Spis treści
Zmiany klimatu, jeszcze do niedawna traktowane jako przesadzona hipoteza, stały się udowodnionym naukowo faktem. Najwyraźniejszy ich objaw to wzrost temperatury. Szacuje się, że od 1850 r. jest cieplej o ponad 1 stopień Celsjusza, co powoduje cofanie się lodowców i topnienie pokrywy lodowej Arktyki, a w efekcie szereg poważnych konsekwencji dla ludzi i środowiska naturalnego. Zmiany klimatu wraz zanieczyszczeniem środowiska zostały uznane za jedno z trzech największych zagrożeń dla świata – za konfliktami zbrojnymi, a przed epidemiami i pandemiami.
Wzrost temperatur w miastach i wyzwania związane z chłodzeniem
Zauważalną konsekwencją ocieplenia klimatu w miastach jest wzrost temperatur i fale upałów w okresach letnich, co powoduje zwiększoną liczbę zachorowań oraz śmiertelność, szczególnie wśród osób starszych. Problem upałów w miastach, choć zauważony, jest jednak wciąż nie dość precyzyjnie oszacowany. Dane o temperaturze powietrza pochodzą ze stacji meteorologicznych lokowanych zazwyczaj w kilku strategicznych miejscach miasta. Jak dowodzą badania naukowe, w rzeczywistości ludzie przebywający w przestrzeniach publicznych i swoich mieszkaniach doświadczają znacząco wyższych temperatur niż te wskazywane przez stacje.
Najprostszym sposobem ochrony przed wysokimi temperaturami jest wykorzystanie klimatyzacji, czyli albo zwiększanie jej zastosowania w obiektach w nią zaopatrzonych, albo jej instalacja w tych, w których dotąd nie była potrzebna. Ten ostatni przypadek dotyczy przede wszystkim budynków mieszkalnych, które stanowią większość zasobów budowlanych miast i w największym stopniu współtworzą środowisko życia ich mieszkańców.
Przeczytaj również:
- Elewacje wentylowane z płyt włókno-cementowych – wytyczne projektowe i wykonawcze
- Fasada budynku. Rola, funkcje i znaczenie w różnych strefach klimatycznych
Według danych GUS w latach 2002–2016 liczba klimatyzatorów w mieszkaniach w Polsce wzrosła dwunastokrotnie. Obrazuje to niepokojący wzrost zapotrzebowania na chłodzenie w sektorze dotąd niedotkniętym problemem przegrzewania wnętrz. Aspekt ekonomiczny nie jest jedyną wadą stosowania klimatyzacji jako odpowiedzi na ten problem. Systemy chłodzące są bowiem energochłonne, wytwarzają dodatkowe ciepło (a więc przynosząc lokalnie ulgę, potęgują zmiany) oraz stanowią trudne do utylizacji odpady. Dyskusyjny jest także ich ogólny wpływ na zdrowie ludzi.
Ochrona przed przegrzewaniem staje się zatem ważnym aspektem projektowania budynków, a szczególnie ich obudowy zewnętrznej, jako że jest ona granicą między środowiskiem mikroklimatu otaczającego budynek a jego wnętrzem. W tradycji architektury i urbanistyki krajów, w których panuje klimat gorący, można odnaleźć wiele rozwiązań chroniących przed energią słoneczną i wspomagających ruch powietrza. Na przykład okiennice czy mocno zacieniające balkony były i nadal są powszechnie stosowane w krajach śródziemnomorskich. W Polsce, gdzie dotąd priorytetem była ochrona przed zimnem, nie ma tego rodzaju tradycji. Konieczne jest zatem zweryfikowanie dotychczas obowiązujących zasad i przyzwyczajeń w projektowaniu fasad, by aspekt ochrony przed przegrzewaniem został należycie doceniony.
Polecany artykuł:
Cechy materiałowe ścian pełnych
Wydaje się, że problem przegrzewania rozwiązują przepisy związane z termoizolacyjnością przegród, znacząco zaostrzone w ostatnich latach. Zasadniczo dobrze zaizolowane termicznie ściany chronią zarówno przed zimnem, jak i gorącem. Jednak znaczenie ma także pojemność cieplna budynku, w tym również przegrody. I tak budynki masywne są mniej podatne na przegrzewanie niż lekkie.
