Streszczenie: Materialna skorupa budynku, podobnie jak skóra, oddziela wnętrze od nieprzyjaznej atmosfery, chroniąc je, ale jednocześnie umożliwiając wymianę niezbędnych dla życia składników. Aby zapewnić odpowiedni klimat wewnętrzny oraz komfort użytkowników, konieczne jest dostarczenie świeżego powietrza i energii do ogrzewania lub chłodzenia budynku, a także zabezpieczenie go przed zmianami temperatury. Problemy w tym zakresie często wynikają z niewłaściwej izolacji ścian i okien oraz niekontrolowanej infiltracji powietrza z zewnątrz. Istnieją różne podejścia do osiągnięcia równowagi energetycznej w budynkach. Zwolennicy technicznych rozwiązań skupiają się na doskonałej izolacji obiektów oraz doskonaleniu systemów wentylacyjnych. Natomiast architekci proponują tworzenie zaawansowanych barier klimatycznych, wykorzystujących formę i strukturę budowli, bazując na metodach takich jak grawitacja, naturalne wymienniki ciepła oraz termiczna bezwładność konstrukcji.
Materialna skorupa budynku niczym skóra oddziela wnętrze od nieprzyjaznej atmosfery. Chroni budynek, ale umożliwia też wymianę niezbędnych dla życia składników.
Ten swoisty proces oddychania, któremu wnętrze zawdzięcza właściwe ciepło i klimat, a znajdujący się w nim ludzie – poczucie bezpieczeństwa i komfortu, można osiągnąć spełniając dwa warunki. Trzeba dostarczyć niezbędną ilość tlenu, a więc Świeżego powietrza oraz zapewnić energię potrzebną do ogrzania lub schłodzenia budynku i zabezpieczyć go przed zmianami temperatury. Problemy z tym związane spowodowane są często niewłaściwą izolacją Ścian i okien oraz niekontrolowaną infiltracją powietrza z zewnątrz.
Jak osiągnąć stan delikatnej równowagi energetycznej: komfortowego klimatu, w którym intensywnie odpoczywamy lub efektywnie pracujemy, zarażając dobrym samopoczuciem innych? Odpowiedzi proponowane przez architektów i przedstawicieli inżynierii klimatyzacyjnej znacznie się od siebie różnią. Zwolennicy technicznego punktu widzenia koncentrują się na perfekcyjnym izolowaniu obiektów oraz doskonaleniu urządzeń wentylujących. Z kolei rzecznicy rozwiązań architektonicznych pracują nad stworzeniem wyrafinowanych barier klimatycznych, w których wykorzystywana jest forma i struktura budowli. W pierwszym wypadku do głosu dochodzą rozwiązania przesycone techniką, w drugim – metody wykorzystujące grawitację, naturalne wymienniki ciepła oraz termiczną bezwładność budowli.
1. Klimat budynku – techniczny punkt widzenia
Orędownicy tej tezy twierdzą, że klimatyzacja funkcjonuje dobrze, jeśli spełnione są dwa warunki. Po pierwsze, przegrody zewnętrzne budynku muszą tworzyć skuteczną barierę termoizolacyjną. Po drugie, powietrze doprowadzane do wnętrza powinno posiadać właściwe parametry: odpowiednią czystość, wilgotność i temperaturę. Spełnienie obydwu warunków jest bardzo kosztowne: izolowanie budynku to przede wszystkim drogie materiały oraz rozwiązania konstrukcyjne (inwestycja). Z kolei jego klimatyzowanie pochłania duże ilości energii zużywanej do uzdatniania i schładzania powietrza (eksploatacja). Proces ten wymaga również nowoczesnych urządzeń wentylujących (etap inwestycji). W zimie głównym wydatkiem jest nawilżanie powietrza, nie ogrzewanie. Nawet jeśli za oknem panuje dziesięciostopniowy mróz, prawie cała energia potrzebna do ogrzania budynku pochodzi z promieniujących ciepłem ekranów, stacji komputerowych, serwerów, oświetlenia i wielu jeszcze innych miejsc.
Skuteczna izolacja przeszklonych przegród zewnętrznych w dużych biurach stała się możliwa w latach 90. dzięki szybom zespolonym ze szkła niskoemisyjnego oraz podwójnym, wentylowanym elewacjom i zewnętrznym żaluzjom przeciwsłonecznym.
Opuszczanie i podnoszenie żaluzji oraz zmiana kąta ich ustawienia, odbywa się automatycznie za pośrednictwem czujników mierzących stopień nasłonecznienia elewacji. Ze względów estetycznych architekci rzadko stosują to rozwiązanie tam, gdzie ma ono największe uzasadnienie, a więc na dużych południowych i zachodnich ścianach biurowców.
