eko-osiedla jako rozproszone ośrodki rozwoju energetyki

EKO-OSIEDLA JAKO ROZPROSZONE O RODKI ROZWOJU
ENERGETYKI S ONECZNEJ W BUDOWNICTWIE
Doktorant Mgr in". arch. Maciej Zawidzki
Zak ad Problemów Ekobudownictwa, IPPT, PAN
STRESZCZENIE
Niniejszy artyku traktuje eko-osiedla jako zintegrowane
systemy urbanistyczno-architektoniczne. W celu ich czytelnej
analizy przyj%to konwencj% hierarchii skali projektowych od
najbardziej ogólnej- globalnej, poprzez regionaln&,
urbanistyczn&, architektoniczn& a' do wyposa'enia budynku.
Przytoczono przyk ady wspó czesnych realizacji ilustruj&ce
rozwi&zania w danej skali projektowej (wiadcz&ce o tym, 'e
eko-osiedla w sposób istotny przyczyniaj& si% do
propagowania i rozwoju energetyki odnawialnej ze
szczególnym uwzgl%dnieniem energetyki s onecznej.
WST+P
We wspó czesnym spo ecze)stwie z kilku powodów
ro(nie (wiadomo(* zagro'e) cywilizacyjnych. Po
pierwsze coraz bole(niej do(wiadczamy tych'e
zagro'e) ich i ich implikacji (powodzie, huragany,
przerwy w dostawach energii itp.). Po drugie
informacja na ten temat jest bardziej wyczerpuj&ca i
powszechna, za( po trzecie, dzi%ki rozwojowi
technologicznemu rozwi&zania proekologiczne s&
coraz doskonalsze i bardziej dost%pne.
Z o'enie wy'ej wymienionych czynników umo'liwia
kompletn& realizacj% koncepcji nowego (rodowiska
mieszkalnego cz owieka: eko-osiedla.
CHARAKTERYSTYKA EKO-OSIEDLA
Eko-osiedle (E-O) to wi%cej ni' osiedle mieszkaniowe,
to integralna cz%(* ekosystemu przystosowana do 'ycia
i rozwoju cz owieka. E-O to zespó urbanistycznoarchitektoniczny harmonijnie wtopiony w konkretn&
sytuacj% geograficzn& i uwzgl%dniaj&cy mo'liwie
najpe niej uwarunkowania lokalne.
Na sytuacj% geograficzn& sk ada si% po o'enie
geograficzne, warunki klimatyczne oraz topografia
terenu.
Mikroklimat danej lokalizacji kszta towany jest przez
wiele czynników, w a(nie odpowied1 na te czynniki
kszta tuje E-O.
E-O ma do spe nienia dwa zasadnicze zadania:
1)
Stworzenie jak najlepszych warunków 'ycia
poprzez odpowiedni standard budynków, komunikacj%
mi%dzy nimi i co szczególnie wa'ne w E-Omikroklimat tak ca ego osiedla jak i poszczególnych
budynków.
2)
Stworzenie warunków rozwoju autentycznej
wspólnoty mieszka)ców dzia aj&cych w sposób
zdyscyplinowany i ze (wiadomo(ci& ekologiczn&.
Zadanie to realizowane jest poprzez wspólne dzia anie
w spo eczno(ci lokalnej np.: segregacja (mieci, walka z
ha asem, poszanowanie energii i wody itp.
Wszystkie te cele musz& by* osi&gane zgodnie z
zasadami poszanowania energii i szerzej –
zrównowa'onego
rozwoju
(ang.
Sustainable
Development - trwa y i zrównowa'ony rozwój
gospodarczy, który maj&c na wzgl%dzie zaspokajanie
potrzeb obecnej generacji, nie ograniczy przysz ym
pokoleniom mo'liwo(ci zaspokojenia ich w asnych
potrzeb).
Aby w sposób jak najbardziej harmonijny wtopi* E-O
w dan& lokalizacj% niezb%dne s& dog %bne studia
uwarunkowa)
geograficznoklimatycznych,
wykraczaj&ce daleko poza zakres opracowa) dla
zwyk ego osiedla mieszkaniowego.