Na przykład dziewiętnastowieczna kamienica z cegły pełnej nie poddana termomodernizacji, choć bardzo problematyczna pod względem warunków grzewczych, może dać lepszy komfort termiczny latem niż docieplony w latach dziewięćdziesiątych blok w wielkiej płyty, a nawet współczesny budynek w szkielecie drewnianym. Można uznać, że pod względem parametrów termoizolacyjnych obowiązujące aktualnie przepisy zapewniają wysoki standard ochrony przez gorącem (nie gwarantują jej pod innymi względami, o czym w dalszej części artykułu).
Najbardziej problematyczny jest jednak zasób budynków istniejących, które pochodzą z różnych lat, a więc były wznoszone w odmiennych technologiach i objęte innymi przepisami w zakresie termoizolacyjności. Na podstawie analizy współczesnej historii budownictwa w Polsce można wyodrębnić pięć grup budynków, pochodzących z okresów:
- sprzed 1945 r. – historyczne technologie, masywne mury ceglane, brak wymagań termoizolacyjnych;
- 1946–1966 – odbudowa zniszczeń wojennych i nowych osiedli z cegły rozbiórkowej, tanie, ekonomiczne budownictwo, brak wymagań termoizolacyjnych;
- 1967–1989 – technologie prefabrykowane, konstrukcje wielkopłytowe, bardzo niskie wymagania termoizolacyjne;
- 1990~2002 – bardziej zróżnicowane technologie (murowane lub szkieletowe) zbliżone do nowoczesnych, ale mniej restrykcyjne pod względem izolacyjności cieplnej przegród;
- po 2002 r. – silniejszy niż dotychczas nacisk na termoizolację i efektywność energetyczną, doskonalenie technologii.
Polecany artykuł:
Ewolucja budownictwa w Polsce a izolacyjność termiczna
Trzy pierwsze grupy mają najsłabsze parametry termoizolacyjne, przy czym budynki z pierwszej grupy, czyli najstarsze, mimo to są w miarę odporne na przegrzewanie. Znacznie słabiej wypadają pod tym względem te późniejsze, powojenne oraz wielkopłytowe. Ostatnie za to stosunkowo najłatwiej poddać termomodernizacji za względu na minimalizm form oraz brak drobnego detalu elewacyjnego, który sprawia, że jeśli nawet szukać w nich swego rodzaju wartości zabytkowej, docieplenie zewnętrzne ich nie umniejszy.
Inaczej jest w przypadku starszych budynków, których walory zabytkowe uniemożliwiają tego rodzaju renowację. Budynki wznoszone po 1989 r. (czwarta grupa), choć objęte obowiązkiem izolacji termicznej, znacznie odstają pod tym względem od współczesnych i także wymagają udoskonalenia. Jedynie ostatnia z grup, czyli budynki z XXI w. spełniają wysokie standardy termoizolacyjne. Nie oznacza to jednak, że nie należy poszukiwać nowych rozwiązań technologicznych.
Najbardziej popularne metody izolowania termicznego ścian bazują w znacznym stopniu na wykorzystaniu styropianu, z więc materiału o wysokim śladzie węglowym. Można próbować zastępować go innymi materiałami – o dużym udziale komponentów naturalnych, a więc zdrowszych i łatwiejszych do utylizacji w przyszłości. Jednak nadal niedosyt pozostawia sama koncepcja współczesnych metod termoizolacji, która nie wykorzystuje możliwości akumulacyjnych budynku. Przykładem innowacyjnego materiału, który mógłby tworzyć podstawę dla izolacji nowej generacji są materiały zmienno fazowe (Phase Change Materials – PCM).
Przeczytaj również:
- Przestrzeń, światło i komfort: przykłady budynków z fasadą double-skin
- Imitacja cegły na elewacji – właściwości i zastosowanie dostępnych materiałów i technologii
Bazują one na substancjach podobnych do gliceryny, które zmieniając swój stan skupienia ze stałego na ciekły w wysokiej temperaturze, przechowują energię cieplną, by oddać ją (ponownie przechodząc w stan stały), gdy temperatura spadnie. Materiał tego rodzaju można wykorzystać jako warstwę wykończenia wnętrza (w postaci cienkiej płyty z kapsułkami z materiałem PCM), aby zatrzymać ciepło wytworzone we wnętrzu, lub po zewnętrznej stronie ściany (np. jako element zaprawy lub zintegrowany z komponentem budowlanym), by wykorzystać ciepło słoneczne. Jest to koncepcja dynamicznego zarządzania ciepłem w budynku, w przeciwieństwie do statycznej izolacji stosowanej współcześnie. Rozwój i powszechna dostępność tego rozwiązania niewątpliwie dałyby nowe możliwości zarówno dla budynków nowych, jak i modernizowanych. Umożliwiłyby także traktowanie problemu ochrony przez zimnem i przegrzewaniem jako wzajemnie ze sobą powiązanych i równie ważnych.
