konstrukcji nośnej, którym może być alum inium , tworzywa sztuczne, stal i drewno.
Ryc.3. Markiza zewnętrzna [11], s. 46
Fig. 3. Outside awning (acc. to ref. pos. 11 p. 46)
Szklarnia, która ma być pomieszczeniem mieszkalnym , powinna wykorzystywać maksym alnie pro
m ieniowanie słoneczne w niekorzystnych warunkach pogodowych, a także chronić przed jego nad
miarem latem, dlatego powinna posiadać dobrze rozwiązany system wentylacji, umożliwiający właści
w ą cyrkulację powietrza (ryc. 6,7) oraz ruchome przesłony zewnętrzne (ryc. 3) i ruchom e przesłony wewnętrzne (ryc. 4), um ożliwiające właściwe dawkowanie ilości promieniowania słonecznego, zgodnie z potrzebam i (ryc. 5).
Ryc. 4. Żaluzje wewnętrzne [13], s. 24 Fig. 4. Inside shutters (acc. to ref. pos. 13 p. 24)
Ryc.5. Zieleń liściasta a szklarnia [12], s. 16.
Fig. 5. Greenhouse and deciduous greenery (acc. to ref. pos. 12 p. 16)
Ryc. 6. Otwory wentylacyjne w szklarni [11], s. 41
Fig. 6. Vent holes in a greenhouse (acc. to ref. pos. 11 p. 41)
Ryc.7. Szklarnia z ruchomymi elementami pionowymi [12], s. 93
Fig. 7. A greenhouse with movable vertical parts (acc. to ref. pos. 12 p. 93)
3. FU N KC JA I FOR M A S Z KLA R N I
O prócz zadań energetycznych, związanych z umiejętnym wykorzystaniem elementów przyrody do zapewnienia właściwego kom fortu cieplnego i mikroklimatu, szklarnia może łączyć w sobie funkcje gospodarcze, związane z uprawą roślin, rekreacyjne, związane z wypoczynkiem wśród natury oraz funkcje mieszkalne, związane z powiększeniem powierzchni użytkowej.
Szklarnia stanowi strefę łączącą ogród i taras z wnętrzem budynku, um ożliwiając wizualne prze
nikanie się wnętrz m ieszkalnych, co ma ogromne znaczenie, zwłaszcza w naszym klimacie, umożliwiając przebywanie przez 8 miesięcy w otoczeniu natury ze swobodnym spojrzeniem na niebo i zieleń.
Szklarnia może łączyć się z różnym i dodatkowymi funkcjami, np. basenem (ryc. 8), sauną, jadal
nią, tw orzyć strefę przedwejściową do budynku (ryc. 10), może być przeszklonym balkonem (ryc. 11) lub ciekawie rozwiązanym pomieszczeniem poddasza (ryc. 9).
Ryc. 8. Szklarnia jako pomieszcznienie rekreacyjne [6], s. 87 Fig. 8. A greenhouse as a recreation room (acc. to ref. pos. 6 p. 87)
Ryc. 9. Szklarnia jako pomieszczanie mieszkalne [6], s. 42 Fig. 9. A greenhouse as a habitat (acc to ref. pos. 6 p. 42)
Ryc. 10. Szklarnia jako strefa wejściowa jw. s. 10
Fig. 10. A greenhouse as an antrance area (acc. to ref. pos. 6 p. 10)
Ryc.11. Szklarnia jako zabudowany taras [12], s. 40
Fig. 11. A greenhouse as build over terrace face. (o ref. pos. 12 p. 40)
Ryc. 12. Szklarnia przylegająca do jednej ze ścian [13], s. 10
Fig. 12. A greenhouse adjacent to one wall o f a building face, to ref. pos. 13 p. 10)
Szklarnia może być projektowana od podstaw wraz z budynkiem i stanowić nierozłączny jego ele
m ent lub m oże być dobudowana do budynku ju ż istniejącego. Szklarnia dobudowana może przylegać do jednej ze ścian budynku (ryc. 12), może być umieszczona narożnikowo (ryc. 13,14) lub stanowić form ę łącznika pomiędzy fragm entam i budynku (ryc. 15).