ENERGIA ODNAWIALNA, W TYM HELIOENERGETYKA
W E-O jednym za podstawowych aspektów w
projektowaniu tak poszczególnych budynków jak i ich
zespo ów jest helioenergetyka oraz inne systemy
energetyki odnawialnej- pasywne i aktywne,
wykorzystuj&ce ciep o 1róde geotermalnych, systemy
odzyskiwania
ciep a
z
gruntu czy
wody,
przechowywanie ciep a, systemy plantacji i spalania
upraw energetycznych, recykling odpadów i wody itp.
Systemy energetyki odnawialnej znane s& ju' od dawna,
lecz przewa'nie w odizolowanych realizacjach.
Zastosowanie tych'e systemów w zespo ach
urbanistycznych zwi%ksza znacznie ich atrakcyjno(*.
Po &czenie kilku lub kilkunastu jednostek w system
energetyczny znacznie obni'a koszty instalacji i
eksploatacji a tak'e magazynowania i dystrybucji
samej energii. Ponadto dzi%ki temu, 'e zastosowane
rozwi&zania s& dost%pne dla szerszej cz%(ci
spo ecze)stwa,
stanowi&
doskona e
przyk ady
modelowe
w propagowaniu idei
energetyki
odnawialnej.
Z tych powodów, E-O mog& sta* si% kluczowymi
o(rodkami rozwoju energetyki odnawialnej, ze
szczególnym uwzgl%dnieniem helioenergetyki.
SYSTEMATYKA ZAGADNIE. I PRZYK ADY
REALIZACJI
Dla atwiejszej analizy E-O przedstawiono hierarchi%
skal projektowych pocz&wszy od najbardziej ogólnejglobalnej
poprzez
regionaln&,
urbanistyczn&,
architektoniczn& a' do konkretnych rozwi&za)
technicznych budynku. W celu zilustrowania
nast%puj&cych
skal
projektowych
rozwi&za)
przedstawiono przyk ady projektów zrealizowanych w
ostatnim czasie, b&d1 b%d&cych w stanie realizacji.
Ekologiczna skala globalna okre(la najbardziej ogólne
zasady przy(wiecaj&ce tworzeniu (rodowiska 'ycia
cz owieka w harmonii z natur& oraz integrowaniu
spo eczno(ci poprzez promowanie (wiadomo(ci i
dyscypliny obywatelskiej oraz szacunku dla wspólnego
dobra.
Naczeln& zasad& jest tutaj integracja dzia a) na
wszystkich p aszczyznach zarówno spo ecznych jak i
technologicznych. W latach 60-tych XX wieku,
dzia acze ekologiczni z amali t& fundamentaln& zasad%
i poprzez wrog& retoryk% zrazili wi%kszo(*
spo ecze)stwa do swoich idei, skazuj&c ruch
ekologiczny na wieloletni& izolacj%. Dopiero 30 lat
pó1niej ruch ten odzyska nale'ne uznanie i poparcie.
Rys. 1 Solar Village (R. Rogers Partnership, 1994- )
Skala regionalna odnosi si% do warunków fizycznych
projektu, na które sk adaj& si%:
- Warunki klimatyczne (po o'enie geograficzne w tym
poziom nas onecznienia, temperatura i ruchy powietrza,
si a i kierunek wiatru)
- Warunki krajobrazowe (formacje topograficzne,
ro(linno(*
i
jej
rozplanowanie,
warunki
hydrogeologiczne)
- Warunki makrourbanistyczne (relacje do aglomeracji
miejskich, trasy komunikacyjne, elementy czystej
produkcji, us ugi, rekreacja)
Uwaga: Poni'sze projekty w wi%kszo(ci przypadków
nie stanowi& przyk adów Eko-osiedli, lecz ilustruj&
rozwi&zania pewnych aspektów dotycz&cych Ekoosiedli.