i
Udział przeszkleń i ich zacienianie
Za proces nagrzewania budynków w dużej mierze odpowiedzialne są przeszklenia – ze względu na efekt cieplarniany, który powstaje z ich udziałem. Obserwując tendencje architektoniczne XX i XXI w., można zauważyć, że udział przeszkleń w budynkach znacznie wzrósł, szczególnie w drugiej połowie XX w. Obecnie rosnąca świadomość środowiskowa hamuje ten wzrost, ale w sumie liczba budynków przeszklonych w miastach jest bardzo duża. Coraz częściej opisywane są sytuacje niekorzystnych zjawisk termicznych i świetlnych powstających wskutek bliskiego sąsiedztwa dużych całkowicie przeszklonych budynków. Promieniowanie słoneczne wielokrotnie odbite przez przeszklone powierzchnie elewacji prowadzi do lokalnego bardzo intensywnego przegrzewania przestrzeni w ich pobliżu lub oślepiania światłem. Wnętrza takich budynków nagrzewają się wielokrotnie bardziej niż analogicznych, ale o mniejszym udziale szkła.
i
W fasadach tego rodzaju problem przegrzewania zostaje całkowicie „przeniesiony” na instalacje chłodzące, czego nie sposób już akceptować przy obecnej wiedzy na temat problemów środowiskowych.
Fasady uwzględniające problem nadmiaru ciepła to zatem te o bardzo dobrze przemyślanym rozmieszczeniu i wymiarowaniu okien. Pod względem energetycznym powinna być to wersja optymalizująca możliwie najlepiej kryterium dobrej ekspozycji na słońce oraz minimalizowania strat ciepła w sezonach grzewczych, ochrony przed bezpośrednim promieniowaniem słonecznym w sezonach gorących, a także maksymalnie dobrego wykorzystania światła naturalnego do oświetlenia wnętrz przez cały rok. Oczywiście ważne są też inne kryteria – otwarcie na widoki, funkcjonalność pomieszczeń czy estetyka budynku, ale powinny być traktowane jako równoważne, a nie stojące ponad energetycznymi.
Ważną kwestią jest także zacienianie przeszkleń. Za jedynie skuteczną formę osłon zacieniających w zakresie ochrony przez upałem są uznawane osłony zewnętrzne, tak popularne w krajach o cieplejszym klimacie. W przypadku ekspozycji południowych, a zatem kiedy latem konieczna jest ochrona przed tzw. promieniowaniem wysokim, rolę zacieniającą mogą pełnić elementy poziome wysunięte przed lico elewacji, np. specjalne daszki czy gzymsy, ale także balkony, galerie, loggie. Przy innych ekspozycjach (poza północnymi, gdy osłona nie jest konieczna) konieczne są rozwiązania pionowe, np. w postaci żaluzji czy elementów pionowych prostopadłych do elewacji, dla tak zwanych „żyletek”. Często ograniczają one widoczność i trudno je optymalnie ustawić, stąd projektuje się je jako ruchome. Daje to dużą wygodę użytkowania, ale znacznie podwyższa koszt realizacji i wymaga starannej konserwacji. O przesłonach zewnętrznych należy myśleć nie tylko przy projektowaniu nowych budynków, lecz także w kontekście modernizacji budynków istniejących, szczególnie tych nadmiernie przeszklonych. Jest to poważne zadanie dla architektów, którzy kreując wizerunek budynku, muszą pogodzić wiele kryteriów użytkowych, energetycznych i ekonomicznych.
Polecany artykuł:
Otoczenie budynku
Elewacja budynku funkcjonuje energetycznie na styku dwóch różnych środowisk. Jednym z nich jest wnętrze, któremu chcemy zapewnić kontrolowane, komfortowe warunki fizyczne. Drugim mikroklimat, który jest wynikiem naturalnych warunków klimatycznych i pogodowych oraz ich przekształceń spowodowanych strukturą miasta. Regulacja mikroklimatu jest możliwa do pewnego stopnia przez decyzje architektoniczne związane z zagospodarowaniem bezpośredniego sąsiedztwa budynku. Projektując fasadę możliwe najbardziej odporną na upał, musimy zatem rozszerzyć swoje działanie także na jej otoczenie.