Na szczęście podobny efekt termoizolacyjny uzyskuje się za pomocą szklanej, podwójnej elewacji wentylowanej. Ma ona tę zaletę, że nie jest nieestetyczna, a jej działanie jest proste. Grawitacyjny obieg powietrza odprowadza na zewnątrz ciepło, które gromadzi się w przestrzeni pomiędzy szybami. Powietrze atmosferyczne przenika tam przez dolne szczeliny w elewacji, a wydostaje się górnymi. Wewnątrz szklanej ściany instaluje się opuszczane żaluzje, które nie szpecą elewacji, a nawet wręcz przeciwnie – zdobią ją. Tak pięknie opracowaną fasadę otrzymał budynek warszawskiej siedziby PLL LOT, „szklane pudełko” zaprojektowane w pracowni Stefana Kuryłowicza. Obiekt ten wyposażono w szczególnie wyrafinowany system klimatyzacji – instalację z płynnym czynnikiem chłodniczym, ukrytą w betonowych stropach, które są jedynym masywnym elementem konstrukcji budynku. Instalacja ta w stosunku do istniejącej tu klimatyzacji pełnopowietrznej ma znaczenie tylko pomocnicze. Jednak przyczynia się bardzo do ustabilizowania klimatu wewnątrz budynku.
W krajach wysoko rozwiniętych coraz rzadziej stosuje się klimatyzację mechaniczną. Dotyczy to biurowców o najwyższym standardzie technicznym, w których korzysta się z naturalnych metod wietrzenia. Są one wspomagane przez nowoczesną, bardzo wyrafinowaną elektronikę. W wewnętrznych atriach takich budynków, wyposażonych w odpowiednio rozmieszczone czerpnie i wywiewy powietrza, wykorzystuje się prądy wznoszące (tzw. kominy powietrzne). Często powietrze doprowadzane z zewnątrz schładza się w podziemnych kanałach lub zbiornikach wodnych. Wykorzystuje się także zjawisko bezwładności termicznej masywnych elementów konstrukcji budynku. Służą do tego betonowe stropy wyposażone w kanały powietrzne lub rury z płynnym czynnikiem chłodzącym. W połączeniu z metodami ochrony elewacji przed nasłonecznieniem (żaluzje zewnętrzne) przynosi to znakomite efekty.
2. Klimat idealny to klimat lokalny
Jeśli z niejasnych powodów ładny i położony w centrum biurowiec klasy A traci najemców, przyczyną może być śle zaprojektowany system wentylacji i klimatyzacji. Klimat lokalny panujący w takim budynku wyzwala uczucie zmęczenia oraz negatywne emocje. Czasem uruchamia łańcuch subiektywnych, wręcz histerycznych reakcji, które psują atmosferę pracy całego zespołu. Dlatego firmy uciekają z takiego budynku.
Ponieważ klimat idealny nie istnieje, mówimy o klimacie lokalnym silnie powiązanym z warunkami panującymi w danej strefie. W Polsce, zwłaszcza w środku upalnego lata, różnica między temperaturą na zewnątrz budynku i w jego wnętrzu nie powinna przekraczać 8 – 10 stopni. Większe wahania mogłyby spowodować szok termiczny ?organizmu. W zimie, dla osób pracujących przez dłuższy czas w pozycji siedzącej, wskazana jest temperatura 20 – 22 stopnie C. Jednak latem powinna być ona o trzy kreski wyższa. Obniżenie temperatury w pomieszczeniu klimatyzowanym już o jeden stopień powoduje ok. 10% wzrost kosztów związanych z klimatyzacją.
Najdroższy jest pierwszy etap technologiczny, gdy powietrze atmosferyczne wprowadzane do obiegu zamkniętego musi być oczyszczone z zanieczyszczeń stałych. Trzeba też doprowadzić je do określonego poziomu wilgotności (min. 40%). Najlepiej nawilżać je w systemie parowym, ponieważ inne metody sprzyjają rozwojowi szczepów bakteryjnych niebezpiecznych dla zdrowia.
Aby chronić budynek przed niekontrolowaną utratą energii, wprowadzono przepis zakazujący jednoczesnego stosowania wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej. Jeśli ktoś otworzy okno, specjalne urządzenie (tzw. kontaktron) natychmiast wyłączy klimatyzację. Dobry system klimatyzacyjny powinien reagować automatycznie na zmianę warunków panujących wewnątrz budynku, a jednocześnie pozwalać użytkownikom samodzielnie regulować parametry powietrza (ale w ograniczonym zakresie).