Przyk adem ilustruj&cym rozwi&zania w skali
regionalnej E-O jest „Solar Village” na Majorce
(projekt: R. Rogers Partnership, 1994- ) Rys. 1
„Solar Village” to doskonale wtopiony w otoczenie
zespó urbanistyczny, zorganizowany wokó trzech
punktów ogniskowych ( ang. „focal point”- element
urbanistyczny pe ni&cy wa'n& funkcj% spo eczn&,
przestrzenn&, administracyjn& itp.), których rozmiary
ograniczone s& do odleg o(ci wygodnych do pokonania
pieszo, czyli ok. 350 m.. Kompleks ten oddalony jest o
8 km na pó noc od aglomeracji Palmy i przeznaczony
dla ok. 7000 mieszka)ców.
Klimat lokalny jest suchy latem, za( bardzo wilgotny
zim&. Woda z potoków burzowych (do melioracji i
u'ytkowa) zbierana jest w rezerwuarach stanowi&cych
centra ka'dej z trzech jednostek. W przypadku
jednostki Wschodniej i Zachodniej s& to otwarte
akweny, za( Frodkowej- przekryty zbiornik.
Gromadzona woda pozwala na melioracj% okolicznych
terenów pod upraw% mi%dzy innymi plantacji
energetycznych.
Intensywno(* zabudowy maleje wraz z odleg o(ci& od
centrów urbanistycznych i w malowniczy sposób
rozp ywa si% w krajobrazie.
Skala urbanistyczna obejmuje uk ad funkcjonalny i
przestrzenny miasta.
Punkty ogniskowe i sie* po &cze) mi%dzy nimi
stanowi& uk ad urbanistyczny. Had przestrzenny miasta
jest realizowany poprzez:
- Orientacj% placów i pierzei ulic.
- Organizacj% infrastruktury obejmuj&c&: komunikacj%,
przestrzenie zielone, cieki wodne, elementy obudowy
bioklimatycznej, elementy szklarniowe, poletka
uprawne itp.
- Stopniowanie dost%pno(ci i buforowanie przestrzeni:
publiczna, pó prywatna, prywatna.
Przyk adem ilustruj&cym planowanie w skali
urbanistycznej jest „Solar City” realizowane na
obrze'u austriackiego miasta
Linz-Pichling
(projektanci: N. Foster & Partners, Herzog + Partner, R.
Rogers Partnership, 1995- ).
A- „Plac S oneczny”
B- Bulwar „Neu-Pichlinger Hauptstrasse”
C- By a ulica Weikerlseestrasse, obecnie (cie'ka pieszorowerowa
D- Stacja kolejki
E- Linia kolejowa
F- Droga ko owa
G- Droga dojazdowa
H- Parking dla go(ci
I- Fcie'ki
J- Fcie'ki pieszo-rowerowe
K- Fcie'ki rowerowe
L- Fcie'ka po'arowa, dojazdowa etc
M- Placyk „s&siedzki”
N- Dzia ki uprawne
O- Prywatne ogródki frontowe
P- Ziele)/dzia ki
Q- Punkt zbiorczy odpadów do recyklingu
R- Sywop oty (o ró'nej wysoko(ci i szeroko(ci)
S- Otwarte kana y wody opadowej
T- Otwarte rezerwuary wody opadowej
U- Stawy filtracyjne
V- K%py jesionów, bzów i wierzb
W- H&ki
X- Obszary do pó1niejszej rozbudowy
Rys. 2 Solar City (N. Foster & Partners, Herzog + Partner, R. Rogers Partnership, 1995- ).
Osiedle przeznaczone jest docelowo dla 25,000
mieszka)ców. Wielko(* i uk ad przestrzenny osiedla
zdeterminowana jest odleg o(ciami pieszymi (350m).
W ka'dym uk adzie miejskim powinna istnie* czytelna
hierarchia przestrzeni i orientacja w niej. Punktem
centralnym jest zwykle plac pe ni&cy funkcje publiczne,
tutaj- „Plac S oneczny” (A). Ca o(* zespo u podzielona
jest na cztery kwarta y- Pó nocny, Po udniowy,
Wschodni oraz Zachodni i ka'dy z nich kszta towany
jest odpowiednio do warunków s onecznych.