Ryc.13. Szklarnia w narożniku wewnętrznym [12], s. 28
Fig. 13. A greenhouse in an inside comer (acc. to ref. pos. 12 p. 28)
Ryc.14. Dom ze szklarnią narożnikową [10], s. 47
Rg. 14. A house with corner greenhouse (acc. to ref. pos. 10p. 47)
Ryc.15. Dom z przeszklonym łącznikiem - arch. Lothar Stadler [12], s. 61.
Rg. 15. A house with glass-covered coupler - arch. Lothar Stadler (acc. to ref. pos. 12 p. 61)
Szklarnia, będąca nierozłącznym elementem bryły budynku, może zabudowywać narożnik wychwytując słońce z dwu kierunków, może tworzyć dach lub fragm ent dachu lub tworzyć wewnątrz budynku form ę kom ina cieplnego, zakończonego na zewnątrz świetlikiem dachowym (ryc. 16,17,18).
Ryc. 16. Ekobudynek wg projektu arch. Christy Binninger [8], s. B10
Fig. 16. Eco-house designed by arch. Christina Binninger face, to ref. pos. 8. p. B.10)
Ryc. 1 7.Ekobudynek wg projektu arch Christy Binnnger [8], s. 66 Fig. 17. As in fig. 1 6 - page 66.
Ryc. 18. Dom w górach ze szklanym dachem wg proj. arch Horsta Herberta Parsona [12], s. 58
Fig. 18. A house in a mountains with glass-covered roof according to design of arch, Horst Herbert Parson (acc.
to ref. pos. 12 p. 58)
Szklarnią można zabudować fragm ent lub cały budynek, tworząc kurtynę cieplną izolującą również od warunków środowiska (ryc. 19, 20).
Ryc. 19. Dom ze ścianą kurtynową - proj. Gerhard W. P. Berndt [11], s. 12
Fig. 19. A house with a curtain wall - designed by Gerhard W.P.Berndt (acc. to ref. pos. 11 p. 12)
S I M
TTTTTT
i
Ryc.20.Dom obudowany szklarnią [2], s. 58
Fig. 20. A house surrounded with a greenhouse (acc. to ref. pos. 2 p. 58)
Ryc.21. Szklarnia dwukondygnacyjna [12], s. 48 Fig. 21. Two-storey greenhouse (acc. to ref. pos. 12 p. 48)
Ryc.22. Tradycyjna forma szklarni [12], s. 30.
Fig. 22. Traditional form o f a greenhouse (acc. to ref. pos. 12 p. 30)
Szklarnia m oże zabudowywać jedną, dwie lub więcej kondygnacji pod warunkiem wprowadze
nia przegród poziom ych, umożliwiających zatrzym anie ciepłego powietrza na każdej z kondygnacji (ryc. 21).
Forma szklarni powinna harmonizować z architekturą obiektu i otoczenia. Może przyjmować kształty prostolinijne, tworząc tradycyjną form ę z dwoma nachyleniami (ryc. 22) lub w prowadzać dach spadający do ziem i (ryc. 24). Może przyjmować form y miękkie, płynne, obłe (ryc. 23). Szklarnia może być atrakcyjnym elem entem tworzącym przestrzeń wspólnego użytkowania, np. pasaże handlowe.
Ryc. 23. Szklarnia o formach miękkich [11], s. 22.
Fig. 23. A greenhouse o f .soft forms' (acc. to ref. pos. 11 p. 22)
Ryc.24. Budynek wg proj. Rolfa Dieter [9], s. 15.