Zgodnie z normami obowiązującymi w Polsce do pomieszczeń biurowych jednej osobie należy w ciągu godziny dostarczyć minimum 30 m3 ?powietrza higienicznego. Tam, gdzie pali się papierosy, trzeba zapewnić go o 20 m3 więcej. W większości krajów europejskich obowiązują ?podobne normy.
Oddychający organizm
Układ oddechowy
Próby stworzenia idealnego klimatu lokalnego, zarówno w małych wolno stojących domach, jak i w dużych komercyjnych budynkach, skłaniają architektów do śmiałych poszukiwań. Ale nie jest to zabawa formą.
Dla najbardziej ambitnych architektów budynek jest czymś więcej niż tylko wirtualnym obiektem z lekkich materiałów, maszyną produkującą i przechowującą energię czy efemerycznym tworem przeznaczonym do rozbiórki po danym okresie eksploatacji. Przeciwnie: projekt musi wiązać się z określonym miejscem, mieć swoją masę i strukturę, które określą formę elewacji. Nie można tej „skóry” zmieniać dowolnie, ponieważ jej charakter jest ściśle powiązany z funkcjonowaniem całego organizmu.
Niedawno powstało kilka obiektów, które wyraźnie wyróżniają się na tle architektonicznej konfekcji. Takim niepowtarzalnym dziełem jest z pewnością Centrum Giełdowe w Warszawie przy ul. Książęcej, zaprojektowane przez znakomitych architektów: Andrzeja M. Chołdzyńskiego i Stanisława Fiszera.
Budynkiem, który w najbardziej oryginalny sposób kształtuje klimat lokalny, jest gmach wydawnictwa Agora, stworzony w warszawskiej pracowni JEMS Architekci. Długi leżący prostopadłościan budynku przy ul. Czerskiej zawiera wnętrze o bardzo oryginalnej strukturze. Jego otwarte przestrzenie przenikają się na kilku kondygnacjach z kaskadowymi klatkami schodowymi i wewnętrznymi prześwietlonymi dziedzińcami. Jednakże tym, co najbardziej wyróżnia budynek Agory, jest sposób ukształtowania jego południowej, a więc najbardziej nasłonecznionej fasady. Płaska Ściana składająca się z pionowych drewnianych żaluzji – „kilkupiętrowa kurtyna” – przesłania właściwą elewację budynku.
Ta z kolei, ukazana w przekroju poprzecznym, tworzy rysunek o skomplikowanej meandrycznej linii. Nanizane są na nią zewnętrzne dziedzińce, które wprawdzie przynależą do otwartej atmosfery otaczającej siedzibę, ale – ocienione żaluzjami i trapami biegnącymi na wysokości każdej kondygnacji – są jednocześnie wypełnieniem tkanki budynku, jego „skóry”. Na dnie każdego z tych dziedzińców sączą się strumienie wody, rosną rośliny i panuje chłód.
To prawdziwy bufor klimatyczny. Tak twórcy siedziby Agory określają zewnętrzną warstwę budynku, która umożliwia swobodną wymianę powietrza. W praktyce oznacza to, że wiosną i jesienią pracownicy wydawnictwa mogą otwierać drzwi prowadzące na zewnętrzne dziedzińce, spędzać tu przerwy w pracy, a nawet – korzystając ze specjalnych mebli – organizować kolegia redakcyjne. Mimo iż naruszają w ten sposób zasadę hermetyczności klimatyzowanego budynku, stabilność wentylacji nie jest zagrożona. W takich wypadkach w przyległych sekcjach natychmiast reagują specjalne termostaty, wyłączajace klimatyzację, co chroni obiekt przed niekontrolowaną utratą energii. Ostatecznie projektanci zawierzyli zbiorowemu rozsądkowi pracowników Agory i zrezygnowali z tworzenia specjalnej instrukcji korzystania z zewnętrznych dziedzińców. Wizja wolnej, demokratycznej społeczności przeważyła nad korporacyjnym „matrixem”.
Paradoks tkwi w tym, że współczesne budynki wielkokubaturowe otwierają się na zewnątrz przeszklonymi elewacjami, a jednocześnie mocno odgradzają się od wpływów naturalnej atmosfery. Naśladują w ten sposób żywe organizmy. Ale kto wie, może w przyszłości powstaną budynki organiczne, z wewnętrznym, stałocieplnym klimatem i oddychającą powłoką?