Kwarta Zachodni- 3-kondygnacyjne zwarte bli1niaki
zorientowane na kierunku wschód-zachód z
mieszkaniami dwu- i czteropokojowymi. Wszystkie
jednostki oddzielone s& do(wietlaj&c& przestrzeni& z
werandami po zachodniej stronie i komunikacj& po
wschodniej. Miejsca parkingowe i drogi dojazdowe
znajduj& si% pod budynkami dla maksymalnego
wykorzystania terenu pod ziele) (dzia ki uprawne- N,
place zabaw- M, strefy „ciche”, „pu apki s o)ca” itp.).
Wszystkie mieszkania maja okna na obie strony
budynku. W strefie centralnej, kuchnie i jadalnie
otrzymuj& (wiat o ze strefy buforowej.
Kwarta Wschodni- Budynki 3-kondygnacyjne w
zabudowie szeregowej zorientowane pod k&tem 45
stopni od kierunku Pn-Pd. Na po udniowo-zachodnich
elewacjach znajduj& si% przeszklone werandy lub
ogrody zimowe. Fasady wyposa'one s& w ruchome
'aluzje do ochrony przed nadmiarem promieniowania
s onecznego i stratami ciep a. Miejsca parkingowe s&
usytuowane pod budynkami.
W kwarta ach Pó nocnym i Po udniowym realizowana
jest zabudowa szeregowa, buforowana strefami zieleni.
We wszystkich kwarta ach znajduj& si% pasy zieleni- P,
dzia ki przydomowe- O, place zabaw- M, cieki wodneS,T,U itp.
Skala architektoniczna obejmuje elementy kszta tuj&ce
poszczególne budynki, czyli:
- Uk ad funkcjonalny i przestrzenny budynków
(publicznych i mieszkalnych).
- Mikroklimat budynku.
- Wykorzystanie (wiat a naturalnego.
- Przep yw i bilans energii (cyrkulacja powietrza, wody,
odzysk ciep a itp.)
Przyk adem na gdzie skala urbanistyczna i
architektonicznej s& nierozerwalne jest o(rodek
„Buddhist Retreat Centre” na wyspie Holy Island w
Szkocji (projekt: A. Wright & Consultants, 1994- ).
Jest to o(rodek autonomiczny,
niezwi&zany
bezpo(rednio z aglomeracj& miejsk&. Budynki
po o'one s& na po udniowym zboczu, aby
maksymalnie wykorzysta* energi% s oneczn&. Zespó
projektowany jest tak, aby by samowystarczalny w
zakresie zaopatrzenia w wod%, gospodarki odpadami,
'ywno(ci i energii. Budynki s& zag %bione w gruncie i
zaprojektowane zgodnie z zasadami poszanowania
energii. Wst%pne symulacje i obliczenia wskazuj&, 'e
oszcz%dno(ci zu'ywanej energii dochodz& do 58 % w
porównaniu
z
tradycyjnymi
rozwi&zaniami
budowlanymi w podobnej lokalizacji. Dodatkowymi
1ród ami energii s& generatory wiatrowe. Poni'ej
zespo u budynków usytuowane s& tarasy uprawne
nawadniane grawitacyjnie wod& opadow&, za( (cieki
szare oczyszczane s& przez poletka trzcinowe.
Rys. 3 Buddhist Retreat Centre (A. Wright & Consultants, 1994- ).
Rys 4. Professional Training Centre (Jourda & Perraudin, 1994-1997)
Przyk adem
tworzenia
mikroklimatu
poprzez
przegrod% bioklimatyczn& w skali para-urbanistycznej
jest konstrukcja przekrycia zespo u budynków
„Professional Training Centre” w Herne-Sodingen w
Niemczech (projekt: Jourda & Perraudin, 1994-1997)
Projekt jest realizowany w ramach IBA Emscher Park i
obejmuje dwa budynki na terenie starej kopalni, wokó
której od pocz&tku XX w rozrasta o si% miasto.
Celem projektu jest stworzenie pod szklanym
przekryciem agodnego przez ca y rok mikroklimatu,
kontrolowanego poprzez wentylacj% naturaln&, system
ekranów, 'aluzji itp.
Ca a ta konstrukcja chroni dwa drewniane budynki,
których prosta i modularna konstrukcja pozwala na
elastyczn& modyfikacj% adaptacj% i rozbudow%.