Fig. 24. Building according to Rolf Dieter's design (acc. to ref. pos. 9 p. 15)
PODSUMOW ANIE
Dobrze zaprojektowana szklarnia powinna spełniać następujące zadania:
- stanowić zabezpieczenie przed bezpośrednim kontaktem z zim owym powietrzem atmosferycz
nym, czyli stanowić bufor cieplny,
- łagodzić wahania tem peratur w pomieszczeniach, czyli korzystnie wpływać na komfort cieplny i m ikroklim at wnętrz,
- grom adzić i rozprowadzać energię cieplną, czyli stanowić dodatkowe źródło ciepła w niekorzyst
nych warunkach pogodowych,
- stanowić atrakcyjne miejsce przeznaczone na rekreację i wypoczynek mieszkańców, - um ożliwiać uprawę roślin,
- a przede wszystkim podkreślać walory plastyczne budynku poprzez nadanie lekkości bryle budynku, wprowadzenie innej kolorystyki, umożliwienie odbicia otoczenia na elewacji, co ma
również wptyw na tworzenie architektury pejzażowej, wprowadzenie efektu przenikania się przes
trzeni przez zatarcie granicy m iędzy budynkiem a otoczeniem, wprowadzenie nowej jakości i estetyki projektowania.
PRZYPISY
1) Pluta Z., Pom iem y W .: W ykorzystanie energii słonecznej w budownictwie m ieszkaniowym wg [1], s. 23
2) Wołoszyn M.A.; wg [12], s. 41 3) Kotarska K., Kotarski Z., wg [3], s. 111 4) Klaus Ohlwein, wg poz. blbl. 5 s. 39 5) jw „ s. 31-32
LITERATURA
[1] .Architektura energooszczędna dziś i ju tro ” , Zbiór referatów. Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Centralny Program Badań Podstawowych 02,21, Kazim ierz Dolny 1989
[2] Diem W .: .W intergarten”. M osaik Verlag GmBH, München 1991
[3] Kotarska K. i Kotarski Z.: .O grzewanie energią słoneczną”. Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych NO T-SIG M A, W arszawa 1989
[4] Lisik A. M ikoś-Rytel W .: .Podstawy kształtowania niskich budynków m ieszkalnych ich zespołów wykorzystujących odnawialne źródła energii”- Etap I. Centralny Program Badań Podstawowych IPPT PAN - Ekobudynek, W arszawa 1986
[5] Ohlwein K.: .Das Sonnenhaus nebenan” . Bauverlag GmBH - W iesbaden und Berlin 1985 [6] Tresidder J., C liff S .i’ W ohnen unter G las”. Bauvertag GmBH - W iesbaden und Berlin 1986 [7] Wołoszyn M.: .W ykorzystanie energii słonecznej w budownictwie jednorodzinnym ” . Centralny
Ośrodek Inform acji Budownictwa, Warszawa 1991 [8] Biologisch Bauen 1990
[9] Hausbau Magazin 7/8/91
[10] Umbauen und M odem iesieren 1/91 [11] W intergarten 1/90
heim und Freizeit [12] W intergarten 2/91
heim und Freizeit [13] W intergarten 1/93
heim und Freizeit
SPIS ILU STRACJI
1. Rozkład energii słonecznej w szkłam i [1], s.21 2. Nachylenie połaci szklarni [1], s.21
3. Markiza zewnętrzna [11], s.46 4. Żaluzje wewnętrzne [13], s.24 5. Zieleń liściasta a szklarnia [12], s.16 6. O twory wentylacyjne w szklarni [11], s.41
7. Szklarnia z ruchom ym i elementam i pionowymi [12], s.93 8. Szklarnia jako pomieszczenie rekreacyjne [6], s.87 9. Szklarnia jako pomieszczenie mieszkalne [6], s.42 10. Szklarnia jako strefa wejściowa jw. s. 10
11. Szklarnia jako zabudowany taras [12], s.40 12. Szklarnia przylegająca do jednej ze ścian [13], s.10 13. Szklarnia w narożniku wewnętrznym [12], s.28 14. Dom ze szklarnią narożnikową [10], s.47
15. Dom z przeszklonym łącznikiem - arch. Lothar Stadler [12], s.61 16. Ekobudynek wg projektu arch. Christy Binninger [8], s.B10 17. jw . s.B6
18. Dom w górach ze szklanym dachem wg proj.arch. Horsta Herberta Parsona [12], s.58 19. Dom ze ścianą kurtynową - proj. Gerhard W .P.Bem dt [11],s.12