Nie jest to ogólnie przyjęte podejście, gdyż zwykle projekt budynku jest mało powiązany ze szczegółowym projektem otoczenia, a ono z kolei rzadko jest rozważane jako element współtworzący jakość środowiska wnętrz. Zazwyczaj nie bierze się go także pod uwagę przy projektowaniu termomodernizacji istniejących budynków. Tymczasem myśląc o ochronie mieszkańców miast przed letnim upałem, trzeba dążyć do tego, by temperatura w pobliżu budynków była w tym czasie możliwie najniższa. Aby ją zminimalizować, należy wyeliminować w największym możliwym stopniu powierzchnie utwardzone na rzecz przepuszczalnych dla wody, w miarę możliwości pokrytych zielenią. Zieleń wysoka lub pnąca może pełnić rolę zacieniającą dla ścian i podłoża (korzystne jest, by były to rośliny tracące liście zimą, aby nie blokować zysków słonecznych w okresach grzewczych).
Przeczytaj również:
- Fasady budynków a certyfikacje LEED, BREEAM, DGNB – jak elewacje wpływają na ocenę ekologicznego budynku?
- Agnieszka Błońska o druku 3D w architekturze: Ekologia, innowacje i wyzwania dla architektów
Rolę regulującą mikroklimat mogą pełnić także różnego rodzaju zbiorniki wodne. Aranżowanie otoczenia budynków w opisany tu sposób nie tylko prowadzi do poprawienia układu energetycznego na linii wnętrze–zewnętrze w czasie upałów, ale także pozwala poprawić jakość przestrzeni sąsiedzkiej budynku, tworząc alternatywę dla spędzania czasu we wnętrzach podczas gorących dni.
Podobnie należy docenić wielki potencjał balkonów i tarasów, jako przestrzeni zewnętrznej, ale stanowiącej jednocześnie część wnętrza. Najkorzystniejszy w upalne lato balkon lub taras to taki, który można sezonowo zacienić, zaaranżowany z użyciem zieleni i wykończony – w miarę możliwości – jasną, mało nagrzewającą się i niebłyszczącą posadzką. Jeśli balkon przybiera postać przeszklonej loggii, należy zachować opcję otwierania lub sezonowego demontażu przeszkleń.
O mikroklimacie otoczenia budynku należy myśleć także w szerszym kontekście. Zdecydowanie lepszy panuje wokół zabudowy niezbyt zagęszczonej, dającej przestrzeń dla zieleni i umożliwiającej sprawną wymianę powietrza.
Tu, wracając do oceny podatności na przegrzewanie pięciu wspomnianych grup budynków, to te najnowsze (grupa piąta) choć mają najlepsze parametry techniczne pod względem termoizolacyjności, często usytuowane są w niekorzystnych warunkach mikroklimatycznych. Presja ekonomiczna i wynikające z niej dążenie do intensywnego zabudowywania miast powodują, że w nowych lub dogęszczanych zespołach zabudowy budynki są lokowane blisko siebie. Większość przestrzeni jest utwardzona, żeby spełnić wymagania dotyczące dojazdów i parkowania.
Brak tu miejsca na zieleń, a nawet jeśli jest aranżowana, to w sposób mało przemyślany, możliwie najtańszy i prosty w utrzymaniu. Ciasne układy zabudowy są nie dość dobrze wentylowane i nagrzewają się relatywnie szybciej niż tereny o luźniejszej zabudowie. Paradoksalnie to osiedla wielkopłytowe (grupa trzecia), dużo słabsze pod względem technologii budowlanych, mają korzystniejsze uwarunkowania urbanistyczne niż te najnowsze. Do lat 90. obowiązywały wypracowane w okresie modernizmu standardy ukierunkowane na zdrowotność miast, powszechny dostęp do terenów otwartych, dobre doświetlenie wnętrz. Ustąpiły one czynnikom ekonomicznym, które dominują do dziś. Choć zagadnienia te pozornie nie dotyczą problematyki fasad, uwidaczniają wzajemne zależności pomiędzy projektowaniem w zupełnie różnych kontekstach przestrzeni.
Podsumowanie
Aby rozwiązać problem adaptacji miast do zmian klimatu, potrzebne są działania na wielu różnych płaszczyznach i w wielu różnych skalach przestrzeni. Działanie dotyczące fasady, czyli elementu budynku, wprawdzie pozornie drobne, jest jednak bardzo ważne, gdyż zwielokrotnione może dać zauważalny efekt. Jest także najbliższe ludziom, zależne od decyzji konkretnych osób czy wspólnot, pozwala zatem wykorzystać ich potencjał społeczny.