A. Naturalna wentylacja poprzez otwory
drzwiowe
B. System (wietlików z 'aluzjami umo'liwia
cyrkulacje powietrza poprzez uwalnianie
nadmiaru ciep ego powietrza i pobieranie
(wie'ego z dolnych cz%(ci budynku.
C. System podgrzewania ciep ej wody u'ytkowej
energi& s oneczn&.
D. Ogniwa fotowoltaiczne
E. Drzewa os aniaj&ce szklan& konstrukcj% przed
promieniami nisko po o'onego s o)ca.
F. Ch odne (wie'e powietrze pobierane z
obszarów zacienionych znajduj&cych si% na
zewn&trz struktury.
G. Ro(linno(* i woda zacieniaj& i poprzez
parowanie sch adzaj& wn%trze struktury.
Przyk adem w skali architektonicznej jest „Dom w
zboczu” w Aldrans w Austrii (projekt: H. H. Parson,
Rys. 5 Dom w zboczu (H. H. Parson, 1984-1986)
1984-1986), który doskonale
&czy korzy(ci
zag %bienia w gruncie z pasywn& energetyka s oneczn&.
Estetyka
tak
wysokowydajnych
energetycznie
budynków nie jest powszechnie akceptowana. Ten
budynek jest przyk adem pi%knej, nowoczesnej i
spójnej architektury podporz&dkowanej zasadom
poszanowania energii.
Jest to dom dla twórcy i spe nia specyficzne
wymagania. W strefie wej(ciowej znajduje si%
jednokondygnacyjna przestrze) ekspozycyjna. Za ni&
wznosi si% wysoka, ponad 3-kondygnacyjna struktura
przeszklonego konserwatorium, które jest centralnym
1ród em (wiat a, obszarem przechowywania ciep a i
buforem termicznym. W cz%(ci budynku zag %bionej w
stoku, na trzech kondygnacjach zlokalizowane s&
pozosta e pomieszczenia. W lokalnych warunkach
temperatura jest sta a poni'ej g %boko(ci 1.5 m i
wynosi 8º C, przez co stabilizuje mikroklimat budynku
w zimie i ch odzi w lecie.
WYPOSA/ENIE BUDYNKU
W budynkach E-O stosuje si% zdobycze technologii
energetyki
odnawialnej:
systemy
izolacji,
magazynowania
ciep a,
ogniwa
i
systemy
fotowoltaiczne,
s oneczne
kolektory
cieplne,
urz&dzenia wykorzystuj&ce energi% wiatru, wody,
biomasy itp.
PODSUMOWANIE
Mo'na stwierdzi*, 'e poziom technologiczny,
wydajno(*, cena oraz niezawodno(* odpowiednich
systemów ochrony energii pozwalaj& na ich
kompleksowe zastosowanie. Istniej& i powstaj& nowe
zespo y projektowe, które s& w stanie ogarn&*
zagadnienie E-O od stadium analizy uwarunkowa)
bioklimatycznych a' do wykonawstwa. Spraw& zwykle
pomijan&, a w rzeczywisto(ci maj&c& kluczowe
znaczenie dla rozwoju energetyki odnawialnej, w tym
helioenergetyki, jest fakt, 'e obecnie projektanci
„panuj&” nad estetyk& tej architektury. Istniej& ju'
pracownie architektoniczne maj&ce spójn& wizj%
wspó czesnej energooszcz%dnej architektury, w której
elementy technologiczne s& integraln& cz%(ci& jej
estetyki,
nie
za(
przyt aczaj&cym
dziwnym
oprzyrz&dowaniem.
Wszystko to przemawia za tym, 'e E-O poprzez
tworzenie warunków wyj&tkowo przyjaznych dla
cz owieka i (rodowiska po &czone z niespotykan&
dot&d energooszcz%dno(ci& oraz symbioz& z
ekosystemem s& jednym z najbardziej przekonuj&cych i
wszechstronnych
przyk adów
wykorzystania
energetyki 1róde odnawialnych ze szczególnym
uwzgl%dnieniem helioenergetyki.
0RÓD A
Przyk ady zaczerpni%to z publikacji: Thomas Herzog
„Solar energy in architecture and urban planning”.
Wydawnictwo Prestel, 1998