20. Dom obudowany szklarnią [2], s.58 21. Szklarnia dwukondygnacyjna [12], s.48 22. Tradycyjna form a szklarni [12], s.30 23. Szklarnia o form ach miękkich [11], s.22 24. Budynek wg proj. Rolfa Dieter [9], s.15
LIS T OF FIGURES
1. S olar energy distribution inside a greenhouse (acc. to ref. pos. 1 p.21) 2. Greenhouse area sloping (acc. to ref. pos. 1p.21)
3. Outside awning (acc. to ref. pos. 11 p.46) 4. Inside shutters (acc. to ref. pos. 13p.24)
5. Greenhouse and deciduous greenery (acc. to ref. pos. 12p.16) 6. Vent holes in a greenhouse (acc. to ref. pos. 11p.41)
7. A greengouse with m ovable vertical part (acc. to ref. pos. 12p.93) 8. A greenhouse as a recreation room (acc. to ref. pos. 6p.87)
9. A greenhouse as a habitat (acc. to ref. pos. 6p.42) 10. A greenhouse as an entrance area (acc. to ref. pos. 6p.10) 11. A greenhouse as build o ve r terrace (acc. to ref. pos. 12p.40)
12. A greenhouse adjacent to one wall o f a building (acc. to ref. pos. 13p.10) 13. A greenhouse in an inside com er (acc. to ref. pos. 12p.28)
«
14. A house with co m er greenhouse (acc. to ref. pos. 10p.47)
15. A house with glass-covered coupler - arch. Lothar Stadler (acc. to ref. pos. 12p.61) 16. Eco-house designed by arch. Christina Binninger (acc. to ref. pos. 8 S.B10) 17. A s in fig. 16 - page B6
18. A house in a m ountains with glass-covered roof according to design o f arch. Horsta Herberta Parsona (acc. to ref. pos. 12p,58)
19. A house with a curtain w all - designed by Gerhard W .P.Bem dt (acc. to ref. pos. 11 p.12) 20. A house surrounded with a greenhouse (acc. to ref. pos. 2p.58)
21. Two-storey greenhouse (acc. to ref. pos. 12p.48) 22. Traditional form o f a greenhouse (acc. to ref. pos. 12p.30) 23. A greenhouse o f :soft fo rm s ' (acc. to ref. pos. 11 p.22) 24. Building according to R olf D ieter's (acc. to ref. pos. 9p.15)
A b s tra c t
Exhaustion of traditional energy resources and thier harm ful effect on the environm ent stimulate research o f alternate solutions o f new energy Sources' exploitation in architecture, especially o f solar energy, that is most accessible non-conventional source o f energy.
The cheapest way o f solar energy acquisition is a passive system, that collects and distributes heat using natural ways o f energy distribution such as conduction, convection and radiation.
One the m ost effective passive solutions, and at the same tim e most influencing spatial shaping of architectonic structure is passive collector - a greenhouse. Mode o f greenhouse operation is based on so called .greenhouse effect", that is solar radiation passing in through the window panes, which is trapped inside in a form o f therm al energy. To be good solar energy collector a greenhouse should be properly designed, accordingly to determ ined location, with suitable form, m aterials and air circulation.
Beside energy values a greenhouse generates new, attractive space, playning not only econom ic role, but m ost o f all serving as recreation and rest place fo r inhabitants. A greenhouse can be designed from a scratch together with the building constituting its integral part, or can be added to existing building, and can have various form s and shapes.
A greenhouse uses solar energy to create human friendly m icroclim ate, significantly changes traditional solution o f a building enriching its function and form, contributing to creation o f landscape architecture that is harmonised with environment, and introducing new quality and aesthetics of architectonic design.
